• 2018年宝鸡市二检数学题目解答


    例1【2018宝鸡市二检文理科第22题】在直角坐标系(xoy)中,曲线(C_1)的参数方程为(egin{cases}x=2+2cosalpha\y=2sinalphaend{cases}(alpha为参数)),以坐标原点为极点,以(x)轴正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线(C_2)的极坐标方程为( ho=2cos heta)

    (1)写出曲线(C_1)的普通方程和(C_2)的直角坐标方程;

    (2)设点(P)(C_1)上,点(Q)(C_2)上,且(angle POQ=cfrac{pi}{2}),求三角形(POQ)面积的最大值。

    分析:(1) 直接给出答案,曲线的普通方程(C_1:(x-2)^2+y^2=4);所求的直角坐标方程(C_2:(x-1)^2+y^2=1)

    (2)【法1】极坐标法(本题目命题意图就是想让学生体会极坐标的优越性,从而主动使用极坐标刻画思考或者在极坐标系下运算),

    曲线(C_1)的极坐标方程为( ho_1=4cosalpha(alphain(-cfrac{pi}{2},cfrac{pi}{2})))

    曲线(C_2)的极坐标方程为( ho_2=2cos heta( hetain(-cfrac{pi}{2},cfrac{pi}{2})))

    如右图所示,初步分析,当点(P)(x)轴上方时,点(Q)必在(x)轴下方;

    当然还会有另一种情形,当点(P)(x)轴下方时,点(Q)必在(x)轴上方;

    我们取其中一种做研究,比如点(P)(x)轴上方,点(Q)(x)轴下方;

    注意此时点(Q)的极角是负值(- heta)

    由于( ho_1>0)( ho_2>0),以及(angle POQ=cfrac{pi}{2})可得,

    (alpha- heta=cfrac{pi}{2}),即(alpha= heta+cfrac{pi}{2}),(顺时针为正,逆时针为负)

    则有(S_{Delta OPQ}=cfrac{1}{2}|OP||OQ|)

    (=cfrac{1}{2} ho_1 ho_2=cfrac{1}{2} imes 4cosalpha imes 2cos heta)

    (=4cos( heta+cfrac{pi}{2})cos heta=-4sin heta cos heta)

    (=-2sin2 heta)

    (2 heta=-cfrac{pi}{2}),即( heta=-cfrac{pi}{4})时,

    ((S_{Delta OPQ})_{max}=2)

    【法2】参数方程法,

    如图所示,曲线(C_1)的参数方程是(egin{cases}x=2+2cosalpha\y=2sinalphaend{cases}(alpha为参数,alphain (-pi,pi)))

    曲线(C_2)的参数方程是(egin{cases}x=1+cos heta\y=sin hetaend{cases}( heta为参数, hetain (-pi,pi)))

    注意参数的含义,(cfrac{alpha}{2}-cfrac{ heta}{2}=cfrac{pi}{2}),即(alpha=pi+ heta)

    则有(S_{Delta OPQ}=cfrac{1}{2}|OP||OQ|)

    (=cfrac{1}{2}sqrt{(2+2cosalpha)^2+(2sinalpha)^2}sqrt{(1+cos heta)^2+sin^2 heta})

    (=cfrac{1}{2}sqrt{8(1+cosalpha)}sqrt{2(1+cos heta)})

    (=cfrac{1}{2}sqrt{8(1-cos heta)}sqrt{2(1+cos heta)})

    (=cfrac{1}{2} imes 4sqrt{(1-cos heta)(1+cos heta)})

    (=2sqrt{1-cos^2 heta}=2|sin heta|)

    ( heta=-cfrac{pi}{2})时,((S_{Delta OPQ})_{max}=2)

    【变形方法3】参数方程法,曲线(C_1)的参数方程是(egin{cases}x=2+2cosalpha\y=2sinalphaend{cases}(alpha为参数,alphain (-pi,pi)))

    曲线(C_2)的参数方程是(egin{cases}x=1+cos heta\y=2sin hetaend{cases}( heta为参数, hetain (-pi,pi)))

    注意参数的含义,(cfrac{alpha}{2}-cfrac{ heta}{2}=cfrac{pi}{2}),即(alpha=pi+ heta)

    (angle POQ=cfrac{pi}{2})可知,(k_{OP}k_{OQ}=-1)

    (cfrac{2sinalpha}{2+2cosalpha} imes cfrac{sin heta}{1+cos heta}=-1),即(-sinalpha sin heta=(1+cosalpha)(1+cos heta))

    (S_{Delta OPQ}=cfrac{1}{2}|OP||OQ|)

    (=cfrac{1}{2}sqrt{(2+2cosalpha)^2+(2sinalpha)^2}sqrt{(1+cos heta)^2+sin^2 heta})

