解 连结OC,OD,因为O为圆心,AB中点为D,
∴OD⊥AB,又PC为圆O的切线,∴OC⊥PC,
由条件可知OD=,∴AB=2=2,
由切割线定理可得PC2=PA·PB,
即16=PA·(PA+2),
解得PA=2.
2.(2018·江苏省盐城中学调研)已知矩阵M=满足:
Mai=λiai,其中λi(i=1,2)是互不相等的实常数,ai(i=1,2)是非零的平面列向量,λ1=1,a2=,求矩阵M.
解 由题意,λ1,λ2是方程f(λ)==λ2-ab=0的两根.
因为λ1=1,所以ab=1.
又因为Ma2=λ2a2,所以 =λ2,从而
所以λ=ab=1.
因为λ1≠λ2,所以λ2=-1,从而a=b=-1,
故矩阵M=.
3.(2018·苏州、南通等六市模拟)在极坐标系中,求以点P为圆心且与直线l:
ρsin=2相切的圆的极坐标方程.
解 以极点为原点,极轴为x轴的正半轴,建立平面直角坐标系xOy.
则点P的直角坐标为.
将直线l:
ρsin=2的方程变形为:
ρsinθcos-ρcosθsin=2,化为普通方程得x-y+4=0.
∴P到直线l:
x-y+4=0的距离为=2.
∴所求圆的普通方程为2+2=4,化为极坐标方程得ρ=4sin.
4.已知实数x>0,y>0,z>0,证明:
≥.
证明 因为x>0,y>0,z>0,
所以≥,≥,
所以≥.
当且仅当x∶y∶z=1∶2∶3时,等号成立.
5.已知点A(1,2)在抛物线F:
y2=2px上.
(1)若△ABC的三个顶点都在抛物线F上,记三边AB,BC,CA所在直线的斜率分别为k1,k2,k3,求-+的值;
(2)若四边形ABCD的四个顶点都在抛物线F上,记四边AB,BC,CD,DA所在直线的斜率分别为k1,k2,k3,k4,求-+-的值.
解
(1)由点A(1,2)在抛物线F上,得p=2,
∴抛物线F:
y2=4x,
设B,C,
∴-+=-+=-+=1.
(2)另设D,则-+-=-+-=0.
6.已知fn(x)=Cxn-C(x-1)n+…+(-1)kC(x-k)n+…+(-1)nC(x-n)n,其中x∈R,n∈N*,k∈N,k≤n.
(1)试求f1(x),f2(x),f3(x)的值;
(2)试猜测fn(x)关于n的表达式,并证明你的结论.
解
(1)f1(x)=Cx-C(x-1)=1,
f2(x)=Cx2-C(x-1)2+C(x-2)2=x2-2(x-1)2+(x-2)2=2,
f3(x)=Cx3-C(x-1)3+C(x-2)3-C(x-3)3=x3-3(x-1)3+3(x-2)3-(x-3)3=6.
(2)猜测fn(x)=n!
,n∈N*.
以下用数学归纳法证明.
①当n=1时,f1(x)=1,等式成立.
②假设当n=m(m≥1,m∈N*)时,等式成立,即
fm(x)=(-1)kC(x-k)m=m!
.
当n=m+1时,则fm+1(x)=(-1)kC·(x-k)m+1.
因为C=C+C,kC=(m+1)·C,其中k=1,2,…,m,
且C=C,C=C,
所以fm+1(x)=(-1)kC(x-k)m+1
=x(-1)kC(x-k)m-(-1)kkC(x-k)m
=x(-1)kC(x-k)m+x(-1)kC(x-k)m-(m+1)(-1)kC(x-k)m
=x·m!
+(-x+m+1)(-1)kC·[(x-1)-k]m
=x·m!
+(-x+m+1)·m!
=(m+1)·m!
=(m+1)!
.
即当n=m+1时,等式也成立.
由①②可知,对n∈N*,均有fn(x)=n!
.
