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    例1[思考与探究]如图,三棱柱(ABC-A_1B_1C_1)中,若(E)(F)分别是(AB)(AC)的中点,平面(EB_1C_1)将三棱柱分成体积为(V_1)(V_2)的两部分,求(V_1:V_2)的值。

    分析1:如下图所示,连结(B_1F)(B_1C),为便于分析和求解,令三棱台(AEF-A_1B_1C_1)的体积(V_1),不规则几何体的体积(V_{B_1C_1-BCFE}=V_2),令三棱柱(ABC-A_1B_1C_1)的高为(h)(S_{ riangle AEF}=s),则(S_{ riangle ABC})(=S_{ riangle A_1B_1C_1})(=4s)

    则三棱台(AEF-A_1B_1C_1)的体积(V_1=cfrac{1}{3}(S_{上}+S_{下}+sqrt{S_{上}S_{下}})h)可求解,接下来关键是求解(V_{BC-B_1C_1FE})(=V_2),此时可以分割为四棱锥(B_1-BCFE)和三棱锥(B_1-CC_1F)来考虑求解,而四棱锥的体积(V_{B_1-BCFE})可容易求解,就是三棱锥的体积(V_{B_1-CC_1F})不能有效利用现有的假设条件,造成比值的约分效果,故此思路基本停滞,需要考虑更换思路。

    分析2:接上思考,(V_1)可以表达,那么利用现有条件,能不能表达三棱柱的体积(V_{ABC-A_1B_1C_1}),我们发现,这是很容易的,故虽然不能通过组合加的思路求解(V_2),但是可以通过相减的思路求得(V_2),故思路打通,可以考虑组织书写。

    求解:如下图所示,为便于分析和求解,令三棱柱(ABC-A_1B_1C_1)的体积为(V),三棱台(AEF-A_1B_1C_1)的体积为(V_1),不规则几何体的体积为(V_{B_1C_1-BCFE}=V_2),令三棱柱(ABC-A_1B_1C_1)的高为(h)(S_{ riangle AEF}=s),则(S_{ riangle ABC}=S_{ riangle A_1B_1C_1}=4s)

    则由三棱台的体积公式(V_{棱台}=cfrac{1}{3}(S_{上}+S_{下}+sqrt{S_{上}S_{下}})h)可知,

    (V_1=V_{AEF-A_1B_1C_1}=cfrac{1}{3}(s+4s+sqrt{scdot 4s})h=cfrac{7}{3}sh)

    由三棱柱的体积公式(V_{棱柱}=Scdot h)可知,(V_{ABC-A_1B_1C_1}=V=Scdot h=4sh)

    (V_2=V_{B_1C_1-BCFE}=V-V_1=4sh-cfrac{7}{3}sh=cfrac{5}{3}sh)

    (cfrac{V_1}{V_2}=cfrac{frac{7}{3}sh}{frac{5}{3}sh}=cfrac{7}{5})

    解后反思:

    ①熟练记忆各种常用且常见的几何体的体积公式;

    ②几何体的常用拆分和常用组合;

    ③加减运算是同一级的,通过加运算不能完成的,能否掉头思考通过减运算来完成;向量的模的运算,平方再开方;

    向量练习



    学生作答



    三角测试




    习题整理

    例1已知(sinalpha=cfrac{1}{2}+cosalpha)(alphain (0,cfrac{pi}{2})),则(cfrac{cos2alpha}{sin(alpha-cfrac{pi}{4})})=?