    (=cfrac{1}{2}sqrt{8(1+cosalpha)}sqrt{2(1+cos heta)})

    (=2sqrt{(1+cosalpha)(1+cos heta)})

    (=2sqrt{-sinalpha sin heta})

    又有(cfrac{alpha}{2}-cfrac{ heta}{2}=cfrac{pi}{2}),即(alpha=pi+ heta)

    (原式=2sqrt{sin^2 heta}=2|sin heta|)

    ( heta=-cfrac{pi}{2})时,((S_{Delta OPQ})_{max}=2)

    【法4】设直线(OP)的方程为(y=kx),由(angle POQ=cfrac{pi}{2})可得,

    直线(OQ)的方程为(y=-cfrac{1}{k}x)

    联立(egin{cases}(x-2)^2+y^2=4\y=kxend{cases})

    解得(P(cfrac{4}{1+k^2},cfrac{4k}{1+k^2} ))

    联立(egin{cases}(x-1)^2+y^2=1\y=-cfrac{1}{k}xend{cases})

    解得(Q(cfrac{2k^2}{1+k^2},cfrac{-2k}{1+k^2}))

    (S_{Delta POQ}=cfrac{1}{2}|OP||OQ|=cfrac{1}{2}sqrt{(cfrac{4}{1+k^2})^2+(cfrac{4k}{1+k^2})^2}sqrt{(cfrac{2k^2}{1+k^2})^2+(cfrac{-2k}{1+k^2})^2})

    (=cfrac{1}{2}sqrt{cfrac{16}{1+k^2}}sqrt{cfrac{4k^2}{1+k^2}}=cfrac{4|k|}{1+k^2}=cfrac{4}{|k|+frac{1}{|k|}}leq 2)

    当且仅当(|k|=1)时取到等号。故((S_{Delta POQ})_{max}=2)

    反思:这个解法的优越性体现在只有一个变量(k),那么求最值时就好操作些。

    【法5】是否有,待后思考整理。

    解后反思:

    1、在高中数学中,求某个量(比如面积)的最值时,往往需要先表达出这个量(比如面积)的函数,这样求实际问题的最值就变成了求这个函数模型的最值问题了,这一过程实际就是函数的建模。

    1、法1利用极坐标法,这样表达刻画面积时,就只有两个变量(alpha)( heta),然后利用两个变量的相互关系,再将变量集中为一个变量,就好求解其最大值了。

    2、法2利用参数方程法,在表达刻画面积时,同样只有两个变量(alpha)( heta),然后利用两个变量的相互关系,再将变量集中为一个变量,就好求解其最大值了。法2和法3本质接近。

    3、正确求解本题目,需要深刻理解极坐标方程的含义和参数方程的含义,尤其是法2对参数的含义更不能弄错了。用到了内外角关系和圆心角和圆周角关系。

    4、还有学生想到设(P(x_1,y_1)),$ Q(x_2,y_2)$,这样的思路我没有做尝试,不过能看出来此时是四个变量,这样就难得多了,所以碰到这样的题目我们先需要初步筛选思路。

    例11【2018宝鸡市二检文理科第12题】已知函数(f(x)=a^x)(g(x)=log_ax(a>0且a eq 1))的图像有两个公共点,则实数(a)的取值范围是【】

    $A.(0,e^{frac{1}{e}})$ $B.(1,e^{frac{2}{e}})$ $C.(1,sqrt{e})$ $D.(1,e^{frac{1}{e}})$

    分析:先做出如右图所示的图像,从形上分析,由于函数(f(x)=a^x)(g(x)=log_ax(a>0且a eq 1))互为反函数,其图像关于直线(y=x)对称,

    故两条曲线相交时,直线(y=x)必然也会过他们的交点,这样我们将图形简化一下,

    即要保证两条曲线有两个交点,只需要一区一直两条线有两个交点就可以了,

    此时我们从形上已经不好把握了,需要转换到数的角度进行计算。

    即函数(y=a^x)与函数(y=x)的图像有两个交点,也即方程(a^x=x)要有两个不同的实数根。

    两边同时取自然对数,得到(lna^x=lnx),即(xlna=lnx),注意到图像的交点的(x eq 0)

    故分离参数得到(lna=cfrac{lnx}{x})

    则要方程使(lna=cfrac{lnx}{x})有两个不同的根,需要函数(y=lna)(g(x)=cfrac{lnx}{x})要有两个交点,这样又转换到形了。

    以下用导数方法,判断函数(g(x)=cfrac{lnx}{x})的单调性,得到在((0,e))上单调递增,在((e,+infty))上单调递减,做出其函数图像如右图所示,

    故有(0<lna<cfrac{1}{e}),即(ln1<lna<lne^{frac{1}{e}}),故(ain (1,e^{frac{1}{e}})),选(D).