附加题满分练2
1.(2018·江苏省盐城中学质检)已知AB是圆O的直径,P是上半圆上的任意一点,PC是∠APB的平分线,E是下半圆的中点.求证:
直线PC经过点E.
证明 连结AE,EB,OE,则∠AOE=∠BOE=90°.
因为∠APE是圆周角,∠AOE同弧上的圆心角,
所以∠APE=∠AOE=45°.
同理可得∠BPE=45°,所以PE是∠APB的平分线.
又PC也是∠APB的平分线,∠APB的平分线有且只有一条,所以PC与PE重合.
所以直线PC经过点E.
2.(2018·苏州、南通等六市模拟)在平面直角坐标系xOy中,已知A,B,C.设变换T1,T2对应的矩阵分别为M=,N=,求对△ABC依次实施变换T1,T2后所得图形的面积.
解 依题意,依次实施变换T1,T2所对应的矩阵NM= =.
则 =, =,
=.
∴A,B,C分别变为点A′,B′,C′.
∴所得图形的面积为×6×4=12.
3.已知两个动点P,Q分别在两条直线l1:
y=x和l2:
y=-x上运动,且它们的横坐标分别为角θ的正弦,余弦,θ∈[0,π],记=+,求动点M的轨迹的普通方程.
解 设M(x,y),则
两式平方相加得x2+y2=2.
又x=sin,y=sin,θ∈[0,π],
所以x∈[-1,],y∈[-1,].
所以动点M轨迹的普通方程为x2+y2=2(x,y∈[-1,]).
4.(2018·江苏省盐城中学质检)已知a>0,b>0,证明:
(a2+b2+ab)(ab2+a2b+1)≥9a2b2.
证明 因为a>0,b>0,
所以a2+b2+ab≥3=3ab>0,
ab2+a2b+1≥3=3ab>0,
所以(a2+b2+ab)(ab2+a2b+1)≥9a2b2.
5.甲、乙两人轮流投篮,每人每次投一次篮,先投中者获胜,投篮进行到有人获胜或每人都已投球3次时结束.设甲每次投篮命中的概率为,乙每次投篮命中的概率为,且各次投篮互不影响.现由甲先投.
(1)求甲获胜的概率;
(2)求投篮结束时甲的投篮次数X的概率分布与数学期望.
解
(1)设甲第i次投中获胜的事件为A1(i=1,2,3),则A1,A2,A3彼此互斥.
甲获胜的事件为A1+A2+A3.
P(A1)=,
P(A2)=××=,
P(A3)=2×2×=.
所以P(A1+A2+A3)=P(A1)+P(A2)+P(A3)=++=.
(2)X的所有可能取值为1,2,3.
则P(X=1)=+×=,
P(X=2)=+×××=,
P(X=3)=2×2×1=.
即X的概率分布为
X
1
2
3
P
所以数学期望E(X)=1×+2×+3×=.
6.设n个正数a1,a2,…,an满足a1≤a2≤…≤an(n∈N*且n≥3).
(1)当n=3时,证明:
++≥a1+a2+a3;
(2)当n=4时,不等式+++≥a1+a2+a3+a4也成立,请你将其推广到n(n∈N*且n≥3)个正数a1,a2,…,an的情形,归纳出一般性的结论并用数学归纳法证明.
证明
(1)因为an(n∈N*且n≥3)均为正实数,
左—右=++≥++=0,
所以原不等式++≥a1+a2+a3成立.
(2)归纳的不等式为:
++…+++≥a1+a2+…+an(n∈N*且n≥3).
记Fn=++…+++-(a1+a2+…+an),
当n=3(n∈N*)时,由
(1)知,不等式成立;
假设当n=k(k∈N*且k≥3)时,不等式成立,即
Fk=++…+++-(a1+a2+…+ak)≥0.
则当n=k+1时,
Fk+1=++…++++-(a1+a2+…+ak+ak+1)
=Fk+++---ak+1
=Fk+ak-1ak+ak+1+(ak+1-ak)≥0+a+ak+1+(ak+1-ak)=(ak+1-ak),
因为ak+1≥ak,+≥2,≤=2,
所以Fk+1≥0,
所以当n=k+1时,不等式成立.