    例2已知( an(x+cfrac{pi}{4})=2),则(cfrac{ an x}{ an2x})=,

    例3[思考与探究]是否存在锐角(alpha),(eta),使得下列两个式子①( an(alpha+2eta)=-sqrt{3}),②( ancfrac{alpha}{2} aneta=2-sqrt{3})同时成立;若存在,求出(alpha)(eta)的一个值;若不存在,说明理由。

    分析:假设题目中的两个式子都成立,则由①( an(alpha+2eta)=-sqrt{3})得到,

    ( an(alpha+2eta)= an2(cfrac{alpha}{2}+eta)=cfrac{2 an(cfrac{alpha}{2}+eta)}{1- an^2(cfrac{alpha}{2}+eta)}=-sqrt{3})

    (sqrt{3} an^2(cfrac{alpha}{2}+eta)-2 an(cfrac{alpha}{2}+eta)-sqrt{3}=0)

    ([ an(cfrac{alpha}{2}+eta)-sqrt{3}][sqrt{3} an(cfrac{alpha}{2}+eta)+1]=0)

    从而解方程得到,( an(cfrac{alpha}{2}+eta)=sqrt{3})或者( an(cfrac{alpha}{2}+eta)=-cfrac{sqrt{3}}{3})[1]

    由于(alpha,etain (0,cfrac{pi}{2})),以及( ancfrac{alpha}{2} aneta=2-sqrt{3})可知,

    ( ancfrac{alpha}{2}>0)( aneta>0),故( ancfrac{alpha}{2}+ aneta>0)

    又由于( an(cfrac{alpha}{2}+eta)=cfrac{ ancfrac{alpha}{2}+ aneta}{1- ancfrac{alpha}{2}cdot aneta}),分子和分母都是正数,

    故只能是( an(cfrac{alpha}{2}+eta)=sqrt{3})

    (cfrac{ ancfrac{alpha}{2}+ aneta}{1- ancfrac{alpha}{2}cdot aneta}=sqrt{3})可得,

    ( ancfrac{alpha}{2}+ aneta=sqrt{3}(1-2+sqrt{3})=3-sqrt{3})

    ( ancfrac{alpha}{2}cdot aneta=2-sqrt{3})

    逆用韦达定理,则( ancfrac{alpha}{2})( aneta)是方程(x^2-(3-sqrt{3})x+2-sqrt{3}=0)的两个根;

    由于方程能分解为([x-(2-sqrt{3})](x-1)=0),则方程的两个根为(x=2-sqrt{3})(x=1)

    (left{egin{array}{l}{ ancfrac{alpha}{2}=2-sqrt{3}}\{ aneta=1}end{array} ight.) 解得(left{egin{array}{l}{alpha=cfrac{pi}{6}}\{eta=cfrac{pi}{4}}end{array} ight.)

    或者(left{egin{array}{l}{ ancfrac{alpha}{2}=1}\{ aneta=2-sqrt{3}}end{array} ight.) 解得(left{egin{array}{l}{alpha=cfrac{pi}{2}}\{eta=cfrac{pi}{12}}end{array} ight.) 舍去;

    故存在(alpha=cfrac{pi}{6})(eta=cfrac{pi}{4}),使得已知的两个式子同时成立;

    例4【2020人大附中高一试题第17题】如图,半径为(2)的扇形的圆心角为(120^{circ})(M)(N)分别是半径(OP)(OQ)的中点,(A)(overset{frown}{PQ})上任意一点,则(overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN})的取值范围是___________。

    法1:从数的角度思考[主要基于给定的是扇形,其上的点可以借助圆上的点的坐标表示,这样所有点的坐标都可以表示出来,其中点(A)是动点,其坐标可以采用引入参数的方式,其他的点的坐标都是固定的数字,这样向量就可以使用坐标表示,向量的运算也可以使用坐标表示,从而向量的内积的取值范围问题,就转化为函数的值域问题了,而为了使用坐标,常常采用主动建立平面直角坐标系的方式来完成],

    建立如图所示的平面直角坐标系,

    则点(P(-1,sqrt{3})),半径(OP)的中点(M(-cfrac{1}{2},cfrac{sqrt{3}}{2})),点(Q(2,0)),半径(OQ)的中点(N(1,0))

    动点(A)的坐标设为(A(2cos heta,2sin heta)),其中限制参数的范围为( hetain [0,cfrac{2pi}{3}]),以保证其为(overset{frown}{PQ})上任意一点,

