2022-2023学年北京市通州区高二(下)期末数学试卷(含详细答案解析)
展开1.二项式(x+2)5的展开式的第3项为( )
A. 40x2B. 80x2C. 40x3D. 80x3
2.4名学生与1名老师站成一排照相,学生请老师站在正中间,则不同的站法种数为( )
A. 12B. 18C. 24D. 48
3.函数f(x)=e−x的导数是( )
A. −e−xB. e−xC. −exD. ex
4.已知函数f(x)=xlnx,则f(x)的单调递减区间为( )
A. (−∞,1e)B. (0,1e)C. (0,+∞)D. (1e,+∞)
5.已知离散型随机变量X的分布列为P(X=i)=14(i=1,2,3,4),则P(X≤2)=( )
A. 14B. 12C. 34D. 1
6.将一枚质地均匀的硬币重复抛掷4次,恰好出现3次正面朝上的概率为( )
A. 116B. 112C. 18D. 14
7.已知随机变量X服从正态分布N(2,σ2),且P(0
A. 0.3B. 0.4C. 0.6D. 0.8
8.篮球运动员在比赛中每次罚球得分的规则是:命中得1分,不命中得0分.已知某篮球运动员罚球命中的概率为0.8,设其罚球一次的得分为X,则( )
A. E(X)=0.5,D(X)=0.20B. E(X)=0.5,D(X)=0.25
C. E(X)=0.8,D(X)=0.12D. E(X)=0.8,D(X)=0.16
9.已知函数f(x)的导函数f′(x)的图象如图所示,给出下列四个结论:①f(x)在区间(−∞,−3)上单调递增
②f(x)在区间(0,2)上单调递减
③f(x)在x=0处取得最大值
④f(x)在x=2处取得极小值
其中结论一定正确的个数是( )
A. 1B. 2C. 3D. 4
10.已知函数f(x)=−x2+x−alnx为其定义域上的单调函数,则实数a的取值范围为( )
A. [18,+∞)B. [14,+∞)C. [38,+∞)D. [12,+∞)
二、填空题:本题共5小题,每小题5分,共25分。
11.在2道代数题和3道几何题中,每次从中随机抽出1道题,抽出的题不再放回.设A=“第一次抽到代数题”,B=“第二次抽到几何题”.则P(AB)=______;P(B|A)=______.
12.二项式(x−1x)8的展开式中常数项为______.
13.函数f(x)=x−1x2的零点是__________,极值点是__________.
14.已知一个三位数,如果满足个位上的数字和百位上的数字都大于十位上的数字,那么我们称该三位数为“凹数”,则没有重复数字的三位“凹数”的个数为______.(用数字作答)
15.已知函数f(x)=x2ex,x<1,exx2,x≥1.给出下列四个结论:
①函数f(x)存在4个极值点;
②f′(52)>f′(12)>f′(32);
③若点P(x1,y1)(x1<1),Q(x2,y2)(x2≥1)为函数f(x)图象上的两点,则f(x1)−f(x2)<4e−e24;
④若关于x的方程[f(x)]2−2af(x)=0有两个不相等的实数根,则实数a的取值范围是(2e2,e28)∪(e2,+∞).
其中所有正确结论的序号是______.
三、解答题:本题共6小题,共85分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。
16.(本小题12分)
已知函数f(x)=13x3+12x2−2x+1.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间及极值;
(Ⅱ)求f(x)在区间[−3,0]上的最大值和最小值.
17.(本小题12分)
袋中有4个白球、2个黑球,从中随机地连续抽取3次,每次取1个球.
(Ⅰ)若每次抽取后不放回,求连续抽取3次至少取到1个黑球的概率;
(Ⅱ)若每次抽取后放回,求连续抽取3次恰好取到1个黑球的概率.
18.(本小题14分)
某学校为了解高一新生的体质健康状况,对学生的体质进行了测试,现从男、女生中各随机抽取20人作为样本,把他们的测试数据整理如表,规定:数据≥60,体质健康为合格.
