数学讲义

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必修一

命题

下列命题正确的是(      )

A.命题“ xR, x2+x+10\displaystyle \exists \ x\in \mathbb{R} ,\ x^{2} +x+1\geq 0” 的否定为 “xR, x2+x+1<0\displaystyle \forall x\in \mathbb{R} ,\ x^{2} +x+1< 0

B.a+b=0\displaystyle a+b=0 的充要条件为 ba=1\displaystyle \frac{b}{a} =-1

C.xR, x2>0\displaystyle \forall x\in R,\ x^{2} >0

D.a>1,b>1\displaystyle a >1,b >1ab>1\displaystyle ab >1 的充分条件

a. \displaystyle \exists 的否定为 \displaystyle \forall\displaystyle \geq 的否定为 <\displaystyle <,故而结论正确

b. a=b=0ba=1\displaystyle a=b=0\nRightarrow \frac{b}{a} =-1,故而错误

c. 02=0\displaystyle 0^{2} =0,故而错误

d. a,b>1ab>1\displaystyle a,b >1\Rightarrow ab >1,为充分条件,正确

下列结论中正确的是(      )

A.若 x>y>0, z>0\displaystyle x >y >0,\ z >0,则 yx>y+zx+z\displaystyle \frac{y}{x} >\frac{y+z}{x+z}

B.若 x>y>0\displaystyle x >y >0,则 x1x>y1y\displaystyle x-\frac{1}{x} >y-\frac{1}{y}

C.若 x>y>0\displaystyle x >y >0,则 cosx>cosy\displaystyle \cos x >\cos y

D.若 x>y>0\displaystyle x >y >0,则 sinx>siny\displaystyle \sin x >\sin y

注意到:

yx>y+zx+zy(x+z)>x(y+z)z(yx)<0\begin{equation} \frac{y}{x} >\frac{y+z}{x+z} \quad \Leftrightarrow \quad y( x+z) >x( y+z) \quad \Leftrightarrow z( y-x) < 0 \end{equation}

矛盾,故而 A\displaystyle A 错误

f(x)=x1x\displaystyle f( x) =x-\frac{1}{x} 为单调递增函数,故而 B\displaystyle B 正确

周期函数不可能严格单调,故而 C,D\displaystyle C,D 错误

函数

对数、指数和幂函数

y=log(m1)x\displaystyle y=\log_{(m-1)} x 在定义域内为增函数”是“f(x)=(m27m+13)x\displaystyle f( x) =\left( m^{2} -7m+13\right) x为幂函数”的(      )

A.充分不必要条件

B.必要不充分条件

C.充分且必要条件

D.既不充分也不必要条件

log(m1)x\displaystyle \log_{( m-1)} x 为增函数 m1>1m>2\displaystyle \Rightarrow m-1 >1\Rightarrow m >2

同时,f(x)\displaystyle f( x) 为幂函数 m27m+13=1(m3)(m4)=0m=3 或 4\displaystyle \Rightarrow m^{2} -7m+13=1\Rightarrow ( m-3)( m-4) =0\Rightarrow m=3\ \text{或} \ 4

显然 m>2 m=3 或 4\displaystyle m >2\ \nRightarrow m=3\ \text{或} \ 4m=3 或 4 m>2\displaystyle m=3\ \text{或} \ 4\ \Rightarrow m >2,故而为必要不充分条件

a=log0.25, b=0.23, c=(14)0.2\displaystyle a=\log_{0.2} 5,\ b=0.2^{3} ,\ c=\left(\frac{1}{4}\right)^{-0.2},则 a,b,c\displaystyle a,b,c 的大小关系为(      )

