2021-2022学年北京市丰台区高二(下)期中数学试卷(a卷)
展开A.1.21B.0.21C.2.1D.12.1
2.(4分)下列求导运算正确的是( )
A.(﹣x2)'=2xB.(ex+ln3)'=ex+
C.(csx)′=sinxD.(3x)'=3xln3
3.(4分)已知等比数列{an}的公比为q,前n项和为Sn,若q=2,S2=6,则S3=( )
A.8B.10C.12D.14
4.(4分)已知函数f(x)=(2x﹣1)3,则f′(1)=( )
A.8B.6C.3D.1
5.(4分)2022年北京冬奥会共有109个比赛项目,甲、乙两名同学分别从冰上项目:短道速滑、速度滑冰、花样滑冰、冰壶、冰球5个体育项目中,任意选取一个项目进行学习,要求两人不能同时选报同一个项目,则不同的选取方法共有( )
A.7种B.20种C.25种D.32种
6.(4分)在等差数列{an}中,a2+a12=32,则a6+a7+a8的值是( )
A.24B.32C.48D.96
7.(4分)如图是f(x)的导函数f′(x)的图象,则f(x)的极小值点的个数为( )
A.1B.2C.3D.4
8.(4分)数列{an}的首项a1=2,且(n+1)an=nan+1,则a3的值为( )
A.5B.6C.7D.8
9.(4分)一个球从100m高的地方自由落下,每次着地后又跳回到原高度的一半再落下,当它第6次着地时,经过的路程是( )
A.[100+200(1﹣2﹣5)]mB.[100+100(1﹣2﹣5)]m
C.200(1﹣2﹣5)mD.100(1﹣2﹣5)m
10.(4分)若函数f(x)=2x3﹣6x+a的图象与x轴有三个交点,则实数a的取值范围为( )
A.{﹣4,4}B.{4}C.{a|a<﹣4或a>4}D.{a|﹣4<a<4}
二、填空题共5小题,每小题5分,共25分.
11.(5分)已知Sn=n2,则a3= .
12.(5分)等比数列{an}满足如下条件:①a1>0;②{an}单调递增,试写出满足上述所有条件的数列的一个通项公式an= .
13.(5分)如图函数f(x)的图象,比较f′(x1)、f′(x2)、f′(x3)的大小 .
14.(5分)f(x)=x2﹣alnx在区间(2,3)上单调递增,则实数a的取值范围是 .
15.(5分)若[x]表示不超过x的最大整数(例如:[0.1]=0,[﹣0.1]=﹣1),数列{an}满足a1=3,an+1﹣an=2n+2.
(1)[]= ;
(2)[]+[]+…+[]= .
三、解答题共6个大题,共85分.解答应写出文字说明,演算步骤或证明过程.
16.(14分)已知函数f(x)=x3﹣3x2.
(Ⅰ)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)求y=f(x)在区间[﹣2,2]上的最大值与最小值.
17.(14分)已知数列{an},a1=1,an+1=2an+1.
(Ⅰ)求数列{an+1}的前5项;
(Ⅱ)求数列{an}的前n项和Sn.
18.(13分)已知{an}是公差为d的等差数列,其前n项和为Sn,且a5=1,现从条件①、条件②、条件③这三个条件中选择一个作为已知,使得Sn有最小值,并完成下面问题.
(Ⅰ)求{an}的通项公式;
(Ⅱ)求Sn的最小值.
条件①a3=﹣1;
条件②d=2;
条件③d=﹣2.
19.(14分)某制造商要制造一种体积为108π立方厘米的圆柱体金属饮料罐(包含上下盖),设该圆柱体的高为h(单位:厘米),底面半径为r(单位:厘米),当底面半径r为多少厘米时,每个金属饮料罐所用的材料最少.(提示:圆柱体的体积V=πr2h)
20.(15分)已知函数f(x)=(ax+1)ex,其中a∈R且a为常数.
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)的极小值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)直接写出函数f(x)的零点个数(不要求证明).