综上所述,不等式++…+++≥a1+a2+…+an(n∈N*且n≥3)成立.
附加题满分练3
1.如图,△ABC内接于⊙O,AB为⊙O的直径,BF是⊙O的切线,连结CF交⊙O于D,交AB于E.若BC=BF=4,CE∶ED=6∶5,求⊙O的半径.
解 如图,连结BD,
因为BF是⊙O的切线,所以∠DBF=∠BCF,
因为BC=BF,所以∠BCF=∠BFC,
所以∠DBF=∠BFC,
所以BD=DF,又∠BEF+∠BFC=90°,∠EBD+∠DBF=90°,
所以∠BEF=∠EBD,所以BD=ED,所以ED=DF.
设CE=6x,ED=5x(x>0),则DF=5x,
因为BF=4,根据切割线定理知BF2=DF·CF,
所以16=5x×16x,解得x=,
所以EF=ED+DF=2,
因为BF为⊙O的切线,所以AB⊥BF,
所以BE2+BF2=EF2,所以BE=2,
根据相交弦定理知AE·BE=CE·ED,得AE=3,
所以AB=5,
因为AB为⊙O的直径,所以⊙O的半径为.
2.若二阶矩阵M满足M=,求曲线4x2+4xy+y2-12x+12y=0在矩阵M所对应的变换作用下得到的曲线的方程.
解 记矩阵A=,det(A)=(-2)×(-1)-2×=1≠0,
故A-1=,所以M=A-1==,
即矩阵M=.
设曲线4x2+4xy+y2-12x+12y=0上任意一点P(x,y)在矩阵M对应的变换作用下得到点P′(x′,y′).
所以= =,
所以所以
又点P(x,y)在曲线4x2+4xy+y2-12x+12y=0上,代入整理得2x′2+3y′=0,
由点P(x,y)的任意性可知,所求曲线的方程为2x2+3y=0.
3.已知直线的极坐标方程为ρsin=,圆M的参数方程为(其中θ为参数).
(1)将直线的极坐标方程化为直角坐标方程;
(2)求圆M上的点到直线的距离的最小值.
解
(1)极点为直角坐标原点O,
ρsin=ρ=,
∴ρsinθ+ρcosθ=1,其直角坐标方程为x+y-1=0.
(2)将圆的参数方程化为普通方程为x2+(y+2)2=4,圆心为M(0,-2),
∴点M到直线的距离为d===,
∴圆上的点到直线距离的最小值为.
4.已知函数f(x)=|x+m|+|x-2|(m>0)的最小值为4,正实数a,b满足+=.
求证:
+≥m.
证明 易知|x+m|+|x-2|≥|(x+m)-(x-2)|=|m+2|,
故由f(x)的最小值为4得|m+2|=4,又m>0,所以m=2.
又≥2=3,当且仅当a=,b=时等号成立,
故+≥2=m,即结论成立.
5.如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1=AB=AC=2,AB⊥AC,M是棱BC的中点,点P在线段A1B上.
(1)若P是线段A1B的中点,求直线MP与直线AC所成角的大小;
(2)若N是CC1的中点,直线A1B与平面PMN所成角的正弦值为,求线段BP的长度.
解 分别以AB,AC,AA1所在直线为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,
则A(0,0,0),B(2,0,0),C(0,2,0),A1(0,0,2),M(1,1,0).
(1)若P是线段A1B的中点,
则P(1,0,1),=(0,-1,1),=(0,2,0).
所以cos〈,〉==-.
又〈,〉∈[0,π],所以〈,〉=.
所以直线MP与直线AC所成的角的大小为.
(2)由N(0,2,1),得=(-1,1,1).
设P(x,y,z),=λBA1,0≤λ≤1,
则(x-2,y,z)=λ(-2,0,2),所以
所以P(2-2λ,0,2λ),所以=(1-2λ,-1,2λ).