A. a < b < c

B. a < c < b

C. b < a < c

D. b < c < a

由指数函数与对数函数的单调性,我们有:

a=log0.25<log0.21=00<b=0.23<0.20=1c=(14)0.2>(14)0=1\begin{gather} a=\log_{0.2} 5< \log_{0.2} 1=0\\ \notag\\ 0< b=0.2^{3} < 0.2^{0} =1\\ \notag\\ c=\left(\frac{1}{4}\right)^{-0.2} >\left(\frac{1}{4}\right)^{0} =1 \end{gather}

a<b<c\displaystyle \Rightarrow a< b< c

函数 y=f(x+2)\displaystyle y=f( x+2)R\displaystyle \mathbb{R} 上的偶函数,x1x2[2,+)\displaystyle \forall x_{1} \neq x_{2} \in [ 2,+\infty ),均有 f(x1)f(x2)x1x2>0\displaystyle \frac{f( x_{1}) -f( x_{2})}{x_{1} -x_{2}} >0,若 a=f(log564), b=f(30.1), c=f(62)\displaystyle a=f(\log_{5} 64) ,\ b=f\left( 3^{-0.1}\right) ,\ c=f\left( 6^{\sqrt{2}}\right),则 a,b,c\displaystyle a,b,c 的大小关系为(      )

A. b < a < c

B. c < b < a

C. b < c < a

D. a < b < c

g(x)=f(x+2)\displaystyle g( x) =f( x+2) 为偶函数 g(x)=g(x)f(x+2)=f(x+2)\displaystyle \Rightarrow g( -x) =g( x) \Rightarrow f( x+2) =f( -x+2),故而:

f(30.1)=f(1r)=f(3+r)\begin{equation} f\left( 3^{-0.1}\right) =f( 1-r) =f( 3+r) \end{equation}

这里 r=130.1(0,1)\displaystyle r=1-3^{-0.1} \in ( 0,1)

f(x1)f(x2)x1x2>0, x1x2[2,+)f(x)\displaystyle \frac{f( x_{1}) -f( x_{2})}{x_{1} -x_{2}} >0,\ \forall x_{1} \neq x_{2} \in [ 2,+\infty ) \Leftrightarrow f( x)[2,+)\displaystyle [ 2,+\infty )\displaystyle \nearrow,因此:

log564<2<3+r<62\begin{gather} \log_{5} 64< 2< 3+r< 6^{\sqrt{2}}\\ \notag\\ \end{gather}

a<b<c\Longrightarrow a< b< c

函数 f(x)=x2+2x1+a, g(x)=log2(84x+a)(aR)\displaystyle f( x) =x^{2} +2|x-1|+a,\ g( x) =\log_{2}\left( 8-4^{x+a}\right)( a\in \mathbb{R}),若 x1,x2(0,2), g(x1)3<f(x2)\displaystyle \forall x_{1} ,x_{2} \in ( 0,2) ,\ g( x_{1}) -3< f( x_{2}),则实数 a\displaystyle a 的取值范围为:

此条件等价于 maxg(x)3<minf(x)\displaystyle \max g( x) -3< \min f( x)

定义域 84x+a>0842+a>0a<12\displaystyle \Rightarrow 8-4^{x+a} >0\Rightarrow 8-4^{2+a} >0\Rightarrow a< -\frac{1}{2}

同时显然 minf(x)=a+1\displaystyle \min f( x) =a+1,对数函数单调 \displaystyle \Rightarrow原条件等价于:

maxg(x)3<a+1log2(84a)<a+4\begin{equation} \max g( x) -3< a+1\Rightarrow \log_{2}\left( 8-4^{a}\right) < a+4 \end{equation}

t=84a\displaystyle t=8-4^{a},则 a=log4(8t)\displaystyle a=\log_{4}( 8-t) \Rightarrow

log2t<log4(8t)+4log4(t28t)<4t28t<256t< 128+96212>a>1+log2(324)\begin{gather} \log_{2} t< \log_{4}( 8-t) +4\Rightarrow \log_{4}\left(\frac{t^{2}}{8-t}\right) < 4\\ \notag\\ \Longrightarrow \frac{t^{2}}{8-t} < 256\Rightarrow t< \ -128+96\sqrt{2}\\ \notag\\ \Longrightarrow -\frac{1}{2}>a >1+\log_{2}\left( 3\sqrt{2} -4\right) \end{gather}

二次函数

已知不等式 x2+bx+c<0x^2+bx+c<0 的解集为 {x3<x<4}\{x|3<x<4\} ,则 cx2+bx+1>0cx^2+bx+1>0的解集为 (      )