21.(15分)若数列An:a1,a2,⋯,an(n≥2)满足|ak+1﹣ak|=1(k=1,2,⋯,n﹣1),则称An为E数列.记S(An)=a1+a2+⋯+an.
(Ⅰ)写出一个满足a1=a5=0,且S(A5)>0的E数列A5;
(Ⅱ)若A1=2022,n=2021,证明E数列An是递减数列的充要条件是an=2;
(Ⅲ)对任意给定的整数n(n≥2),是否存在首项为0的E数列An,使得S(An)=0?如果存在,写出一个满足条件的E数列An;如果不存在,说明理由.
2021-2022学年北京市丰台区高二(下)期中数学试卷(A卷)
参考答案与试题解析
一、选择题共10小题,每小题4分,共40分.在每小题列出的四个选项中,选出符合题目要求的一项.
1.(4分)当自变量x由1变到1.1时,函数f(x)=x2的平均变化率是( )
A.1.21B.0.21C.2.1D.12.1
【分析】利用平均变化率的定义求解.
【解答】解:当自变量x由1变到1.1时,Δx=0.1,Δy=1.12﹣12=0.21,
∴函数f(x)=x2的平均变化率是==2.1,
故选:C.
【点评】本题主要考查了平均变化率的定义,属于基础题.
2.(4分)下列求导运算正确的是( )
A.(﹣x2)'=2xB.(ex+ln3)'=ex+
C.(csx)′=sinxD.(3x)'=3xln3
【分析】结合基本初等函数的求导公式分别检验各选项即可判断.
【解答】解:(﹣x2)'=﹣2x,A错误;
(ex+ln3)'=ex,B错误;
(csx)′=﹣sinx,C错误;
(3x)'=3xln3,D正确.
故选:D.
【点评】本题主要考查了基本初等函数的求导公式的应用,属于基础题.
3.(4分)已知等比数列{an}的公比为q,前n项和为Sn,若q=2,S2=6,则S3=( )
A.8B.10C.12D.14
【分析】由等比数列的基本量运算求出a1后,求出a3,由此能求出S3.
【解答】解:由题意得S2=a1+2a1=6,解得a1=2,
∴=8,
S3=S2+a3=6+8=14,
故选:D.
【点评】本题考查等比数列的性质等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.
4.(4分)已知函数f(x)=(2x﹣1)3,则f′(1)=( )
A.8B.6C.3D.1
【分析】根据题意,求出函数的导数,将x=1代入计算可得答案.
【解答】解:根据题意,函数f(x)=(2x﹣1)3,则f′(x)=6(2x﹣1)2,
则f′(1)=6(2﹣1)2=6,
故选:B.
【点评】本题考查导数的计算,注意导数的计算公式,属于基础题.
5.(4分)2022年北京冬奥会共有109个比赛项目,甲、乙两名同学分别从冰上项目:短道速滑、速度滑冰、花样滑冰、冰壶、冰球5个体育项目中,任意选取一个项目进行学习,要求两人不能同时选报同一个项目,则不同的选取方法共有( )
A.7种B.20种C.25种D.32种
【分析】两人不能同时选报同一个项目,则对应是排列问题,用排列公式进行计算即可.
【解答】解:由于两人不能同时选报同一个项目,则对应问题是排列问题,
则有=20种,
故选:B.
【点评】本题主要考查简单的计数问题,利用排列公式进行计算是解决本题的关键,是基础题.
6.(4分)在等差数列{an}中,a2+a12=32,则a6+a7+a8的值是( )
A.24B.32C.48D.96
【分析】根据{an}是等差数列可得a2+a12=2a7=32,则a7=16,进一步利用a6+a7+a8=3a7进行求解即可.
【解答】解:∵{an}是等差数列,
∴a2+a12=2a7,
又∵a2+a12=32,
∴2a7=32,即a7=16,
∴a6+a7+a8=3a7=3×16=48.
故选:C.
【点评】本题考查等差数列的性质,考查学生逻辑推理和运算求解的能力,属于基础题.
7.(4分)如图是f(x)的导函数f′(x)的图象,则f(x)的极小值点的个数为( )
A.1B.2C.3D.4
【分析】根据极值点的定义,结合导函数的图像判断即可.