设平面PMN的法向量n=(x1,y1,z1),
则n⊥,n⊥,
所以取n=.
因为BA1=(-2,0,2),设直线A1B与平面PMN所成的角为θ.
由sinθ====,得λ=(舍负).
所以=BA1,所以BP=BA1=.
6.已知n展开式的各项依次记为a1(x),a2(x),a3(x),…,an(x),an+1(x).设F(x)=a1(x)+2a2(x)+3a3(x)+…+nan(x)+(n+1)·an+1(x).
(1)若a1(x),a2(x),a3(x)的系数依次成等差数列,求n的值;
(2)求证:
对任意x1,x2∈[0,2],恒有|F(x1)-F(x2)|≤2n-1(n+2)-1.
(1)解 依题意ak(x)=Ck-1,k=1,2,3,…,n+1,
a1(x),a2(x),a3(x)的系数依次为C·0=1,C·=,C·2=,
所以2×=1+,解得n=8或n=1(舍去).
(2)证明 F(x)=a1(x)+2a2(x)+3a3(x)+…+nan(x)+(n+1)an+1(x)=C+2C+3C2+…+nCn-1+(n+1)Cn,
F
(2)=C+2C+3C+…+nC+(n+1)C,
设Sn=C+2C+3C+…+nC+(n+1)C,
则Sn=(n+1)C+nC+…+3C+2C+C,
考虑到C=C,将以上两式相加得
2Sn=(n+2)(C+C+C+…+C+C),
所以Sn=2n-1(n+2),
又当x∈[0,2]时,F′(x)>0恒成立,从而F(x)是[0,2]上的单调递增函数,
所以对任意x1,x2∈[0,2],|F(x1)-F(x2)|≤F
(2)-F(0)=2n-1(n+2)-1.
解答题满分练
解答题满分练1
1.如图,已知直角梯形ABCD与等腰直角三角形ABE所在的平面互相垂直,AB∥CD,AB⊥BC,AB=2CD=2BC,EA⊥EB.
(1)求证:
AB⊥DE;
(2)在线段EA上是否存在点F,使得EC∥平面FBD?
若存在,求出的值;若不存在,请说明理由.
(1)证明 取AB的中点O,连结OE,OD.
因为EB=EA,所以OE⊥AB.
因为四边形ABCD为直角梯形,AB=2CD=2BC,AB⊥BC,
所以四边形OBCD为正方形,
所以AB⊥OD.
又OD∩OE=O,OE,OD⊂平面EOD,
所以AB⊥平面EOD,
又DE⊂平面EOD,
所以AB⊥DE.
(2)解 连结CA交BD于点M,由AB∥CD可得==.
假设线段EA上存在点F,
使得EC∥平面FBD,又平面ACE∩平面FBD=FM,
故EC∥FM,
从而==,故=,
所以当=时,EC∥平面FBD.
2.(2018·江苏省常州市三校联考)已知a=,b=(ω>0),函数f(x)=a·b,函数f(x)的最小正周期为2π.
(1)求函数f(x)的表达式;
(2)设θ∈,且f=+,求cosθ的值.
解
(1)f(x)=a·b=-sinωx=-2sin,
∵为函数f(x)的最小正周期为2π,
∴=2π,解得ω=1.
∴f(x)=-2sin.
(2)由f(θ)=+,
得sin=-.
∵θ∈∴θ-∈,
∴cos=,
∴cosθ=cos
=coscos-sinsin
=×-×=.
3.某单位拟建一个扇环面形状的花坛(如图所示),该扇环面是由以点O为圆心的两个同心圆弧和延长后通过点O的两条直线段围成.按设计要求扇环面的周长为30米,其中大圆弧所在圆的半径为10米.设小圆弧所在圆的半径为x米,圆心角为θ(弧度).
(1)求θ关于x的函数关系式;
(2)已知在花坛的边缘(实线部分)进行装饰时,直线部分的装饰费用为4元/米,弧线部分的装饰费用为9元/米.设花坛的面积与装饰总费用的比为y,求y关于x的函数关系式,并求出x为何值时,y取得最大值?
