2019-2020学年湖北省武汉市江岸区高三(上)期末数学试卷(理科)(元月调考)
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一、选择题:本题共12小题,每小题5分,共60分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.
1.(5分)集合M={x|x2=x},N={x|lnx≤0},则M∪N=( )
A.[0,1] B.(0,1] C.[0,1) D.(﹣∞,1]
2.(5分)若复数z=,则z的虚部为( )
A. B. C.1 D.i
3.(5分)若a>b>0,0<c<1,则( )
A.ac<bc B.ca>cb
C.logac<logbc D.logca<logcb
4.(5分)已知圆心为(1,0),半径为2的圆经过椭圆C:+=1(a>b>0)的三个顶点,则C的标准方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
5.(5分)函数f(x)=(ex+e﹣x)ln|x|的图象大致为( )
A. B.
C. D.
6.(5分)已知函数f(x)=sin(2x+φ)+cos(2x+φ)(0<φ<π)是定义在R上的偶函数,则f(﹣)的值为( )
A. B. C.﹣ D.﹣
7.(5分)已知{an}是等差数列,若a1+1,a3+3,a5+5成等比数列,且公比为q,则q=( )
A.3 B.﹣3 C.1 D.﹣1
8.(5分)甲、乙两队进行排球比赛,采取五局三胜制(当一队赢得三场胜利时,该队获胜,比赛结束).根据前期比赛成绩可知在每一局比赛中,甲队获胜的概率为,乙队获胜的概率为.若前两局中乙队以2:0领先,则下列说法中错误的是( )
A.甲队获胜的概率为
B.乙队以3:0获胜的概率为
C.乙队以三比一获胜的概率为
D.乙队以3:2获胜的概率为
9.(5分)杨辉三角,又称帕斯卡三角,是二项式系数在三角形中的一种几何排列,在我国南宋数学家杨辉所著的《评解九章算法》(1261年)一书中用如图所示的三角形解释二项式乘方展开式的系数规律,现把杨辉三角中的数从上到下,从左到右依次排列,得数列:1,1,1,1,2,1,1,3,3,1,1,4,6,4,1…….记作数列{an},若数列{an}的前n项和为Sn,则S57=( )
A.265 B.521 C.1034 D.2059
10.(5分)学生到工厂劳动实践,利用3D打印技术制作模型.如图,该模型为在圆锥底部挖去一个正方体后的剩余部分(正方体四个顶点在圆锥母线上,四个顶点在圆锥底面上),圆锥底面直径为10cm,高为10cm.打印所用原料密度为1g/cm3,不考虑打印损耗,制作该模型所需原料的质量为( )g.(取π=3.14,精确到0.1)
A.609.4 B.447.3 C.398.4 D.357.3
11.(5分)关于函数f(x)=,有下面四个结论:
①f(x)是奇函数 ②f(x)在(,π)上单调递减 ③f(x)在[﹣π,π]上有两个零点④f(x)的最大值为
.其中所有正确结论的编号是( )
A.①②④ B.①④ C.②④ D.①③
12.(5分)设函数f(x)=(x﹣a)(x﹣b)2(a,b∈R,a≠b),f′(x)为f(x)的导函数.若f(x)和f′(x)的零点均在集合{﹣2,0,1}中,则f(x)( )
A.在(﹣1,0)上单调递增 B.在(0,1)上单调递增
C.极小值为0 D.最大值为4
二、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.(5分)如图,一个质地均匀的正八面体的八个面上分别标有数字1到8.连续两次抛掷这个正八面体,记下它与地面接触的面上的数字分别为m,n,则事件“m+n=9”的概率为 .
14.(5分)曲线y=cosxlnx在点(1,0)处的切线方程为 .
15.(5分)双曲线C:﹣=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F2的直线交曲线C右支于P、Q两点,且PQ⊥PF1,若3|PQ|=4|PF1|,则C的离心率等于 .
16.(5分)设函数f(x)=|lnx﹣x﹣a|(a∈R),记f(x)在区间[,e]上的最大值为g(a),则当a= 时,g(a)的最小值为 .
三、解答题:本大题共70分,解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。第17-21题为必考题,每个试题考生都必须作答;第223题为选考题,考生根据要求作答。(一)必考题:共60分。
17.(12分)在△ABC中,角A、B、C的对边分别为a、b、c,若•=•=1.
(Ⅰ)求证:A=B;
(Ⅱ)求边长c的值;
(Ⅲ)若|+|=,求△ABC的面积.
18.(12分)如图,在四棱锥P﹣ABCD中,平面PAB⊥平面ABCD,AD∥BC,AB⊥AD,AB⊥PA,点E为BC上一点且BC=2AB=2AD=4BE.