    解后反思:

    ①、数到形,形到数,二者之间的转换在高三数学的学习中非常普遍。

    ②、熟练掌握函数(f(x)=cfrac{lnx}{x}),以及(g(x)=lnxpm x)(h(x)=xcdot lnx)等的函数的图像和性质,在解题中会有不小的惊喜。

    ③、在分离常数时,可以分离得出(lna=cfrac{lnx}{x}),还可以分离得到(a=e^{frac{lnx}{x}}),但是明显第一种分离方式更有利于计算,此处使用了整体思想。

    例3【2018宝鸡市二检文科理科第7题】双曲线(cfrac{y^2}{4}-x^2=1)的渐近线所夹的角中的锐角为(alpha),求(cos2alpha)的值。

    分析:由题目可以知道,其渐近线为(y=pm 2x)

    【法1】:取其一(y=2x),则其倾斜角为( heta),可知(tan heta=2)

    又知道( heta+cfrac{alpha}{2}=cfrac{pi}{2}),则( heta=cfrac{pi}{2}-cfrac{alpha}{2}),带入上式得到,

    (tan heta=tan(cfrac{pi}{2}-cfrac{alpha}{2})=cotcfrac{alpha}{2}=2),即(cotcfrac{alpha}{2}=2)

    (tancfrac{alpha}{2}=cfrac{1}{2}),由(tanalpha=cfrac{2tancfrac{alpha}{2}}{1-tan^2cfrac{alpha}{2}})得到,(tanalpha=cfrac{4}{3})

    到此,题目转化为已知(tanalpha=cfrac{4}{3}),求(cos2alpha=?)的值。

    (cos2alpha=cfrac{cos^2alpha-sin^2alpha}{cos^2alpha+sin^2alpha}=cfrac{1-tan^2alpha}{1+tan^2alpha}=-cfrac{7}{25})

    【法2】:在直线(y=2x)上取一点((1,2)),利用锐角三角函数的定义,可知(tancfrac{alpha}{2}=cfrac{1}{2})

    从而由(tanalpha=cfrac{2tancfrac{alpha}{2}}{1-tan^2cfrac{alpha}{2}})得到,(tanalpha=cfrac{4}{3})

    代入(cos2alpha=cfrac{cos^2alpha-sin^2alpha}{cos^2alpha+sin^2alpha}=cfrac{1-tan^2alpha}{1+tan^2alpha}=-cfrac{7}{25})

    解后反思:

    1、本题目其实是一类这样的题目,请参阅

    2、法1由于用到了余切,有超纲之嫌;法2使用了三角函数定义,符合学生的认知。

    例2【2018宝鸡市二检文科理科第17题】已知函数(f(x)=4sinxsin(x+cfrac{pi}{3})),在(Delta ABC)中,角(A、B、C)的对边分别是(a、b、c)

    (1)、当(xin [0,cfrac{pi}{2}])时,求函数(f(x))的取值范围。

    分析:先将函数变形为正弦型函数(f(x)=2sin(2x-cfrac{pi}{6})+1),其中(xin [0,cfrac{pi}{2}])

    题目转化为正弦型函数在限定区间上的值域问题,常规题目,(f(x)in [0,3])

    (2)、若对任意的(xin R),都有(f(x)leq f(A))(b=2)(c=4),点(D)是边(BC)的中点,求(AD)的长。

    【解答的共有部分】对任意的(xin R),都有(f(x)leq f(A)),则(f(A)geqslant f(x)_{max})

    (f(x)=2sin(2x-cfrac{pi}{6})+1,xin R),则(f(x)_{max}=3)

    (f(A)geqslant 3)(f(A)=2sin(2A-cfrac{pi}{6})+1)

    故有(2sin(2A-cfrac{pi}{6})+1geqslant 3),即(sin(2A-cfrac{pi}{6})geqslant 1)

    又由正弦函数的值域范围可知,此时只能取(sin(2A-cfrac{pi}{6})=1)

    (2A-cfrac{pi}{6}=cfrac{pi}{2}),故(A=cfrac{pi}{3})

    【法1】:余弦定理法,先由余弦定理得到(BC=2sqrt{3}),则(BD=CD=sqrt{3})

    (angle ADB=alpha)(angle ADC=eta),则有(cosalpha+coseta=0)

    再设(AD=x),又(cosalpha=cfrac{x^2+(sqrt{3})^2-4^2}{2cdotsqrt{3}cdot x})(coseta=cfrac{x^2+(sqrt{3})^2-2^2}{2cdotsqrt{3}cdot x})

    代入方程(cosalpha+coseta=0)得到,(x=AD=sqrt{7})

    【法2】:要求(AD),由(AD=|overrightarrow{AD}|),而(|overrightarrow{AD}|=sqrt{overrightarrow{AD}^2})