【解答】解:由导函数f(x)的图像可知,
在x=﹣2处f(﹣2)=0,且其两侧导数符号为左正右负,x=﹣2是极大值,
在x=﹣1处f(﹣1)=0,且其两侧导数的符号为左负右正,x=﹣1是极小值,
在x=﹣3处f(2)=0,且其两侧导数符号为左正右负,x=2是极大值,
所以f(x)的极小值点的个数为1,
故选:A.
【点评】本题主要考查极值点的定义,解题中注意数形结合思想的应用,属于中档题.
8.(4分)数列{an}的首项a1=2,且(n+1)an=nan+1,则a3的值为( )
A.5B.6C.7D.8
【分析】由题意可得an+1=an,分别代值计算即可.
【解答】解:数列{an}的首项a1=2,且(n+1)an=nan+1,
∴an+1=an,
∴a2=a1=2×2=4,
∴a3=×a2=×4=6,
故选:B.
【点评】本题考查了数列的递推公式,属于基础题.
9.(4分)一个球从100m高的地方自由落下,每次着地后又跳回到原高度的一半再落下,当它第6次着地时,经过的路程是( )
A.[100+200(1﹣2﹣5)]mB.[100+100(1﹣2﹣5)]m
C.200(1﹣2﹣5)mD.100(1﹣2﹣5)m
【分析】写出第n次反弹高度的通项公式,注意第n次着地到第n+1次着地路程,再应用等比数列前n项和公式求路程.
【解答】解:一个球从100m高的地方自由落下,每次着地后又跳回到原高度的一半再落下,
∴第n次反弹高度为,
第n次着地到第n+1次着地路程为2an,
∴当它第6次着地时,经过的路程是:
S=100+2(a1+a2+•••+a5)=100+2×
=100+200(1﹣2﹣5)m.
故选:A.
【点评】本题考查等比数列在生产生活中的实际应用,考查等比数列的性质等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.
10.(4分)若函数f(x)=2x3﹣6x+a的图象与x轴有三个交点,则实数a的取值范围为( )
A.{﹣4,4}B.{4}C.{a|a<﹣4或a>4}D.{a|﹣4<a<4}
【分析】求出函数的导数,解关于导函数的不等式,求出函数的单调区间,求出函数的极值,根据图像和x轴交点的个数得到关于a的不等式,解出即可.
【解答】解:f'(x)=6x2﹣6=6(x﹣1)(x+1),
所以当x∈(﹣∞,﹣1)和(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增,
当x∈(﹣1,1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
故函数f(x)的极大值f(﹣1)=4+a,极小值f(1)=a﹣4,
函数f(x)=2x3﹣6x+a的图象与x轴有三个交点,
所以,得a∈(−4,4),
故选:D.
【点评】本题考查了函数的单调性,极值问题,考查导数的应用以及转化思想,是中档题.
二、填空题共5小题,每小题5分,共25分.
11.(5分)已知Sn=n2,则a3= 5 .
【分析】直接利用数列前n项和与第n项的关系求解即可.
【解答】解:∵Sn=n2,
∴a3=S3﹣S2=32﹣22=9﹣4=5.
故答案为:5.
【点评】本题考查了数列的前n项和与第n项的关系an=,是基础题.
12.(5分)等比数列{an}满足如下条件:①a1>0;②{an}单调递增,试写出满足上述所有条件的数列的一个通项公式an= 2n(且不唯一) .
【分析】利用等比数列的性质直接求解.
【解答】解:等比数列满足如下条件:①a1>0;②数列{an}单调递增,
∴满足上述所有条件的一个数列的通项公式可以是:
an=2n(且不唯一).
故答案为:2n(且不唯一).
【点评】本题考查等比数列的通项公式的求法,考查等比数列的性质等基础知识,考查运算求解能力等数学核心素养,是基础题.
13.(5分)如图函数f(x)的图象,比较f′(x1)、f′(x2)、f′(x3)的大小 f′(x2)<f′(x3)<f′(x1) .