(Ⅰ)估计该校高一年级学生体质健康等级为合格的概率;
(Ⅱ)从样本等级为优秀的学生中随机抽取3人进行再测试,设抽到的女生数为X,求X的分布列和数学期望;
(Ⅲ)从该校全体男生中随机抽取2人,全体女生中随机抽取1人,估计这3人中恰有2人健康等级是优秀的概率.
19.(本小题15分)
已知函数f(x)=x2−mx−1,g(x)=xlnx−1.
(Ⅰ)若f(x)在区间(−2,1)上恰有一个极值点,求实数m的取值范围;
(Ⅱ)求g(x)的零点个数;
(Ⅲ)若m=1,求证:对于任意x∈(0,+∞),恒有f(x)≥g(x).
20.(本小题16分)
已知函数f(x)=alnx+bx,a,b∈R.
(Ⅰ)当a=1,b=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)当a>0,b=−2时,求f(x)在区间[1,2]上的最大值;
(Ⅲ)当a=1时,设g(x)=f(x)+sinx,判断g(x)在x∈(0,π]上是否存在极值.若存在,指出是极大值还是极小值;若不存在,说明理由.
21.(本小题16分)
为了拓展学生的知识面,提高学生对航空航天科技的兴趣,培养学生良好的科学素养,某校组织学生参加航空航天科普知识答题竞赛,每位参赛学生可答题若干次,答题赋分方法如下:第一次答题,答对得2分,答错得1分;从第二次答题开始,答对则获得上一次答题得分的两倍,答错得1分.学生甲参加这次答题竞赛,每次答对的概率为34,且每次答题结果互不影响.
(Ⅰ)求学生甲前三次答题得分之和为4分的概率;
(Ⅱ)设学生甲第i次答题所得分数Xi(i∈N*)的数学期望为E(Xi).
(i)求E(X1),E(X2),E(X3);
(ii)写出E(Xi−1)与E(Xi)(i≥2)满足的等量关系式(直接写出结果,不必证明);
(iii)若E(Xi)>10,求i的最小值.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解:二项式(x+2)5的展开式的第3项为T3=C52×22×x3=40x3.
故选:C.
由题意,利用二项式展开式的通项公式,求出二项式(x+2)5的展开式的第3项.
本题主要考查二项式定理的应用,二项式展开式的通项公式,属于基础题.
2.【答案】C
【解析】解:4名学生与1名老师站成一排照相,老师站在正中间,
相当于4名学生的全排列,有A44=24种不同的站法.
故选:C.
根据题意,计算A44即可得出答案.
本题考查排列组合,考查运算求解能力,属于基础题.
3.【答案】A
【解析】解:函数f(x)=e−x=(1e)x,
则函数的导数f′(x)=(1e)xln1e=−e−x,
故选:A.
根据函数的导数公式进行求导即可.
本题主要考查函数的导数的计算,根据函数的导数公式是解决本题的关键.
4.【答案】B
【解析】解:函数f(x)=xlnx的定义域为(0,+∞),
f′(x)=lnx+1,令f′(x)<0,即lnx+1<0,
解得0
故选:B.
对f(x)求导,令f′(x)<0,即可求解单调递减区间.
本题主要考查利用导数研究函数的单调性,考查运算求解能力,属于基础题.
5.【答案】B
【解析】解:根据题意,离散型随机变量X的分布列为P(X=i)=14(i=1,2,3,4),
则P(X≤2)=P(X=1)+P(X=2)=14+14=12.
故选:B.
根据题意,由X的分布列可得P(X≤2)=P(X=1)+P(X=2),进而计算可得答案.
本题考查随机变量的分布列,涉及概率的性质,属于基础题.
6.【答案】D
【解析】解:抛掷一枚硬币出现正面的概率为12,
则将一枚质地均匀的硬币重复抛掷4次,恰好出现3次正面朝上的概率为:C43(12)3×(1−12)=14.