    (overrightarrow{AM}=(-cfrac{1}{2}-2cos heta,cfrac{sqrt{3}}{2}-2sin heta))(overrightarrow{AN}=(1-2cos heta,-2sin heta))

    (overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN}=(-cfrac{1}{2}-2cos heta)(1-2cos heta)+(cfrac{sqrt{3}}{2}-2sin heta)(-2sin heta))

    (=-cfrac{1}{2}+cos heta-2cos heta+4cos^2 heta-sqrt{3}sin heta+4sin^2 heta)

    (=-sqrt{3}sin heta-cos heta+4-cfrac{1}{2}=-2sin( heta+cfrac{pi}{6})+cfrac{7}{2})

    由于(0leqslant hetaleqslant cfrac{2pi}{3}),故(cfrac{pi}{6}leqslant heta+cfrac{pi}{6}leqslant cfrac{5pi}{6})

    (cfrac{1}{2}leqslant sin( heta+cfrac{pi}{6})leqslant 1),则(cfrac{3}{2}leqslant -2sin( heta+cfrac{pi}{6})+cfrac{7}{2}leqslantcfrac{5}{2})

    (overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN})的取值范围是([cfrac{3}{2},cfrac{5}{2}]).

    法2:从形的角度思考,让动点(A)(overset{frown}{PQ})上跑一个来回,由扇形是个轴对称图形可以看出来点(A)落在点(P)和点(Q)处时,所求的结果一定是相同的[可能是值域的一个端点值],那么当点(A)落在(overset{frown}{PQ})的中点时必然应该是另一个端点值;

    当点(A)和点(Q)重合时,此时(A(2,0))(M(-cfrac{1}{2},cfrac{sqrt{3}}{2}))(N(1,0))

    (overrightarrow{AM}=(-cfrac{1}{2}-2,cfrac{sqrt{3}}{2})=(-cfrac{5}{2},cfrac{sqrt{3}}{2}))(overrightarrow{AN}=(-1,0))

    (overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN}=-cfrac{5}{2} imes(-1)+cfrac{sqrt{3}}{2} imes0=cfrac{5}{2})

    当点(A)落在(overset{frown}{PQ})的中点时,此时(A(1,sqrt{3}))(M(-cfrac{1}{2},cfrac{sqrt{3}}{2}))(N(1,0))

    (overrightarrow{AM}=(-cfrac{1}{2}-1,cfrac{sqrt{3}}{2}-sqrt{3})=(-cfrac{3}{2},-cfrac{sqrt{3}}{2}))(overrightarrow{AN}=(0,-sqrt{3}))

    (overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN}=-cfrac{3}{2} imes 0+(-cfrac{sqrt{3}}{2}) imes(-sqrt{3})=cfrac{3}{2})

    (overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN})的取值范围是([cfrac{3}{2},cfrac{5}{2}]).

    例5【2020人大附中高一试题第16题】函数(f(x)=2sin(omega x+phi)(omega>0)),满足(f(cfrac{pi}{4})=2)(f(pi)=0),且(f(x))在区间((cfrac{pi}{4},cfrac{pi}{3}))上单调,则(omega)的值有___________个;

    法1:由于(f(cfrac{pi}{4})=2)(f(pi)=0),做出适合题意的图像,由图像可知,

    将给定区间的宽度转化为用周期来刻画,得到(cfrac{T}{4}+kcdot cfrac{T}{2}=pi-cfrac{pi}{4}=cfrac{3pi}{4})(kin N^*)

    (T=cfrac{3pi}{1+2k}),则(omega=cfrac{2pi}{T}=cfrac{2(2k+1)}{3})(kin N^*)

    又由于(f(x))在区间((cfrac{pi}{4},cfrac{pi}{3}))上单调,则(cfrac{pi}{3}-cfrac{pi}{4}leqslant cfrac{T}{2})[2]