【分析】由导数的几何意义求解.
【解答】解:根据导数的几何意义,f′(x1)、f′(x2)、f′(x3)分别为x1、x2、x3处的切线斜率,
又x1与x3处的切线单调递增,x2处的切线单调递减,且x1处的切线比x3处的切线更陡峭,
∴f′(x2)<0<f′(x3)<f′(x1),
故答案为:f′(x2)<f′(x3)<f′(x1).
【点评】本题考查导数的几何意义,属简单题.
14.(5分)f(x)=x2﹣alnx在区间(2,3)上单调递增,则实数a的取值范围是 (﹣∞,8] .
【分析】求出函数的导数,问题转化为a≤2x2在(2,3)上恒成立,求出a的取值范围即可.
【解答】解:若f(x)=x2﹣alnx在区间(2,3)上单调递增,
则f′(x)=2x﹣=≥0在(2,3)上恒成立,
故a≤2x2在(2,3)上恒成立,
故a≤8,
故答案为:(﹣∞,8].
【点评】本题考查了导数的应用,考查函数的单调性问题,考查函数恒成立问题,是基础题.
15.(5分)若[x]表示不超过x的最大整数(例如:[0.1]=0,[﹣0.1]=﹣1),数列{an}满足a1=3,an+1﹣an=2n+2.
(1)[]= 3 ;
(2)[]+[]+…+[]= 5050 .
【分析】数列{an}满足a1=3,an+1﹣an=2n+2.利用an=(an﹣an﹣1)+(an﹣1﹣an﹣2)+…+(a2﹣a1)+a1即可得出an.进而得出[].
【解答】解:数列{an}满足a1=3,an+1﹣an=2n+2.
∴an=(an﹣an﹣1)+(an﹣1﹣an﹣2)+…+(a2﹣a1)+a1=2[n+(n﹣1)+…+2]+3=2×+3=n2+n+1.
∴n<<n+1,
∴[]=n,
(1)[]=3;
(2))[]+[]+…+[]=1+2+…+100==5050.
故答案为:(1)3;(2)5050.
【点评】本题考查了累加求和方法、等差数列的通项公式与求和公式、取整数函数的应用,考查了推理能力与计算能力,属于中档题.
三、解答题共6个大题,共85分.解答应写出文字说明,演算步骤或证明过程.
16.(14分)已知函数f(x)=x3﹣3x2.
(Ⅰ)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)求y=f(x)在区间[﹣2,2]上的最大值与最小值.
【分析】(Ⅰ)求出函数的导数,计算f(1),f′(1)的值,求出切线方程即可;
(Ⅱ)求出函数的单调区间,求出函数的极值和端点值,求出最值即可.
【解答】解:f(x)=x3﹣3x2,f(x)的定义域是R,
(Ⅰ)f′(x)=3x2﹣6x=3x(x﹣2),
故f(1)=﹣2,f′(1)=﹣3,
故切线方程是:y+2=﹣3(x﹣1),
即3x+y﹣1=0;
(Ⅱ)f′(x)=3x2﹣6x=3x(x﹣2),
令f′(x)>0,解得:x>2或x<0,
令f′(x)<0,解得:0<x<2,
故f(x)在[﹣2,0)递增,在(0,2)递减,
而f(﹣2)=﹣20,f(2)=﹣4,f(0)=0,
故f(x)max=f(0)=0,f(x)min=f(﹣2)=﹣20.
【点评】本题考查了求函数的切线方程问题,考查函数的单调性,最值问题,是中档题.
17.(14分)已知数列{an},a1=1,an+1=2an+1.
(Ⅰ)求数列{an+1}的前5项;
(Ⅱ)求数列{an}的前n项和Sn.
【分析】(Ⅰ)直接利用构造法的应用求出数列的通项公式,进一步求出数列的前5项;
(Ⅱ)利用分组法的应用求出数列的和.
【解答】解:(Ⅰ)数列{an},a1=1,an+1=2an+1,
整理得:an+1+1=2(an+1),
故数列{an+1}是以2为首项,2为公比的等比数列;
所以,
所以数列{an+1}的前5项为2,4,8,16,32.