故选:D.
根据已知条件,结合古典概型的概率公式,以及二项分布的概率公式,即可求解.
本题主要考查古典概型的概率公式,以及二项分布的概率公式,属于基础题.
7.【答案】A
【解析】解:随机变量X服从正态分布N(2,σ2),且P(0
根据已知条件,结合正态分布的对称性,即可求解.
本题主要考查正态分布的对称性,属于基础题.
8.【答案】D
【解析】解:由题意知,随机变量X的可能取值为0,1,
因为P(X=1)=0.8,P(X=0)=0.2,
所以E(X)=0×0.2+1×0.8=0.8;
D(X)=(1−0.8)2×0.8+(0−0.8)2×0.2=0.16.
故选:D.
先求得X=1和X=0时的概率,求得期望和方差,即可得答案.
本题考查了离散型随机变量的期望与方差计算,属于基础题.
9.【答案】B
【解析】解:由f′(x)的图象可知,
当x<−3时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当−3
当0
所以函数f(x)在区间(−∞,−3)和(0,2)上单调递减,故①错误,②正确;
当x=0时,函数f(x)取得极大值,无法确定为最大值,故③错误;
当x=2时,函数f(x)取得极小值,故④正确,
综上,结论正确的有②④.
故选:B.
由题意,结合f′(x)的图象,得到f′(x)的符号和f(x)的单调性、极值,对结论进行逐一分析,进而即可求解.
本题考查利用导数研究函数的单调性和极值,考查了逻辑推理和数形结合.
10.【答案】A
【解析】解:已知f(x)=−x2+x−alnx,函数定义域为(0,+∞),
可得f′(x)=−2x+1−ax=−2x2−x+ax,
若函数f(x)在定义域上为单调函数,
此时f′(x)在(0,+∞)上恒非正或恒非负,
因为函数g(x)=2x2−x+a是开口向上的二次函数,
所以g(x)=2x2−x+a≥0在(0,+∞)上恒成立,
需满足Δ=1−8a≤0恒成立,
解得a≥18,
则实数a的取值范围为[18,+∞).
故选:A.
由题意,对函数f(x)进行求导,将函数f(x)在定义域上为单调函数转化成有关f′(x)的信息,利用二次函数的性质得到g(x)=2x2−x+a≥0在(0,+∞)上恒成立,结合根的判别式进行求解即可.
本题考查利用导数研究函数的单调性,考查了逻辑推理、转化思想和运算能力.
11.【答案】310 34
【解析】解:根据题意,设A=“第一次抽到代数题”,B=“第二次抽到几何题”,
则P(A)=25,P(AB)=3×25×4=310,
故P(B|A)=P(AB)P(A)=31025=34.
故答案为:310;34.
根据题意,由古典概型公式求出P(A)和P(AB),进而由条件概率公式计算可得答案.
本题考查条件概率的计算,涉及相互独立事件的概率计算,属于基础题.
12.【答案】70
【解析】解:二项式(x−1x)8的展开式的通项为Tr+1=C8rx8−r(−1x)r=C8r(−1)rx8−2r(r=0,1,2,⋯⋯,8),
令8−2r=0,解得r=4,
则展开式的常数项为C84×(−1)4=70.
故答案为:70.
求出展开式的通项公式,然后令x的指数为0,进而可以求解.
本题考查了二项式定理的应用,考查了学生的运算能力,属于基础题.
13.【答案】x=1 ; x=2
【解析】【分析】
本题考查利用导数研究函数的极值点,求函数的零点,属于中档题.
令f(x)=0即可求得零点;利用导数可求得f(x)的单调性,根据极值点定义可得结果.
【解答】
解:f(x)=x−1x2,
令f(x)=x−1x2=0,解得x=1,∴f(x)的零点是x=1;
由题意知:f(x)定义域为(−∞,0)∪(0,+∞),
f′(x)=x2−2x(x−1)x4=2−xx3,令f′(x)=0,解得x=2,
则当x∈(−∞,0)时,f′(x)<0;当x∈(0,2)时,f′(x)>0;当x∈(2,+∞)时,f′(x)<0,
∴f(x)在(−∞,0)和(2,+∞)上单调递减,在(0,2)上单调递增,
∴f(x)的极值点为x=2.