(1)求证:平面PED⊥平面PAC;
(2)若直线PE与平面PAC所成的角的正弦值为,求二面角A﹣PC﹣D的余弦值.
19.(12分)已知抛物线C:y2=2px焦点坐标为(2,0).
(1)求抛物线C的方程;
(2)已知点B(﹣1,0),设不垂直于x轴的直线l与抛物线C交于不同的两点P,Q,若x轴是∠PBQ的角平分线,求证:直线l过定点.
20.(12分)噪声污染已经成为影响人们身体健康和生活质量的严重问题,为了了解声音强度D(单位:分贝)与声音能量I(单位:W/cm2)之间的关系,将测量得到的声音强度Di和声音能量Ii(i=1,2,…,10)数据作了初步处理,得到如图散点图及一些统计量的值.
1.04×10﹣11
45.7
﹣11.5
1.56×10﹣21
0.51
6.88×10﹣11
5.1
表中Wi=lgIi,.
(1)根据散点图判断,D=a1+b1I与D=a2+b2lgI哪一个适宜作为声音强度D关于声音能量I的回归方程类型?(给出判断即可,不必说明理由)
(2)根据表中数据,求声音强度D关于声音能量I的回归方程;
(3)当声音强度大于60分贝时属于噪音,会产生噪音污染,城市中某点P共受到两个声源的影响,这两个声源的声音能量分别是I1和I2,且.已知点P的声音能量等于声音能量I1与I2之和.请根据(1)中的回归方程,判断P点是否受到噪音污染的干扰,并说明理由.
附:对于一组数据(μ1,v1),(μ2,v2),…,(μn,vn),其回归直线v=α+βμ的斜率和截距的最小二乘估计分别为:,.
21.(12分)已知函数f(x)=,g(x)为f(x)的导函数.
(1)证明:当x∈[﹣,0]时,f(x)﹣xg(x)≥0;
(2)若xn是函数u(x)=f(x)+1在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)内零点,求证:xn+2nπ<.
(二)选考题:共10分。请考生在22、23两题中任选一题作答,如果多做,则按所做的第一题记分。[选修4-4:坐标系与参数方程]
22.(10分)在直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为,(θ为参数),直线l的参数方程为 ,(t为参数).
(1)若a=﹣1,求C与l的交点坐标;
(2)若C上的点到l距离的最大值为,求a.
[选修4-5:不等式选讲]
23.已知函数f(x)=|x|+2|x﹣a|(a>0).
(1)当a=1时,解不等式f(x)≤4;
(2)若不等式f(x)≥4对一切x∈R恒成立,求实数a的取值范围.
2019-2020学年湖北省武汉市江岸区高三(上)期末数学试卷(理科)(元月调考)
参考答案与试题解析
一、选择题:本题共12小题,每小题5分,共60分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.
1.(5分)集合M={x|x2=x},N={x|lnx≤0},则M∪N=( )
A.[0,1] B.(0,1] C.[0,1) D.(﹣∞,1]
【分析】可以求出集合M,N,然后进行并集的运算即可.
【解答】解:∵M={0,1},N={x|0<x≤1},
∴M∪N=[0,1].
故选:A.
【点评】本题考查了描述法、列举法的定义,对数函数的定义域和单调性,并集的定义及运算,考查了计算能力,属于基础题.
2.(5分)若复数z=,则z的虚部为( )
A. B. C.1 D.i
【分析】由复数的乘方和除法运算法则,计算复数z,再由虚部的定义即可得到.
【解答】解:复数=
==﹣+i,
则z的虚部为.
故选:A.
【点评】本题考查复数的乘除运算,以及复数的虚部的定义,考查运算能力,属于基础题.
3.(5分)若a>b>0,0<c<1,则( )
A.ac<bc B.ca>cb
C.logac<logbc D.logca<logcb
【分析】构造函数y=logcx,又函数单调递减即可得解.
【解答】解:∵0<c<1,
∴函数y=logcx为减函数,
又a>b>0,
∴logca<logcb,
故选:D.
【点评】本题考查实数的大小比较,考查对数函数的图象及性质,属于基础题.
4.(5分)已知圆心为(1,0),半径为2的圆经过椭圆C:+=1(a>b>0)的三个顶点,则C的标准方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
【分析】有题意可得圆的标准方程,分别令x=0,y=0求出点的坐标,再由椭圆的焦点在x轴上,和椭圆的对称性可得a,b的值,进而求出椭圆的标准方程.
【解答】解:由题意可得圆的方程为:(x﹣1)2+y2=4,
令x=0,可得y=,令y=0,可得x=﹣1或3,
由椭圆的焦点在x轴上,及椭圆的对称性可得a=3,b=,
所以椭圆的标准方程:+=1,
故选:B.