A.(13,14)\displaystyle \left( -\frac{1}{3} ,-\frac{1}{4}\right)

B.(14,13)\displaystyle \left(\frac{1}{4} ,\frac{1}{3}\right)

C.(,14)(13,+)\displaystyle \left( -\infty ,\frac{1}{4}\right)\bigcup \left(\frac{1}{3} ,+\infty \right)

D.(,13)(14,+)\displaystyle \left( -\infty ,-\frac{1}{3}\right)\bigcup \left( -\frac{1}{4} ,+\infty \right)

x2+bx+c<0\displaystyle x^{2} +bx+c< 0 的解集为 (3,4)\displaystyle ( 3,4) \Rightarrow

x2+bx+c=(x3)(x4){b=7c=12cx2+bx+1=12x27x+1=(3x1)(4x1)\begin{gather} x^{2} +bx+c=( x-3)( x-4) \Rightarrow \begin{cases} b=-7 & \\ c=12 & \end{cases}\\ \notag\\ \Rightarrow cx^{2} +bx+1=12x^{2} -7x+1=( 3x-1)( 4x-1) \end{gather}

cx2+bx+1>0\displaystyle \Rightarrow cx^{2} +bx+1 >0 解集为 (,14)(13,+)\displaystyle \left( -\infty ,\frac{1}{4}\right)\bigcup \left(\frac{1}{3} ,+\infty \right)

另一方面,在 x2+bx+c<0\displaystyle x^{2} +bx+c< 0 两边除以 x2\displaystyle x^{2} 可得:

c(1x)2+b(1x)+1<0\begin{equation} c\left(\frac{1}{x}\right)^{2} +b\left(\frac{1}{x}\right) +1< 0 \end{equation}

故而不等式 cx2+bx+1<0\displaystyle cx^{2} +bx+1< 0 的解集为 (14, 13)\displaystyle \left(\frac{1}{4} ,\ \frac{1}{3}\right)

cx2+bx+1>0\displaystyle \Rightarrow cx^{2} +bx+1 >0的解集为 (,14)(13,+)\displaystyle \left( -\infty ,\frac{1}{4}\right)\bigcup \left(\frac{1}{3} ,+\infty \right)

关于 x\displaystyle x 的不等式 (a24)x2+(a+2)x10\displaystyle \left( a^{2} -4\right) x^{2} +( a+2) x-1\geq 0 为空集,则 a\displaystyle a 的取值范围为:

a2=4\displaystyle a^{2} =4 时,a=±2\displaystyle a=\pm 2,若 a=2\displaystyle a=2,则 4x10\displaystyle 4x-1\geq 0 为空集,显然错误;若 a=2\displaystyle a=-2,则 10\displaystyle -1\geq 0,显然解集为空

a24\displaystyle a^{2} \neq 4 时,不等式左侧为二次函数,解集为空  :\displaystyle \Rightarrow \ :

a24<0 且 Δ<0{a24<0(a+2)2+4(a24)<0{(a+2)(a2)<0(a+2)(5a6)<0\begin{gather} a^{2} -4< 0\ \text{且} \ \Delta < 0\\ \notag\\ \Rightarrow \begin{cases} a^{2} -4< 0 & \\ ( a+2)^{2} +4\left( a^{2} -4\right) < 0 & \end{cases} \Longrightarrow \begin{cases} ( a+2)( a-2) < 0 & \\ ( a+2)( 5a-6) < 0 & \end{cases} \end{gather}

故而 a\displaystyle a 的取值范围为 [2,65)\displaystyle \left[ -2,\frac{6}{5}\right)

函数 f(x)=x25x+7\displaystyle f( x) =x^{2} -5x+7,若对于任意的正整数 n\displaystyle n,区间 [1,n+5n]\displaystyle \left[ 1,n+\frac{5}{n}\right] 上存在 m+1\displaystyle m+1 个实数 a0,a1,,am s.t. f(a0)>f(a1)++f(am)\displaystyle a_{0} ,a_{1} ,\dotsc ,a_{m} \ s.t.\ f( a_{0}) >f( a_{1}) +\cdots +f( a_{m}),则 m\displaystyle m 的最大值为:

