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解答标准测9 “18题、19题” 34分测学生用书P225
18.(2025·唐山模拟)若一个数列各项的倒数成等差数列,则这个数列称为调和数列,如数列1,,,就是一个调和数列.
(1)在集合{1,2,3,4,5,6}中从小到大取三个数,使其构成调和数列(只需写出一个数列即可);
(2)若A,C,B,D四点共线,顺次排列,且=,则称此四点构成了一个调和点列.
①求证:三个线段长度AC,AB,AD构成一个调和数列;
②直线l过点P(-4,0)与椭圆Γ:+=1相交于M,N两点,已知四点P,M,Q,N构成一个调和点列,求点Q的轨迹长度.
解 (1)由题意,这三个数的倒数成等差数列,就能构成调和数列,则这三个数为2,3,6或3,4,6.
(2)①证明:由=,得=,即=,则+=2,即+=,则AC,AB,AD构成一个调和数列.
②设l:y=k(x+4),代入3x2+4y2-12=0,得(3+4k2)x2+32k2x+64k2-12=0.Δ=(32k2)2-4(3+4k2)(64k2-12)=144(1-4k2),由Δ>0得-<k<.设M(x1,y1),N(x2,y2),则x1+x2=-,x1x2=.则+=====.设Q(x,y),如图,则|PQ|==(x+4),同理,|PM|=(x1+4),|PN|=(x2+4).依题设,得+=,则+=.则x+4=3,得x=-1,且-<y<.因此,点Q的轨迹为一条线段(不含端点),长度为3.
19.为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年,某校组织相关知识的答题竞赛,每名参赛选手都赋予5分的初始积分,每答对一题加1分,每答错一题减1分.已知小明每道题答对的概率为,答错的概率为,且每道题答对与否互不影响.
(1)求小明答4道题后积分小于5的概率.
(2)设小明答5道题后积分为X,求E(X).
(3)若小明一直答题,直到积分为0或10时停止,记小明的积分为i(i=0,1,2,…,10)时最终积分为10的概率为Pi,则P0=0,P10=1.
(ⅰ)证明:{Pi+1-Pi}(i=0,1,2,…,9)为等比数列;
(ⅱ)求P5的值.
解 (1)小明答4道题后积分小于5,说明小明答错的题目数多于答对的题目数.设小明答4道题,答对k道题(k=0,1,2,3,4),则答错4-k道题,积分5+k-(4-k)=1+2k,积分小于5,即1+2k<5,解得k<2,所以k=0或k=1,当k=0时,P(0)=C·0·4=,当k=1时,P(1)=C·1·3=,所以小明答4道题后积分小于5的概率为P(0)+P(1)=.
(2)设小明答对的题数为Y,则答错的题数为5-Y,所以X=5+Y-(5-Y)=2Y.由题意知Y~B,所以E(Y)=5×=,所以E(X)=2E(Y)=.
(3)(ⅰ)设小明的积分为i(i=1,2,…,9)时,若小明接下来一题答对,则积分变为i+1,若小明接下来一题答错,则积分变为i-1.由全概率公式有Pi=Pi+1+Pi-1.整理可得Pi+1-Pi=(Pi-Pi-1).又P1-P0=P1≠0,所以{Pi+1-Pi}(i=0,1,2,…,9)为等比数列.
(ⅱ)由(ⅰ)可得Pi+1-Pi=P1,所以P10=(P10-P9)+(P9-P8)+…+(P2-P1)+P1==P1,又P10=1,所以P1=.所以P5=(P5-P4)+(P4-P3)+(P3-P2)+(P2-P1)+P1==×=.
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