【点评】本题可得求圆的方程及椭圆的标准方程,和椭圆的对称性,属于中档题.
5.(5分)函数f(x)=(ex+e﹣x)ln|x|的图象大致为( )
A. B.
C. D.
【分析】判断函数的奇偶性排除B;由f(1)=0排除C;再由x→0时f(x)→﹣∞,排除A,则答案可求.
【解答】解:函数f(x)的定义域为{x|x=0},且f(﹣x)=(e﹣x+ex)ln|﹣x|=f(x),则函数为偶函数,排除B;
由f(1)=0排除C;
当x→0时,f(x)=(ex+e﹣x)lnx→﹣∞,排除A,
故选:D.
【点评】本题考查函数的图象及图象变换,考查函数奇偶性的性质,是基础题.
6.(5分)已知函数f(x)=sin(2x+φ)+cos(2x+φ)(0<φ<π)是定义在R上的偶函数,则f(﹣)的值为( )
A. B. C.﹣ D.﹣
【分析】先利用辅助角公式进行化简,然后结合正弦函数在对称轴处取得最值及偶函数关于y轴对称可求φ,代入后即可求解.
【解答】解:∵f(x)=sin(2x+φ)+cos(2x+φ)=2sin(2x+φ+)是定义在R上的偶函数,
故函数的图象关于y轴对称,
∴φ+=即φ=,
∵0<φ<π,
∴φ=,
则f(﹣)=2sin(﹣)=2sin=.
故选:A.
【点评】本题主要考查了辅助角公式在三角化简中的应用,还考查了正弦函数对称性的应用,属于中档试题.
7.(5分)已知{an}是等差数列,若a1+1,a3+3,a5+5成等比数列,且公比为q,则q=( )
A.3 B.﹣3 C.1 D.﹣1
【分析】设{an}是公差为d的等差数列,运用等比数列的中项性质和等差数列的通项公式,化简可得d=﹣1,再由等比数列的定义,计算可得所求值.
【解答】解:设{an}是公差为d的等差数列,
若a1+1,a3+3,a5+5成等比数列,可得(a3+3)2=(a1+1)(a5+5),
即(a1+2d+3)2=(a1+1)(a1+4d+5),
化为d2+2d+1=0,解得d=﹣1,则an=a1﹣(n﹣1),
则公比为q===1,
故选:C.
【点评】本题考查等差数列的通项公式和等比数列的中项性质和定义,考查方程思想和化简运算求解能力,属于基础题.
8.(5分)甲、乙两队进行排球比赛,采取五局三胜制(当一队赢得三场胜利时,该队获胜,比赛结束).根据前期比赛成绩可知在每一局比赛中,甲队获胜的概率为,乙队获胜的概率为.若前两局中乙队以2:0领先,则下列说法中错误的是( )
A.甲队获胜的概率为
B.乙队以3:0获胜的概率为
C.乙队以三比一获胜的概率为
D.乙队以3:2获胜的概率为
【分析】A,在乙队以2:0领先的前提下,若甲队获胜则第三、四、五局均为甲队取胜;
B,乙队以3:0获胜,即第4局乙获胜;
C,乙队以三比一获胜,即第三局甲获胜,第四局乙获胜;
D,若乙队以3:2获胜,则第五局为乙队取胜,第三、四局乙队输.
【解答】解:对于A,在乙队以2:0领先的前提下,若甲队获胜则第三、四、五局均为甲队取胜,
所以甲队获胜的概率为P1=()3=,故正确;
对于B,乙队以3:0获胜,即第4局乙获胜,概率为,故正确;
对于C,乙队以三比一获胜,即第三局甲获胜,第四局乙获胜,概率为,故正确;
对于D,若乙队以3:2获胜,则第五局为乙队取胜,第三、四局乙队输,
所以乙队以3:2获胜的概率为,故错.
故选:D.
【点评】本题主要考查相互独立事件的概率乘法公式,所求的事件与它的对立事件概率间的关系,属于中档题.
9.(5分)杨辉三角,又称帕斯卡三角,是二项式系数在三角形中的一种几何排列,在我国南宋数学家杨辉所著的《评解九章算法》(1261年)一书中用如图所示的三角形解释二项式乘方展开式的系数规律,现把杨辉三角中的数从上到下,从左到右依次排列,得数列:1,1,1,1,2,1,1,3,3,1,1,4,6,4,1…….记作数列{an},若数列{an}的前n项和为Sn,则S57=( )
A.265 B.521 C.1034 D.2059
【分析】由归纳推理及等比数列前n项和可得:即a57在第11组中且为第11组中的第2个数,则S57=20+21+…+29+()=1034,得解.
【解答】解:将1,1,1,1,2,1,1,3,3,1,1,4,6,4,1,….