故答案为:x=1;x=2.
14.【答案】240
【解析】解:从0到9这10个数字人选3个,则数字最小的放在十位,有C103=120种,
剩余2个数字分别放在个位和百位,有A22=2,
则共有120×2=240种不同的凹数.
故答案为:240.
根据凹数的定义先确定十位数字的个数,剩余2个数字分别排在个位和百位进行计算即可.
本题主要考查简单的计数问题,利用组合和排列数公式进行计算是解决本题的关键,是基础题.
15.【答案】①③④
【解析】【分析】利用函数的单调性得函数f(x)的极大值点为−2,1,极小值点为0,2,可判断①;计算出f′(12)>f′(52),可判断②;利用函数的极大值和极小值,可判断③;数形结合可判断④.
本题考查了导数的综合应用,属于中档题.
【解答】解:当x<1时,f(x)=x2ex,求导得f′(x)=(x2+2x)ex=x(x+2)ex,
当x<−2或0
因此函数f(x)在(−∞,−2),(0,1),(2,+∞)上单调递增,在(−2,0),(1,2)上单调递减,
函数f(x)的极大值点为−2,1,极小值点为0,2,共4个,①正确;
因为f′(12)=54e12>1,f′(52)=4e52125<4×352125<4×33125<1,即f′(12)>f′(52),②错误;
函数f(x)在x=−2处取得极大值f(−2)=4e2,而f(1)=e,
当x<0时,恒有f(x)>0,则当x1<1时,0≤f(x1)
于是f(x1)−f(x2)
因此关于x的方程fx2−2af(x)=0有两个不相等的实数根,当且仅当方程f(x)=2a有一个非0实根,
即直线y=2a(a≠0)与函数y=f(x)的图象有唯一公共点,在同一坐标系内作出直线y=2a(a≠0)与y=f(x)的图象,如图,
观察图象知,当4e2<2a
解得2e2e2,于是所求实数a的取值范围是(2e2,e28)∪(e2,+∞),④正确,
所以所有正确结论的序号是①③④.
故答案为:①③④.
16.【答案】解:(Ⅰ)f(x)=13x3+12x2−2x+1,
则f′(x)=x2+x−2=(x+2)(x−1),
令f′(x)>0,解得x>1或x<−2,单调递增区间为(−∞,−2)和(1,+∞),
令f′(x)<0,解得−2
(Ⅱ)当x∈[−3,0]时,
f(x)的单调递增区间为[−3,−2),单调递减区间为[−2,0],
f(−3)=52,f(0)=1,
故f(x)的最大值为f(−2)=133,最小值为f(0)=1.
【解析】(Ⅰ)根据已知条件,利用导数函数的单调性,即可求解;
(Ⅱ)结合(Ⅰ)的结论,以及区间两个端点的函数值,即可求解.
本题主要考查利用导数研究函数的单调性,考查转化能力,属于中档题.
17.【答案】解:(1)从6个球中任意取出3个球,取法总数为C63=20种,
3个球都是白球的取法有C43=4种,
设事件A表示“至少取到1个黑球”,
则P(A)=1−420=45;
(2)有放回的抽取3次,取法总数为6×6×6=216种,
设事件B表示“恰好取到1个黑球”,
事件B包含有3×2×4×4=96种,
所以P(B)=96216=49.
【解析】(1)利用古典概型的概率公式,结合对立事件的概率关系求解;
(2)利用古典概型的概率公式求解.
本题主要考查了古典概型的概率公式,属于基础题.
18.【答案】解:(Ⅰ)样本中合格的学生数为:4+6+6+6+7+6=35,样本总数为:20+20=40,
所以估计该校高一年级学生体质健康等级为合格的概率为3540=78.