此条件等价于:

maxf(x)>mminf(x), x[1,n+5n], nN\begin{equation} \max f( x) >m\cdot \min f( x) ,\ \forall x\in \left[ 1,n+\frac{5}{n}\right] ,\ \forall n\in \mathbb{N}^{*} \end{equation}

max\displaystyle \maxmin\displaystyle \min 随着 x\displaystyle x 的取值范围的增大而分别增大减小,故而为求 m\displaystyle m 最大值,仅要考虑 n+5n\displaystyle n+\frac{5}{n} 的最小值即可

由基本不等式,n+5n25\displaystyle n+\frac{5}{n} \geq 2\sqrt{5},而:

f(x) 在 [1,52] 上 , 在 [52, 25] 上 maxf(x)=f(25)=27105, minf(x)=f(52)=34m=4(27105)3=5\begin{gather} f( x) \ \text{在} \ \left[ 1,\frac{5}{2}\right] \ \text{上} \ \searrow ,\ \text{在} \ \left[\frac{5}{2} ,\ 2\sqrt{5}\right] \ \text{上} \ \nearrow \\ \notag\\ \Longrightarrow \max f( x) =f\left( 2\sqrt{5}\right) =27-10\sqrt{5} ,\ \min f( x) =f\left(\frac{5}{2}\right) =\frac{3}{4}\\ \notag\\ \Longrightarrow m=\left\lfloor \frac{4\left( 27-10\sqrt{5}\right)}{3}\right\rfloor =5 \end{gather}

三角函数

α\displaystyle \alpha 为锐角,且 cos(α+π6)=33\displaystyle \cos\left( \alpha +\frac{\pi }{6}\right) =\frac{\sqrt{3}}{3},则 tan(π3α)=\displaystyle \tan\left(\frac{\pi }{3} -\alpha \right)=(      )

A.22\displaystyle -\frac{\sqrt{2}}{2}

B.2\displaystyle -\sqrt{2}

C.2\displaystyle \sqrt{2}

D.22\displaystyle \frac{\sqrt{2}}{2}

α\displaystyle \alpha 为锐角 α+π6(0,π), cos(α+π6)>0α+π6(0,π2)\displaystyle \Rightarrow \alpha +\frac{\pi }{6} \in ( 0,\pi ) ,\ \cos\left( \alpha +\frac{\pi }{6}\right) >0\Rightarrow \alpha +\frac{\pi }{6} \in \left( 0,\frac{\pi }{2}\right),故而:

sin(α+π6)=63tan(α+π6)=2\begin{equation} \sin\left( \alpha +\frac{\pi }{6}\right) =\frac{\sqrt{6}}{3} \quad \Rightarrow \quad \tan\left( \alpha +\frac{\pi }{6}\right) =\sqrt{2} \end{equation}

tan(π2)=tan(α+π6+(π3α))=\displaystyle \Rightarrow \tan\left(\frac{\pi }{2}\right) =\tan\left( \alpha +\frac{\pi }{6} +\left(\frac{\pi }{3} -\alpha \right)\right) =\infty

1tan(α+π6)tan(π3α)=0\begin{equation} \Rightarrow 1-\tan\left( \alpha +\frac{\pi }{6}\right)\tan\left(\frac{\pi }{3} -\alpha \right) =0 \end{equation}

tan(π3α)=22\displaystyle \Rightarrow \tan\left(\frac{\pi }{3} -\alpha \right) =\frac{\sqrt{2}}{2}

函数 f(x)=2sin(ωx+π6)+acosωx(a>0, ω>0)\displaystyle f( x) =2\sin\left( \omega x+\frac{\pi }{6}\right) +a\cos \omega x( a >0,\ \omega >0) 对任意 x1,x2R\displaystyle x_{1} ,x_{2} \in \mathbb{R} 均有 f(x1)+f(x2)43\displaystyle f( x_{1}) +f( x_{2}) \leq 4\sqrt{3},若 f(x)\displaystyle f( x)[0,π]\displaystyle [ 0,\pi ] 上的值域为 [3,23]\displaystyle \left[ 3,2\sqrt{3}\right],则实数 ω\displaystyle \omega 的取值范围为(      )