分组为(1),(1,1),(1,2,1),(1,3,3,1),(1,4,6,4,1)…
则第n组n个数且第n组n个数之和为2n﹣1,
设a57在第n组中,
则≤57≤,
解得:n=11,
即a57在第11组中且为第11组中的第2个数,即为,
则S57=20+21+…+29+()=1034,
故选:C.
【点评】本题考查了归纳推理及等比数列前n项和,属中档题.
10.(5分)学生到工厂劳动实践,利用3D打印技术制作模型.如图,该模型为在圆锥底部挖去一个正方体后的剩余部分(正方体四个顶点在圆锥母线上,四个顶点在圆锥底面上),圆锥底面直径为10cm,高为10cm.打印所用原料密度为1g/cm3,不考虑打印损耗,制作该模型所需原料的质量为( )g.(取π=3.14,精确到0.1)
A.609.4 B.447.3 C.398.4 D.357.3
【分析】设正方体的棱长为a,由题意得=,解得a=5,求出该模型的体积为V=≈398.33(cm3).由此能求出制作该模型所需原料的质量.
【解答】解:如图,是几何体的轴截面,
设正方体的棱长为a,则=,解得a=5,
∴该模型的体积为:
V==≈398.33(cm3).
∴制作该模型所需原料的质量为398.33×1≈398.4(g).
故选:C.
【点评】本题考查制作该模型所需原料的质量的求法,考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.
11.(5分)关于函数f(x)=,有下面四个结论:
①f(x)是奇函数 ②f(x)在(,π)上单调递减 ③f(x)在[﹣π,π]上有两个零点④f(x)的最大值为
.其中所有正确结论的编号是( )
A.①②④ B.①④ C.②④ D.①③
【分析】函数f(x)=,
①利用奇函数的定义即可判断出f(x)是否是奇函数;
②令f′(x)=≤0,解得:cosx范围,即可判断出f(x)在(,π)上的单调性.
③由f(x)=0,由sinx=0,在[﹣π,π]上有3个零点,即可判断出结论.
④令k=,可得sin(x+φ)=≤1,解得k范围即可判断出结论.
【解答】解:函数f(x)=,
①f(﹣x)==﹣f(x),∴f(x)是奇函数,正确;
②令f′(x)=≤0,解得:﹣1≤cosx≤,∴f(x)在(,π)上不单调递减,因此不正确.
③由f(x)=0,∴sinx=0,在[﹣π,π]上有3个零点,分别为﹣π,0,π,因此不正确.
④令k=,可得sin(x+φ)=≤1,解得k≤,因此f(x)的最大值为,正确.
.其中所有正确结论的编号是①④.
故选:B.
【点评】本题考查了三角函数的图象与性质、利用导数研究函数的单调性、不等式的解法、简易逻辑的判定方法,考查了推理能力与计算能力,属于中档题.
12.(5分)设函数f(x)=(x﹣a)(x﹣b)2(a,b∈R,a≠b),f′(x)为f(x)的导函数.若f(x)和f′(x)的零点均在集合{﹣2,0,1}中,则f(x)( )
A.在(﹣1,0)上单调递增 B.在(0,1)上单调递增
C.极小值为0 D.最大值为4
【分析】依题意,可求得f(x)和f′(x)的零点构成的集合为{a,b,}={﹣2,0,1},分6类讨论,可确定a、b的值,继而利用导数确定函数的极值及单调区间,从而判断四个选项,可得答案.
【解答】解:∵f(x)=(x﹣a)(x﹣b)2(a,b∈R,a≠b),
∴f′(x)=(x﹣b)2+2(x﹣b)(x﹣a)=(x﹣b)(3x﹣2a﹣b),
令f(x)=0得:x=a或x=b;
f′(x)=0得:x=a,或x=;
由a≠b知,f(x)和f′(x)的零点构成的集合为{a,b,},
又f(x)和f′(x)的零点均在集合{﹣2,0,1}中,
①若a=﹣2,b=0,则=﹣≠1,不符合题意,舍去;
②若a=﹣2,b=1,则=﹣1≠0,不符合题意,舍去;
③若a=0,b=1,则=≠﹣2,不符合题意,舍去;
④若a=0,b=﹣2,则=﹣≠1,不符合题意,舍去;
⑤若a=1,b=0,则=≠﹣2,不符合题意,舍去;
⑥若a=1,b=﹣2,则=0,符合题意;
故f′(x)=(x﹣b)(3x﹣2a﹣b)=(x+2)(3x﹣2+2)=3x(x+2),
令f′(x)>0,得:x>0或x<﹣2;
f′(x)<0,得:﹣2<x<0;
∴x=0为极小值点,f(0)=(0﹣1)(0+2)2=﹣4,排除C;
x=﹣2为极大值点,f(﹣2)=(﹣2﹣1)(﹣2+2)2=0,排除D;
f(x)在区间(﹣2,0)上单调递减,排除A;
在(﹣∞,﹣2),(0,+∞)单调递增,(0,1)(0,+∞),
故B在(0,1)上单调递增,正确;
故选:B.