(Ⅱ)依题意X的可能取值为0,1,2,3,
所以P(X=0)=C43C103=130,P(X=1)=24C61CC103=310,P(X=2)=14C62CC103=12,P(X=3)=C63C103=16,
所以X的分布列为:
所以E(X)=0×130+1×310+2×12+3×16=95;
(Ⅲ)由样本可知男生健康等级是优秀的概率为420=15,女生健康等级是优秀的概率为620=310,
则这3人中恰有2人健康等级是优秀的概率为(15)2×(1−310)+15×(1−15)×310+(1−15)×15×310=31250.
【解析】(Ⅰ)利用古典概型的概率公式计算可得;
(Ⅱ)依题意X的可能取值为0,1,2,3,求出所对应的概率,即可得到X的分布列与数学期望;
(Ⅲ)首先求出样本中男、女生健康等级是优秀的概率,再利用相互独立事件、互斥事件的概率公式计算可得.
本题主要考查了古典概型的概率公式,考查了离散型随机变量的分布列和期望,属于中档题.
19.【答案】解:(Ⅰ)已知f(x)=x2−mx−1,函数定义域为R,
可得f′(x)=2x−m,
当x
所以当x=m2时,函数f(x)取得极小值,
若f(x)在区间(−2,1)上恰有一个极值点,
此时−2
(Ⅱ)已知g(x)=xlnx−1,函数定义域为(0,+∞),
可得g′(x)=lnx+1,
当0
所以当x=1e时,函数g(x)取得极小值,
当0
此时函数g(x)在(0,1e)上无零点;
当x>1e时,
易知g(1e)=−1e−1<0,g(e)=e−1>0,
所以函数g(x)在(1e,+∞)上存在唯一一个零点,
综上,g(x)有1个零点;
(Ⅲ)证明:若m=1,
此时f(x)=x2−x−1,
若对于任意x∈(0,+∞),恒有f(x)≥g(x),
此时x2−x−1≥xlnx−1在x>0上恒成立,
即证x−1−lnx≥0,
不妨设h(x)=x−1−lnx,函数定义域为(0,+∞),
可得h′(x)=1−1x=x−1x,
当0
所以当x=1时,函数h(x)取得极小值也是最小值,最小值h(1)=0,
则∀x∈(0,+∞),x−1−lnx≥0,
故对于任意x∈(0,+∞),恒有f(x)≥g(x).
【解析】(Ⅰ)由题意,对函数f(x)进行求导,利用导数即可得到函数f(x)的单调性;
(Ⅱ)对函数g(x)进行求导,利用导数的几何意义以及零点存在性定理进行求解即可;
(Ⅲ)将m=1代入函数f(x)的解析式中,将求证对于任意x∈(0,+∞),恒有f(x)≥g(x),转化成求证x−1−lnx≥0恒成立,构造函数h(x)=x−1−lnx,对函数h(x)进行求导,利用导数得到函数h(x)的单调性和最值,进而即可求证.
本题考查利用导数研究函数单调性和极值以及函数零点问题,考查了逻辑推理、转化思想和运算能力.