(Ⅱ)数列{an+1}是以2为首项,2为公比的等比数列,
所以;
故.
【点评】本题考查的知识要点:数列的递推关系式,构造新数列,分组法的求和,主要考查学生的运算能力和数学思维能力,属于中档题.
18.(13分)已知{an}是公差为d的等差数列,其前n项和为Sn,且a5=1,现从条件①、条件②、条件③这三个条件中选择一个作为已知,使得Sn有最小值,并完成下面问题.
(Ⅰ)求{an}的通项公式;
(Ⅱ)求Sn的最小值.
条件①a3=﹣1;
条件②d=2;
条件③d=﹣2.
【分析】(I)由已知结合等差数列的通项公式即可求解;
(Ⅱ)先求出Sn,然后结合二次函数的性质可求.
【解答】解:(I)因为{an}是公差为d的等差数列,a5=1,
若选①a3=﹣1,
则2d=a5﹣a3=2,
所以d=1,an=a3+(n﹣3)d=﹣1+n﹣3=n﹣4,
(Ⅱ)Sn==,
当n=3或n=4时,Sn取得最小值﹣6;
若选②d=2,
则an=a5+(n﹣5)d=1+2n﹣10=2n﹣9;
(Ⅱ)Sn==n(n﹣8),
故当n=4时,Sn取得最小值﹣16;
若选③d=﹣2.
则an=a5+(n﹣5)d=1﹣2n+10=11﹣2n,此时Sn没有最小值.
【点评】本题主要考查了等差数列的通项公式及求和公式的应用,属于中档题.
19.(14分)某制造商要制造一种体积为108π立方厘米的圆柱体金属饮料罐(包含上下盖),设该圆柱体的高为h(单位:厘米),底面半径为r(单位:厘米),当底面半径r为多少厘米时,每个金属饮料罐所用的材料最少.(提示:圆柱体的体积V=πr2h)
【分析】由圆柱的体积公式可得,再由表面积公式有,应用三元基本不等式求其最小值,并确定等号成立条件即可得结果.
【解答】解:由V=πr2h=108π,则r2h=108,即,
圆柱表面积为,
当且仅当,即时等号成立,
所以,当底面半径r为厘米时每个金属饮料罐所用的材料最少.
【点评】本题主要考查函数模型及其应用,基本不等式求最值的方法等知识,属于基础题.
20.(15分)已知函数f(x)=(ax+1)ex,其中a∈R且a为常数.
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)的极小值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)直接写出函数f(x)的零点个数(不要求证明).
【分析】(Ⅰ)利用导数研究f(x)的单调性,进而求极小值即可.
(Ⅱ)讨论a<0、a=0、a>0,结合导数分别判断f′(x)的符号,即可确定单调性.
(Ⅲ)讨论a≠0、a=0,根据指数函数性质或令f(x)=0求零点的个数.
【解答】解:(Ⅰ)由题设f(x)=(x+1)ex,则f'(x)=(x+2)ex,
当x∈(﹣∞,﹣2)时f'(x)<0,f(x)递减;
当x∈(﹣2,+∞)时f'(x)>0,f(x)递增;
所以极小值为.
(Ⅱ)当a=0时,f(x)=ex>0在R上递增,由,
当a<0时,上f'(x)>0,上f'(x)<0,
所以f(x)在上递增,在上递减;
当a>0时,上f'(x)<0,上f'(x)>0,
所以f(x)在上递减,在上递增;
综上,当a<0时,f(x)递增区间为,递减区间为;
当a=0时,f(x)递增区间为R;
当a>0时,f(x)递减区间,递增区间为;
(Ⅲ)当a=0时,f(x)=ex>0,f(x)无零点;
当a≠0时,令f(x)=(ax+1)ex=0,可得,即f(x)有一个零点.
综上,a=0时无零点,a≠0时有一个零点.
【点评】本题考查了利用导数研究函数的单调性与极值和函数的零点,考查了分类讨论思想和转化思想,属中档题.