【点评】本题考查利用导数研究函数的单调性与极值,通过分类讨论思想的运用,确定a、b的值是解决问题的关键,考查运算能力,属于难题.
二、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.(5分)如图,一个质地均匀的正八面体的八个面上分别标有数字1到8.连续两次抛掷这个正八面体,记下它与地面接触的面上的数字分别为m,n,则事件“m+n=9”的概率为 .
【分析】由题意可得:基本事件的总数为82.事件“m+n=9”包括基本事件为:(1,8),(8,1),(2,7),(7,2),(3,6),(6,3),(4,5),(5,4).即可得出事件“m+n=9”的概率P.
【解答】解:由题意可得:基本事件的总数为82=64.
则事件“m+n=9”包括基本事件为:(1,8),(8,1),(2,7),(7,2),(3,6),(6,3),(4,5),(5,4).
∴事件“m+n=9”的概率P==.
故答案为:.
【点评】本题考查了古典概率的概率计算公式、列举法,考查了推理能力与计算能力,属于基础题.
14.(5分)曲线y=cosxlnx在点(1,0)处的切线方程为 xcos1﹣y﹣cos1=0 .
【分析】先求出导数,然后将x=1代入求出斜率,最后利用点斜式写出切线方程即可.
【解答】解:,
所以k=cos1,
故切线方程:y=cos1×(x﹣1)
即xcos1﹣y﹣cos1=0,
故答案为:xcos1﹣y﹣cos1=0.
【点评】本题考查了利用导数求切线方程的基本思路,注意抓住切点处的坐标、导数值.属于基础题.
15.(5分)双曲线C:﹣=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F2的直线交曲线C右支于P、Q两点,且PQ⊥PF1,若3|PQ|=4|PF1|,则C的离心率等于 .
【分析】由PQ⊥PF1,|PQ|与|PF1|的关系,可得|QF1|于|PF1|的关系,由双曲线的定义可得2a=|PF1|﹣|PF2|=|QF1|﹣|QF2|,解得|PF1|,然后利用直角三角形,推出a,c的关系,可得双曲线的离心率.
【解答】解:可设P,Q为双曲线右支上一点,
由PQ⊥PF1,|PQ|=|PF1|,
在直角三角形PF1Q中,|QF1|==|PF1|,
由双曲线的定义可得:2a=|PF1|﹣|PF2|=|QF1|﹣|QF2|,
由|PQ|=|PF1|,即有|PF2|+|QF2|=|PF1|,
即为|PF1|﹣2a+|PF1|﹣2a=|PF1|,
∴(1﹣+)|PF1|=4a
解得|PF1|=3a.
|PF2|=|PF1|﹣2a=3a﹣2a=a,
由勾股定理可得:(2c)2=|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2,即4c2=9a2+a2,
可得e=.
故答案为:.
【点评】本题考查了双曲线的定义、方程及其性质,考查勾股定理,考查了推理能力与计算能力,属于中档题.
16.(5分)设函数f(x)=|lnx﹣x﹣a|(a∈R),记f(x)在区间[,e]上的最大值为g(a),则当a= 时,g(a)的最小值为 .
【分析】设,利用导数可知g(x)在单调递增,在(1,e)单调递减,由f(x)=|g(x)|可知,,然后作出函数的图象,由图象观察即可得出答案.
【解答】解:设,则,
令g′(x)>0,解得,令g′(x)<0,解得1<x<e,
∴g(x)在单调递增,在(1,e)单调递减,
又,
∴,
在同一坐标系中,作函数的函数图象如下,
则g(a)表示的函数图象为图中粗线部分,由图可知,点P所对应的函数值最小,
由|﹣1﹣a|=|1﹣e﹣a|,解得,即,故,即g(a)的最小值为.
故答案为:,.
【点评】本题考查函数与导数的综合运用,实质是考查求最大值中的最小值求法,通过作出函数图象,能形象的由函数图象观察得出答案,着重考查了数形结合思想的运用,属于中档题.
三、解答题:本大题共70分,解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。第17-21题为必考题,每个试题考生都必须作答;第223题为选考题,考生根据要求作答。(一)必考题:共60分。
17.(12分)在△ABC中,角A、B、C的对边分别为a、b、c,若•=•=1.
(Ⅰ)求证:A=B;
(Ⅱ)求边长c的值;
(Ⅲ)若|+|=,求△ABC的面积.