解
(1)扇环的圆心角为θ,则30=θ(10+x)+2(10-x),
∴θ=(0(2)由
(1)可得花坛的面积为θ(102-x2)=(5+x)(10-x)=-x2+5x+50(0装饰总费用为9θ(10+x)+8(10-x)=170+10x,
∴花坛的面积与装饰总费用的比y==-,
令t=17+x,则y=-≤-·2·=,当且仅当t=,
即t=18时取等号,此时x=1,θ=.
答 当x=1时,花坛的面积与装饰总费用的比最大.
4.(2018·江苏六市模拟)如图,在平面直角坐标系xOy中,B1,B2是椭圆+=1(a>b>0)的短轴端点,P是椭圆上异于点B1,B2的一动点.当直线PB1的方程为y=x+3时,线段PB1的长为4.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设点Q满足:
QB1⊥PB1,QB2⊥PB2.求证:
△PB1B2与△QB1B2的面积之比为定值.
(1)解 设P.
在y=x+3中,令x=0,得y=3,从而b=3.
由得+=1.
∴x0=-.
∵PB1==,
∴4=·,解得a2=18.
∴椭圆的标准方程为+=1.
(2)证明 设P(x0,y0),Q(x1,y1).
方法一 直线PB1的斜率为
=,
由QB1⊥PB1,则直线QB1的斜率为
=-.
于是直线QB1的方程为y=-x+3.
同理,QB2的方程为y=-x-3.
联立两直线方程,消去y,得x1=.
∵P在椭圆+=1上,
∴+=1,从而y-9=-.
∴x1=-.
∴
==2.
方法二 设直线PB1,PB2的斜率为k,k′,则直线PB1的方程为y=kx+3.
由QB1⊥PB1,直线QB1的方程为y=-x+3.
将y=kx+3代入+=1,
得x2+12kx=0,
∵P是椭圆上异于点B1,B2的点,
∴x0≠0,从而x0=-.
∵P在椭圆+=1上,
∴+=1,从而y-9=-.
∴k·k′=·==-,得k′=-.
由QB2⊥PB2,得直线QB2的方程为y=2kx-3.
联立得x=,即x1=.
∴
===2.
5.设函数f(x)=x-asinx(a>0).
(1)若函数y=f(x)是R上的单调增函数,求实数a的取值范围;
(2)设a=,g(x)=f(x)+blnx+1,g′(x)是g(x)的导函数.
①若对任意的x>0,g′(x)>0,求证:
存在x0,使g(x0)<0;
②若g(x1)=g(x2)(x1≠x2),求证:
x1x2<4b2.
(1)解 由题意,得f′=1-acosx≥0对x∈R恒成立.
∵a>0,
∴≥cosx对x∈R恒成立,
∵(cosx)max=1,
∴≥1,从而0(2)证明 ①g=x-sinx+blnx+1,
则g′(x)=1-cosx+.
若b<0,则存在->0,
使g′=-1-cos<0,不合题意.
∴b>0.
取x0=
,则0此时g=x0-sinx0+blnx0+1<1++bln
+1=-<0.
∴存在x0>0,使g<0.
②依题意,不妨设01.
由
(1)知函数y=x-sinx单调递增,
则x2-sinx2>x1-sinx1,
从而x2-x1>sinx2-sinx1.
∵g(x1)=g(x2),
∴x1-sinx1+blnx1+1=x2-sinx2+blnx2+1,
∴-b(lnx2-lnx1)=x2-x1-(sinx2-sinx1)>.
∴-2b>>0.
下面证明>,即证明>,只要证明lnt-<0.(*)
设h=lnt-,
则h′=<0在上恒成立.
∴h(t)在上单调递减,故h(t)(1)=0,
从而(*)式得证.
∴-2b>,即x1x2<4b2.
6.已知数列{an}和{bn}满足a1a2a3…an=()
(n∈N*).若{an}为等比数列,且a1=2,b3=6+b2.