    (cfrac{pi}{3}-cfrac{pi}{4}leqslant cfrac{T}{2})

    (Tgeqslant cfrac{pi}{6}),故(omega=cfrac{2pi}{T}leqslant 12)

    (cfrac{2(2k+1)}{3}leqslant 12),则(kleqslant cfrac{17}{2})(kin N)

    所以,符合条件的(k=0)(1)(cdots)(8)

    则符合题意的(omega)的值共有(9)个;

    法2:由于(f(cfrac{pi}{4})=2)(f(pi)=0),则(2sin(omegacdot cfrac{pi}{4}+phi)=2)(2sin(omegacdot pi+phi)=0)

    (left{egin{array}{l}{omegacdot cfrac{pi}{4}+phi=2k_1pi+cfrac{pi}{2},k_1in Z①}\{omegacdot pi+phi=k_2pi,k_2in Z②}end{array} ight.)

    ②-①得到,(cfrac{3pi}{4}cdot omega=(k_2-2k_1)pi-cfrac{pi}{2})

    由于(k_1in Z)(k_2in Z),故(k_2-2k_1in Z),令(k_2-2k_1=k)

    则上式转化为(cfrac{3pi}{4}cdot omega=kpi-cfrac{pi}{2})(kin Z)

    (omega=cfrac{2(2k-1)}{3}),又由于(omega>0),故(kin N^*)

    又由于(f(x))在区间((cfrac{pi}{4},cfrac{pi}{3}))上单调,则(cfrac{pi}{3}-cfrac{pi}{4}leqslant cfrac{T}{2})

    (Tgeqslant cfrac{pi}{6}),故(omega=cfrac{2pi}{T}leqslant 12)

    (cfrac{2(2k-1)}{3}leqslant 12),则(kleqslant cfrac{19}{2})(kin N)

    故符合条件的(k=1)(2)(cdots)(9)

    则符合题意的(omega)的值共有(9)个;

    解后反思:本题目容易犯错:当解得(omega)的表达式后,用(omega)的某一个值为切入点求得(phi)的值,然后利用单调性求(omega)的个数,这个思路是错误的;

    例6【2020人大附中高一试题第18题】对于函数(f(x)=left{egin{array}{l}{sinpi x,xin[0,2]}\{cfrac{1}{2}f(x-2),xin (2,+infty)}end{array} ight.) 现有下列结论:

    ①任取(x_1,x_2in [2,+infty)),都有(|f(x_1)-f(x_2)|leqslant 1)

    ②函数(f(x))([4,5])上先增后减;

    ③函数(y=f(x)-ln(x-1))(3)个零点;

    ④若关于(x)的方程(f(x)=m(m<0))有且只有两个不同的实根(x_1)(x_2),且(x_1+x_2=3)

    其中正确结论的序号为_______________(写出所有正确命题的序号)。

    分析:注意此分段函数的图像的做法,第一段(y=sinpi x)(xin[0,2])是做整个分段函数图像的关键和起始部分;

    (f(x)=cfrac{1}{2}f(x-2))(xin (2,+infty)),表示周期性和纵轴的伸缩性的综合使用,故将第一段向右平移(2)个单位,然后纵坐标压缩(cfrac{1}{2})

    其他部分的函数图像都仿照这个思路完成即可;效果图如下;

    故①②③④都是正确的;

    例7【2020人大附中高一试题第14题】设函数(f(x)=sin2x+2cos^2x),若对于任意的(xin R),都有(f(x)leqslant m)成立,则实数(m)的最小值为_______。

    例8【2020人大附中高一试题向量部分第12题】已知(vec{a}=(x,2x))(vec{b}=(-3x,2)),如果(vec{a})(vec{b})的夹角为钝角,则(x)的取值范围是_________.