【分析】(1)由,,故可将•=•=1转化为一个三角方程,解方程即可证明:A=B
(2)由(1)的结论,再结合余弦定理,可构造一个关于c的方程,解方程易求c值.
(3)若|+|=平方后,结合余弦定理,可以判断三角形的形状,再结合(2)的结论,即可求△ABC的面积.
【解答】解:(Ⅰ)∵•=•.
∴bccosA=accosB,即bcosA=acosB
由正弦定理得sinBcosA=sinAcosB
∴sin(A﹣B)=0
∵﹣π<A﹣B<π
∴A﹣B=0,∴A=B
(Ⅱ)∵•=1,∴bccosA=1
由余弦定理得bc•=1,即b2+c2﹣a2=2
∵由(Ⅰ)得a=b,∴c2=2,∴c=
(Ⅲ)∵|+|=,∴||2+||2+2|•|=6
即c2+b2+2=6
∴c2+b2=4
∵c2=2
∴b2=2,b=
∴△ABC为正三角形
∴S△ABC=×()2=
【点评】(1)中在判断三角形形状时,要注意对角的范围进行分析,即求角的大小需要两个条件:该角的一个三角函数值和该角的范围,缺一不可.(2)正、余弦定理是解三解形必用的数学工具,正弦定理一般用于已知两角一边及两边和其中一边对角的情况,余弦定理一般用于已知三边及两边和其夹角的情况.
18.(12分)如图,在四棱锥P﹣ABCD中,平面PAB⊥平面ABCD,AD∥BC,AB⊥AD,AB⊥PA,点E为BC上一点且BC=2AB=2AD=4BE.
(1)求证:平面PED⊥平面PAC;
(2)若直线PE与平面PAC所成的角的正弦值为,求二面角A﹣PC﹣D的余弦值.
【分析】(1)由面面垂直的性质定理证出PA⊥平面ABCD,从而得到AB、AD、AP两两垂直,因此以AB、AD、AP为x轴、y轴、z轴,建立坐标系o﹣xyz,得A、D、E、C、P的坐标,进而得到、、的坐标.由数量积的坐标运算公式算出•=0且•=0,从而证出DE⊥AC且DE⊥AP,结合线面垂直判定定理证出ED⊥平面PAC,从而得到平面PED⊥平面PAC;
(2)由(1)得平面PAC的一个法向量是,算出、夹角的余弦,即可得到直线PE与平面PAC所成的角θ的正弦值,由此建立关于θ的方程并解之即可得到λ=2.利用垂直向量数量积为零的方法,建立方程组算出=(1,﹣1,﹣1)是平面平面PCD的一个法向量,结合平面PAC的法向量=(2,﹣1,0),算出与的夹角余弦,再结合图形加以观察即可得到二面角A﹣PC﹣D的平面角的余弦值.
【解答】(1)证明:∵平面PAB⊥平面ABCD,平面PAB∩平面ABCD=AB,AB⊥PA,
∴PA⊥平面ABCD,又AB⊥AD.
分别以AB、AD、AP为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系o﹣xyz,
可得A(0,0,0)D(0,2,0),E(2,1,0),C(2,4,0),P(0,0,λ)(λ>0).
∴=(2,4,0),=(0,0,λ),=(2,﹣1,0).
由=4﹣4+0=0,=0,
∴DE⊥AC且DE⊥AP,
∵AC、AP是平面PAC内的相交直线,∴ED⊥平面PAC.
∵ED⊂平面PED,∴平面PED⊥平面PAC;
(2)解:由(1)得平面PAC的一个法向量是=(2,﹣1,0),=(2,1,﹣λ).
设直线PE与平面PAC所成的角为θ,
则sinθ=|cos<>|===,解得λ=±2.
∵λ>0,∴λ=2,可得P的坐标为(0,0,2).
设平面PCD的一个法向量为=(x,y,z),
=(2,2,0),=(0,﹣2,2),
由,令x=1,得=(1,﹣1,﹣1).
∴cos<,>==.
由图形可得二面角A﹣PC﹣D的平面角是锐角,
∴二面角A﹣PC﹣D的平面角的余弦值为.
【点评】本题考查线面垂直、面面垂直的判定定理,训练了利用空间向量研究直线与平面所成角和二面角大小的方法,属于中档题.
19.(12分)已知抛物线C:y2=2px焦点坐标为(2,0).
(1)求抛物线C的方程;
(2)已知点B(﹣1,0),设不垂直于x轴的直线l与抛物线C交于不同的两点P,Q,若x轴是∠PBQ的角平分线,求证:直线l过定点.