21.(15分)若数列An:a1,a2,⋯,an(n≥2)满足|ak+1﹣ak|=1(k=1,2,⋯,n﹣1),则称An为E数列.记S(An)=a1+a2+⋯+an.
(Ⅰ)写出一个满足a1=a5=0,且S(A5)>0的E数列A5;
(Ⅱ)若A1=2022,n=2021,证明E数列An是递减数列的充要条件是an=2;
(Ⅲ)对任意给定的整数n(n≥2),是否存在首项为0的E数列An,使得S(An)=0?如果存在,写出一个满足条件的E数列An;如果不存在,说明理由.
【分析】(Ⅰ)根据|ak+1﹣ak|=1(k=1,2,⋅⋅⋅,n﹣1)与a1=a5=0和S(A5)>0可考虑写出0,1交替的数列.
(Ⅱ)先证必要性,根据E数列An是递减数列,可得ak+1﹣ak=﹣1(k=1,2,⋅⋅⋅,2021),进而求得a2021=2.再证明充分性,因为|ak+1﹣ak|=1(k=1,2,⋅⋅⋅,n﹣1),故ak+1﹣ak≥﹣1(k=1,2,⋅⋅⋅,n﹣1),再累加可得a2021≥a1﹣2020证明即可.
(Ⅲ)设ck=ak+1﹣ak(k=1,2,⋅⋅⋅,n﹣1),则ck=±1,再累加求得,再分析S(An)的奇偶,根据整除的性质,先假设存在再证明矛盾即可.
【解答】(Ⅰ)解:0,1,2,1,0(或 0,1,0,1,0).
(Ⅱ)证明:必要性:因为E数列An是递减数列,
所以ak+1﹣ak=﹣1 (k=1,2,⋯2021),
所以An是首项为2022,公差为﹣1的等差数列,
所以a2021=2022+(2021﹣1)×(﹣1)=2;
充分性:由于a2021﹣a2020≥﹣1,a2020﹣a2010≥﹣1,⋅⋅⋅,a2﹣a1≥﹣1,
所以a2021﹣a1≥﹣2020,即a2021≥a1﹣2020=2,
因为a2021=2,所以ak+1﹣ak=﹣1<0(k=1,2,⋅⋅⋅,2021),
所以数列An是递减数列.
综上,结论得证.
(Ⅲ)解:令ck=ak+1﹣ak(k=1,2,⋯n﹣1),则ck=±1.
因为a2=a1+c1,a3=a1+c1+c2,⋯,an=a1+c1+c2+⋯cn﹣1,
所以S(An)=na1+(n﹣1)c1+(n﹣2)c2+(n﹣3)c3+⋯+cn﹣1
=(n﹣1)+(n﹣2)+⋯+1﹣(1﹣c1)(n﹣1)﹣(1﹣c2)(n﹣2)﹣⋯﹣(1﹣cn﹣1)
=,
因为ck=±1,所以1﹣ck为偶数(k=1,2,⋯,n﹣1),
所以(1﹣c1)(n﹣1)+(1﹣c2)(n﹣2)+⋯+(1﹣cn﹣1)为偶数.
所以要使S(An)=0,必须使为偶数,即4整除n(n﹣1),
亦即n=4m或n=4m+1(m∈N*).
当n=4m(m∈N*)时,
E数列An的项满足a4k﹣1=a4k﹣3=0,a4k﹣2=﹣1,a4k=1(k=1,2,⋯m)时,
有a1=0,S(An)=0;
当n=4m+1(m∈N*)时,
E数列An的项满足a4k﹣1=a4k﹣3=0,a4k﹣2=﹣1,a4k=1,a4k+1=0(k=1,2,⋯m)时,
有a1=0,S(An)=0.
当n=4m+2,n=4m+3(m∈N)时,n(n﹣1)不能被4整除,
所以对任意给定的整数n(n≥2),不存在E数列An使得a1=0,S(An)=0.
【点评】本题主要考查数列中的新定义问题,数列中的推理问题等知识,属于中等题.
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