    分析:设(<vec{a},vec{b}>= heta),则由(vec{a})(vec{b})的夹角为钝角,

    得到(-1<cos heta<0),而(cos heta=cfrac{-3x^2+4x}{sqrt{x^2+4x^2}cdotsqrt{9x^2+4}})

    (cos heta=cfrac{-3x^2+4x}{sqrt{x^2+4x^2}cdotsqrt{9x^2+4}}<0),即(-3x^2+4x<0)

    解得(x<0)(x>cfrac{4}{3}),此时未完,切记,这才解了个必要条件,不是充要条件;

    还需要求解(-1<cos heta),但是(cfrac{-3x^2+4x}{sqrt{x^2+4x^2}cdotsqrt{9x^2+4}}>-1)不好求解;

    故我们换成求解(cfrac{-3x^2+4x}{sqrt{x^2+4x^2}cdotsqrt{9x^2+4}} eq -1),此时可以仿照等式来求解,没有符号容易出错之嫌;

    (3x^2-4x eq sqrt{x^2+4x^2}cdotsqrt{9x^2+4})

    两边平方,即((3x^2-4x)^2 eq 5x^2(9x^2+4)),整理为(9x^2+6x+1=(3x+1)^2 eq 0)

    (x eq -cfrac{1}{3}),又因为(x<0)(x>cfrac{4}{3})

    (x)的取值范围为((-infty,-cfrac{1}{3})cup(-cfrac{1}{3},0)cup(cfrac{4}{3},+infty)),或者如下书写:

    ({xmid x<0或x>cfrac{4}{3}且x eq -cfrac{1}{3}})

    例9【2020人大附中高一试题向量部分第15题】已知向量(vec{a})(vec{b})的夹角为(cfrac{pi}{4})(|vec{b}|=cfrac{sqrt{2}}{2}),且对于任意的(xin R),都有(|vec{b}+xvec{a}|geqslant |vec{b}-vec{a}|),则(|vec{a}|)=_____________。

    分析:由于对于任意的(xin R),都有(|vec{b}+xvec{a}|geqslant |vec{b}-vec{a}|)

    (|vec{b}+xvec{a}|^2geqslant |vec{b}-vec{a}|^2)对于任意的(xin R)都成立,

    ((vec{b}+xvec{a})^2geqslant (vec{b}-vec{a})^2)对于任意的(xin R)都成立,

    (vec{b}^2+2xvec{a}cdotvec{b}+x^2cdot vec{a}^2geqslant vec{b}^2+vec{a}^2-2vec{a}cdotvec{b})

    (vec{a}^2cdot x^2+2cdot |vec{a}|cdot cfrac{sqrt{2}}{2}cdot cfrac{sqrt{2}}{2}x+2cdot |vec{a}|cdot cfrac{sqrt{2}}{2}cdot cfrac{sqrt{2}}{2}-vec{a}^2geqslant0)

    由于(vec{a} eq vec{0}),故上式是关于(x)的二次不等式,注意:(vec{a}^2=|vec{a}|^2)

    (|vec{a}|^2cdot x^2+|vec{a}|cdot x+|vec{a}|-|vec{a}|^2geqslant 0)对于任意的(xin R)都成立,

    (Delta leqslant 0)恒成立,即(Delta=|vec{a}|^2-4|vec{a}|^2(|vec{a}|-|vec{a}|^2)leqslant 0)

    (1-4(|vec{a}|-|vec{a}|^2)leqslant 0),即((2|vec{a}|-1)^2leqslant 0)

    又由于((2|vec{a}|-1)^2geqslant 0),故只能((2|vec{a}|-1)^2=0)

    (|vec{a}|=cfrac{1}{2})


    1. 以下的四步求解是为了排除( an(cfrac{alpha}{2}+eta)=-cfrac{sqrt{3}}{3})的可能性; ↩︎

    2. 由于(f(cfrac{pi}{4}))达到极值或最值,故题目虽说给定了函数单调[可能包含单调递增或单调递减两种情形],其实只能是单调递减,又由于单调区间的最大宽度等于半周期,故给定的单调区间的宽度必然小于或等于半周期; ↩︎

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