【分析】(1)利用焦点坐标求出p的值,即可得到抛物线C的方程:
(2)由x轴是∠PBQ的角平分线,得kBP=﹣kBQ,即2kx1x2+(k+t)(x1+x2)+2t=0,设直线l的方程为:y=kx+t,与椭圆方程联立,利用韦达定理代入上式,化简可得t=﹣k,所以直线l的方程为:y=kx﹣k=k(x﹣1),过定点(1,0).
【解答】解:(1)∵焦点坐标为(2,0),∴,∴p=4,
∴抛物线C的方程为:y2=8x;
(2)设直线l的方程为:y=kx+t,代入y2=8x 得:k2x2+(2kt﹣8)x+t2=0,
设P(x1,y1),Q(x2,y2),
∴,,
∵x轴是∠PBQ的角平分线,
∴kBP=﹣kBQ,
∴,
∴,
∴2kx1x2+(k+t)(x1+x2)+2t=0,
∴,
整理得:k+t=0,∴t=﹣k,
∴直线l的方程为:y=kx﹣k=k(x﹣1),过定点(1,0).
【点评】本题主要考查了抛物线方程,以及直线与抛物线的位置关系,是中档题.
20.(12分)噪声污染已经成为影响人们身体健康和生活质量的严重问题,为了了解声音强度D(单位:分贝)与声音能量I(单位:W/cm2)之间的关系,将测量得到的声音强度Di和声音能量Ii(i=1,2,…,10)数据作了初步处理,得到如图散点图及一些统计量的值.
1.04×10﹣11
45.7
﹣11.5
1.56×10﹣21
0.51
6.88×10﹣11
5.1
表中Wi=lgIi,.
(1)根据散点图判断,D=a1+b1I与D=a2+b2lgI哪一个适宜作为声音强度D关于声音能量I的回归方程类型?(给出判断即可,不必说明理由)
(2)根据表中数据,求声音强度D关于声音能量I的回归方程;
(3)当声音强度大于60分贝时属于噪音,会产生噪音污染,城市中某点P共受到两个声源的影响,这两个声源的声音能量分别是I1和I2,且.已知点P的声音能量等于声音能量I1与I2之和.请根据(1)中的回归方程,判断P点是否受到噪音污染的干扰,并说明理由.
附:对于一组数据(μ1,v1),(μ2,v2),…,(μn,vn),其回归直线v=α+βμ的斜率和截距的最小二乘估计分别为:,.
【分析】(1)根据散点图中点的分布成非线性形状,判断两变量适合的模型;
(2)令Wi=lgIi,建立D关于W的线性回归方程,再写出D关于I的回归方程;
(3)根据点P的声音能量I=I1+I2,根据(1)中的回归方程计算点P的声音强度D的预报值,比较即可得出结论.
【解答】解:(1)根据散点图判断,模型D=a2+b2lgI更适合;
(2)令Wi=lgIi,先建立D关于W的线性回归方程,
由于,
∴,
∴D关于W的线性回归方程是,
即D关于I的回归方程是;
(3)点P的声音能量为I=I1+I2,
∵,
∴=,
根据(1)中的回归方程知,点P的声音强度D的预报值为
,
∴点P会受到噪声污染的干扰.
【点评】本题考查了线性回归方程的求法与应用问题,是中档题.
21.(12分)已知函数f(x)=,g(x)为f(x)的导函数.
(1)证明:当x∈[﹣,0]时,f(x)﹣xg(x)≥0;
(2)若xn是函数u(x)=f(x)+1在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)内零点,求证:xn+2nπ<.
【分析】(1)先写出g(x)的解析式,g(x)=f′(x)=,得到在(﹣,0)上,f(x)单调递增.对g(x)求导,得g′(x)=,得到在(﹣,0)上,g(x)单调递减,令F(x)=f(x)﹣xg(x),x∈[﹣,0],求导,分析单调性,可得F(x)≥0,进而证明f(x)﹣xg(x)≥0.
(2)由题可知=﹣1在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)有根①,令yn=xn+2nπ,则yn∈(﹣,0),可得f(yn)=﹣e﹣2nπ,因为f(yn)=﹣e﹣2nπ≥﹣1=f(y0),由(1)得f(x)单调性,所以yn≥y0,又因为(1)可知(﹣,0)上,g(x)单调递减,可得0<g(yn)≤g(y0)又因为f(yn)﹣yng(yn)≥0,化简即可得证.
【解答】(1)证明:g(x)=f′(x)=,
当x∈(﹣,0)时,g(x)=f′(x)>0,
所以在(﹣,0)上,f(x)单调递增.
g′(x)==,
在(﹣,0)上,g′(x)<0,g(x)单调递减,
令F(x)=f(x)﹣xg(x),x∈[﹣,0],
F′(x)=f′(x)﹣g(x)﹣xg′(x)=g(x)﹣g(x)﹣xg′(x)=﹣xg′(x),
当x∈(﹣,0)是,F′(x)<0,F(x)单调递减,
所以F(x)≥F(0)=f(0)﹣0×g(0)=0,
所以f(x)﹣xg(x)≥0.