20.【答案】解:(Ⅰ)当a=1,b=1时,f(x)=lnx+x,函数定义域为(0,+∞),
可得f′(x)=1x+1=1+xx,
此时f′(1)=2,
又f(1)=1,
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y−1=2(x−1),
即2x−y−1=0;
(Ⅱ)当a>0,b=−2时,f(x)=alnx−2x,函数定义域为(0,+∞),
可得f′(x)=ax−2=a−2xx,
当0
当x>a2时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
当a2≤1,即0所以当x=1时,函数f(x)取得最大值,最大值f(1)=−2;
当1
所以当x=a2时,函数f(x)取得最大值,最大值f(a2)=alna2−a;
当a2≥2,即a≥4时,函数f(x)在区间[1,2]上单调递增,
所以当x=2时,函数f(x)取得最大值,最大值f(2)=aln2−4,
综上,当a2≤1时,f(x)在区间[1,2]上的最大值为−2;
当1
(Ⅲ)当a=1时,函数f(x)=lnx+bx,
此时g(x)=f(x)+sinx=lnx+bx+sinx,函数定义域为(0,π],
可得g′(x)=1x+b+csx,
不妨设h(x)=1x+b+csx,函数定义域为(0,π],
可得h′(x)=−1x2−sinx,
当0
当x→0时,g′(x)→+∞,
又g′(π)=b+1π−1,
当g′(π)=b+1π−1≥0,即b≥1−1π时,
可得g′(x)≥0,g(x)在区间(0,π]单调递增,
此时g(x)在区间(0,π]上无极值;
当g′(π)=b+1π−1<0,即b<1−1π时,
可得g(x)在区间(0,π]上存在唯一一个零点x0,
当0
当x0
综上,当b<1−1π时,函数g(x)有一个极大值,无极小值;
当b≥1−1π时,函数g(x)无极值.
【解析】(Ⅰ)由题意,将a=1,b=1代入函数f(x)解析式中,对f(x)进行求导,得到f′(1)和f(1),代入切线方程中即可求解;
(Ⅱ)将b=−2代入函数f(x)解析式中,对f(x)进行求导,利用导数得到函数f(x)的单调性,分别对a2≤1,1
本题考查利用导数研究函数的单调性和最值以及函数零点问题,考查了逻辑推理、分类讨论和运算能力.
21.【答案】解:(Ⅰ)学生甲前三次答题得分之和为4分的概率,即为学生甲前三次答题中仅只答对一次的概率,
设“学生甲前三次答题得分之和为4分”为事件A,
所以P(A)=C31×34×(1−34)2=964;
(Ⅱ)(i)学生甲第1次答题得2分、1分的概率分别为34,14,
所以E(X1)=2×34+1×14=74,
甲第2次答题得4分、2分、1分的概率分别为34×34,14×34,14,
所以E(X2)=4×34×34+2×14×34+1×14=238,
甲第3次答题得8分,4分、2分、1分的概率分别为34×34×34,14×34×34,14×34,14.
所以E(X3)=8×34×34×34+4×14×34×34+2×14×34+1×14=7316;
(ii)E(Xi−1)与E(Xi)满足的等量关系式是:E(Xi)=32E(Xi−1)+14,i∈N*,i≥2;
(iii)由(i)知E(X1)=74,由(ii)知E(Xi)=32E(Xi−1)+14,i∈N*,i≥2,
所以E(Xi)+12=32(E(Xi−1)+12),
所以数列{E(Xi)+12}以94为首项,公比为32的等比数列,
所以E(Xi)+12=94×(32)i−1,即E(Xi)=(32)i+1−12,
由E(Xi)>10,得(32)i+1−12>10,
所以(32)i>7,
因为(32)4=8116<7,(32)5=24332>7,
所以i的最小值是5.
【解析】(Ⅰ)由题意得学生甲前三次答题中仅只答对一次,设“学生甲前三次答题得分之和为4分”为事件A,利用独立重复试验概率公式即可求解;
(Ⅱ)(i)由题意得到学生甲第1次答题得2分、1分的概率,甲第2次答题得4分、2分、1分的概率,甲第3次答题得8分,4分、2分、1分的概率,利用期望公式即可求解;
(ii)由(i)的结论即可求解;
(iii)由(i)知E(X1)=74,由(ii)知E(Xi)=32E(Xi−1)+14,i∈N*,i≥2,得到数列{E(Xi)+12}以94为首项,公比为32的等比数列,代入不等式即可求解.
本题考查了离散型随机变量的期望计算,属于中档题.等级
数据范围
男生人数
女生人数
优秀
[90,100]
4
6
良好
[80,90)
6
6
及格
[60,80)
7
6
不及格
60以下
3
2
X
0
1
2
3
P
130
310
12
16
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