(1)求{an}和{bn}的通项公式;
(2)设cn=-(n∈N*),记数列{cn}的前n项和为Sn.
(i)求Sn;
(ii)求正整数k,使得对任意n∈N*均有Sk≥Sn.
解
(1)∵a1a2a3…an=()
(n∈N*),①
当n≥2,n∈N*时,a1a2a3…an-1=()
,②
由①②知an=()
,
令n=3,则有a3=()
.
∵b3=6+b2,∴a3=8.
∵{an}为等比数列,且a1=2,设{an}的公比为q,
∴则q2==4,
由题意知an>0,∴q>0,∴q=2.
∴an=2n(n∈N*).
又由a1a2a3…an=()
(n∈N*),得
21×22×23…×2n=()
,
即
=()
,
∴bn=n(n+1)(n∈N*).
(2)(i)∵cn=-=-
=-,
∴Sn=c1+c2+c3+…+cn
=-+-+…+-
=++…+-
=1--1+=-.
(ii)∵c1=0,c2>0,c3>0,c4>0,
当n≥5时,cn=,
而-=>0,
得≤<1,
∴当n≥5时,cn<0.
综上,对任意的n∈N*恒有S4≥Sn,故k=4.
解答题满分练2
1.如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,侧面PAD⊥底面ABCD,PA⊥PC;
(1)求证:
平面PAB⊥平面PCD;
(2)若过点B的直线l垂直于平面PCD,
求证:
l∥平面PAD.
证明
(1)因为ABCD为矩形,所以CD⊥AD,
因为侧面PAD⊥底面ABCD,侧面PAD∩底面ABCD=AD,CD⊂平面ABCD,所以CD⊥平面PAD,
因为AP⊂平面PAD,所以PA⊥CD,
又PA⊥PC,PC∩CD=C,CD,PC⊂平面PCD,
所以AP⊥平面PCD,
又AP⊂平面PAB,所以平面PAB⊥平面PCD.
(2)由
(1)知,AP⊥平面PCD,又l⊥平面PCD,
所以l∥PA,
又l⊄平面PAD,AP⊂平面PAD,所以l∥平面PAD.
2.在△ABC中,a,b,c分别是内角A,B,C所对的边,且满足+=0.
(1)求角B的值;
(2)若c=2,AC边上的中线BD=,求△ABC的面积.
解
(1)+=0⇔+=0,
所以cosB(2sinA+sinC)+sinBcosC=0,
所以2sinAcosB+cosBsinC+sinBcosC=0,
所以2sinAcosB+sin(B+C)=0,
所以sinA(2cosB+1)=0,
因为sinA≠0,所以cosB=-.
所以B=.
(2)延长BD到E,使BD=DE,易知四边形AECB为平行四边形,
在△BEC中,EC=2,BE=2BD=,因为∠ABC=,所以∠BCE=,由余弦定理得,
BE2=EC2+BC2-2EC·BC·cos∠BCE,
即3=22+a2-2·2a·cos,
即a2-2a+1=0,
解得a=1,
S△ABC=acsinB=×1×2×=.
3.某隧道设计为双向四车道,车道总宽20米,要求通行车辆限高4.5米,隧道口截面的拱线近似地看成抛物线形状的一部分,如图所示建立平面直角坐标系xOy.
(1)若最大拱高h为6米,则隧道设计的拱宽l是多少?
(2)为了使施工的土方工程量最小,需隧道口截面面积最小.现隧道口的最大拱高h不小于6米,则应如何设计拱高h和拱宽l,使得隧道口截面面积最小?
(隧道口截面面积公式为S=lh)
解
(1)设抛物线的方程为y=-ax2(a>0),则抛物线过点,
代入抛物线方程得a=,
令y=-6,解得x=±20,则隧道设计的拱宽l是40米.
(2)抛物线最大拱高为h米,h≥6,抛物线过点,
代入抛物线方程得a=.
令y=-h,则-x2