(2)证明:若xn是函数u(x)=f(x)+1在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)内零点,
则u(xn)=0在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)有根,
所以f(xn)+1=0在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)有根,
即=﹣1在(﹣2nπ﹣,﹣2nπ)(n∈N)有根,①
令yn=xn+2nπ,则yn∈(﹣,0)
f(yn)===,
又因为①式成立,所以f(yn)=﹣e﹣2nπ,
因为f(yn)=﹣e﹣2nπ≥﹣1=f(y0),
由(1)可知在(﹣,0)上,f(x)单调递增.
所以yn≥y0,
由(1)可知(﹣,0)上,g(x)单调递减,
所以0<g(yn)≤g(y0)
由(1)可知f(yn)﹣yng(yn)≥0;
所以yn≤=≤====
又因为①式成立,得yn<,
所以xn+2nπ<.
【点评】本题以三角函数为背景,考查导数的运算,函数的单调性等基础知识,考查函数思想,转化思想,抽象概括能力,运算能力,属于难题.
(二)选考题:共10分。请考生在22、23两题中任选一题作答,如果多做,则按所做的第一题记分。[选修4-4:坐标系与参数方程]
22.(10分)在直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为,(θ为参数),直线l的参数方程为 ,(t为参数).
(1)若a=﹣1,求C与l的交点坐标;
(2)若C上的点到l距离的最大值为,求a.
【分析】(1)将曲线C的参数方程化为标准方程,直线l的参数方程化为一般方程,联立两方程可以求得焦点坐标;
(2)曲线C上的点可以表示成P(3cosθ,sinθ),θ∈[0,2π),运用点到直线距离公式可以表示出P到直线l的距离,再结合距离最大值为进行分析,可以求出a的值.
【解答】解:(1)曲线C的参数方程为(θ为参数),化为标准方程是:+y2=1;
a=﹣1时,直线l的参数方程化为一般方程是x+4y﹣3=0;
联立方程,解得或,
所以椭圆C和直线l的交点为(3,0)和(﹣,).
(2)l的参数方程(t为参数)化为一般方程是:x+4y﹣a﹣4=0,
椭圆C上的任一点P可以表示成P(3cosθ,sinθ),θ∈[0,2π),
所以点P到直线l的距离d为:
d==,
φ满足tanφ=,且的d的最大值为.
①当﹣a﹣4≤0时,即a≥﹣4时,
|5sin(θ+φ)﹣a﹣4|≤|﹣5﹣a﹣4|=|5+a+4|=17
解得a=8和﹣26,a=8符合题意.
②当﹣a﹣4>0时,即a<﹣4时
|5sin(θ+φ)﹣a﹣4|≤|5﹣a﹣4|=|1﹣a|=17,
解得a=﹣16和18,a=﹣16符合题意.
综上,a=8或a=﹣16.
【点评】本题主要考查曲线的参数方程、点到直线距离和三角函数的最值,难点在于如何根据曲线C上的点到直线l距离的最大值求出a.
[选修4-5:不等式选讲]
23.已知函数f(x)=|x|+2|x﹣a|(a>0).
(1)当a=1时,解不等式f(x)≤4;
(2)若不等式f(x)≥4对一切x∈R恒成立,求实数a的取值范围.
【分析】(1)由题意可得|x|+2|x﹣1|≤4,由绝对值的意义,去绝对值,解不等式可得所求解集;
(2)由题意可得f(x)min≥4,运用绝对值不等式的性质和绝对值的定义可得f(x)的最小值,进而得到a的范围.
【解答】解:(1)当a=1时,不等式f(x)≤4即为|x|+2|x﹣1|≤4,
当x≥1时,可得x+2(x﹣1)≤4,解得x≤2,则1≤x≤2;
当0<x<1时,可得x﹣2(x﹣1)≤4,解得x≥﹣2,则0<x<1;
当x≤0时,可得﹣x﹣2(x﹣1)≤4,解得x≥﹣,则﹣≤x≤0.
综上可得,原不等式的解集为[﹣,2];
(2)若不等式f(x)≥4对一切x∈R恒成立,即为f(x)min≥4,
由f(x)=|x|+2|x﹣a|=|x|+|x﹣a|+|x﹣a|≥|x﹣x+a|+|a﹣a|=|a|,当且仅当x=a时,取得等号,
因为a>0,可得f(x)min=a,
则a≥4,即a的取值范围是[4,+∞).
【点评】本题考查绝对值不等式的解法和不等式恒成立问题解法,注意运用分类讨论思想和转化思想,考查化简运算能力和推理能力,属于中档题.
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