    (overrightarrow{AD}=cfrac{1}{2}(overrightarrow{AB}+overrightarrow{AC})),则(overrightarrow{AD}^2=cfrac{1}{4}(overrightarrow{AB}+overrightarrow{AC})^2)

    (|overrightarrow{AD}|^2=cfrac{1}{4}(|overrightarrow{AB}|^2+|overrightarrow{AC}|^2+2|overrightarrow{AB}||overrightarrow{AC}|cos60^{circ}))

    (=cfrac{1}{4}(4^2+2^2+2 imes4 imes2 imescfrac{1}{2})=7)

    (AD=|overrightarrow{AD}|=sqrt{7})

    【法3】由题目可知,先由余弦定理得到(BC=2sqrt{3}),则由(AB=4,AC=2),可知(Delta ABC)(RtDelta)

    则有(AC=2)(CD=sqrt{3}),故由勾股定理可知,(AD=sqrt{7})

    解后反思:1、向量法和余弦定理法都是大家应该掌握的常见的思路方法,其中向量法这个思路,对学生和老师而言,都不是那样的自如应用。

    例5【2018宝鸡市二检理科第4题】已知等比数列({a_n})的前(n)项和为(S_n),则(S_n=2^n-c(cin R)),若(log_2a_1+log_2a_2+cdots+log_2a_n=10),则(n)值为【】

    $A.2$ $B.3$ $C.4$ $D.5$

    分析:本题目的考点有以下几个,其一求等比数列的(a_n),其二由(S_n)(a_n)

    我们往往需要先由(S_n)(a_n)

    途径一:(a_n)(S_n)法,

    (nge 1)时,(S_n=2^n-c(cin R))

    (nge 2)时,(S_{n-1}=2^{n-1}-c(cin R))

    (nge 2)时,(a_n=S_n-s_{n-1}=2^n-2^{n-1}=2^{n-1})

    所以,(a_n=2^{n-1}(nin N^*))(此处可以验证,也可以不验证,已知的等比)

    途径二:由等比数列的前(n)项和(S_n=cfrac{a_1(1-q^n)}{1-q}=cfrac{a_1}{1-q}cdot (1-q^n)=mcdot q^n-m(m=-cfrac{a_1}{1-q}))的性质可知,

    (c=1)(q=2),再由(S_1=a_1=2^1-1=1)

    (a_n=1 imes 2^{n-1}(nin N^*))

    接下来用对数的性质求解转化:

    (a_1cdot a_2cdot a_n=2^0cdot 2^1cdots 2^{n-1}=2^{0+1+cdots+(n-1)}=2^{frac{n(n-1)}{2}})

    (log_2a_1+log_2a_2+cdots+log_2a_n=log_2(a_1cdot a_2cdots a_n)=log_22^0cdot 2^1cdots 2^{n-1})

    (=log_22^{0+1+cdots+(n-1)}=log_22^{frac{n(n-1)}{2}}=cfrac{n(n-1)}{2}=10),解得(n=5)

    解后反思:

    1、熟练理解等差、等比数列的常用性质,尤其是从函数角度出发的性质,对数学解题有很大的帮助。

    2、本题目原来是选择题,给了(2,3,4,5)四个选项,当进行到解方程(cfrac{n(n-1)}{2}=10)时,应该意识到验证总比解方程要节省时间。

    例6【2018年宝鸡市二检理科第16题】

    将数列({a_n})按如图所示的规律排成一个三角形表,并同时满足以下两个条件:①各行的第一个数(a_1,a_2,a_5,cdots,)构成公差为(d)的等差数列;②从第二行起,每行各数按从左到右的顺序构成公比为(q)的等比数列,若(a_1=1,a_3=4,a_5=3),则(d=);第(n)行的和(T_n)=__。

    分析:由三角形表观察计算得出:

    ①:第一行有1项,第二行有3项,第三行有5项,故猜想:第(n)行应该有(2n-1)项;

    ②:由表的第一列构成等差数列,可知(2a_2=a_1+a_5),即(a_2=2)

    ③:等差数列的首项是1,公差为(d=1),那么第4行的首项应该为4,第(n)行的首项应该为(n)

    ④:每一行的等比数列的公比可以由(cfrac{a_3}{a_2}=2)得到,即(q=2)

    那么第(n)行就是首项为(n),公比为(q=2),项数为(2n-1)的等比数列,其和(T_n=cfrac{ncdot (2^{2n-1}-1)}{2-1}=ncdot (2^{2n-1}-1))

    引申分析:

    ⑤:第三行的首项是(a_5=a_{2^2+1}),猜想第四行的首项是(a_{10}=a_{2^3+1}=a_{9+1}),第五行的首项是第(a_{2^4+1}=a_{17})项,那么第(n)行的首项是第(a_{2^{n-1}+1})项;

    ⑥:(a_{2^{n-1}+1}=n)

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