A.[16,13]\displaystyle \left[\frac{1}{6} ,\frac{1}{3}\right]

B.[13,23]\displaystyle \left[\frac{1}{3} ,\frac{2}{3}\right]

C.[16,+]\displaystyle \left[\frac{1}{6} ,+\infty \right]

D.[12,1]\displaystyle \left[\frac{1}{2} ,1\right]

实际上,f(x1)+f(x2)43, x1,x2R\displaystyle f( x_{1}) +f( x_{2}) \leq 4\sqrt{3} ,\ \forall x_{1} ,x_{2}\in\mathbb{R} 等价于 maxf(x)23\displaystyle \max f( x) \leq 2\sqrt{3}

f([0,π])=[3,23]f(0)=1+a[3,23]a2\displaystyle f([ 0,\pi ]) =\left[ 3,2\sqrt{3}\right] \Rightarrow f( 0) =1+a\in \left[ 3,2\sqrt{3}\right] \Rightarrow a\geq 2,同时:

f(x)=2sin(ωx+π6)+acosωx=3sinωx+(a+1)cosωxmaxf(x)=3+(a+1)223a2\begin{gather} \begin{aligned} f( x) & =2\sin\left( \omega x+\frac{\pi }{6}\right) +a\cos \omega x\\ & =\sqrt{3}\sin \omega x+( a+1)\cos \omega x \end{aligned}\\ \notag\\ \Longrightarrow \max f( x) =\sqrt{3+( a+1)^{2}} \leq 2\sqrt{3} \quad \Rightarrow a\leq 2 \end{gather}

a=2, f(x)=3sinωx+3cosωx=23sin(ωx+π3)\displaystyle \Rightarrow a=2,\ f( x) =\sqrt{3}\sin \omega x+3\cos \omega x=2\sqrt{3}\sin\left( \omega x+\frac{\pi }{3}\right)

随后 ω>0, f([0,π])=[3,23] :\displaystyle \omega >0,\ f([ 0,\pi ]) =\left[ 3,2\sqrt{3}\right] \Rightarrow \ :

[π3,π2]{ωx+π3x[0,π]}[π3,2π3]ω[16,13]\begin{gather} \left[\frac{\pi }{3} ,\frac{\pi }{2}\right]\left\{\omega x+\frac{\pi }{3}\Bigl| x\in [ 0,\pi ]\right\} \subseteq \left[\frac{\pi }{3} ,\frac{2\pi }{3}\right]\\ \notag\\ \Longrightarrow \omega \in \left[\frac{1}{6} ,\frac{1}{3}\right] \end{gather}

ω>0, φ<π2\displaystyle \omega >0,\ |\varphi |< \frac{\pi }{2},函数 f(x)=sinωxcosφ+cosωxsinφ,g(x)=ωcos(ωx+φ)\displaystyle f( x) =\sin \omega x\cos \varphi +\cos \omega x\sin \varphi ,g( x) =\omega \cos( \omega x+\varphi ),若 g(0)=36, f(0)<0\displaystyle g( 0) =\frac{\sqrt{3}}{6} ,\ f( 0) < 0,且函数 h(x)=f(x)g(x)\displaystyle h( x) =f( x) -g( x) 的最大值为 233\displaystyle \frac{2\sqrt{3}}{3},则(      )

A. ω=13\displaystyle \omega =\frac{1}{3}

B. φ=π3\displaystyle \varphi =-\frac{\pi }{3}

C. 当 x(0,π2)\displaystyle x\in \left( 0,\frac{\pi }{2}\right) 时,f(x)<g(x)\displaystyle f( x) < g( x)

D. 曲线 y=h(x)\displaystyle y=h( x) 关于点 (32π,0)\displaystyle \left(\frac{\sqrt{3}}{2} \pi ,0\right) 对称

首先可以得到:

f(x)=sinωxcosφ+cosωxsinφ=sin(ωx+φ)\begin{equation} \begin{aligned} f( x) & =\sin \omega x\cos \varphi +\cos \omega x\sin \varphi \\ & =\sin( \omega x+\varphi ) \end{aligned} \end{equation}

maxh(x)=max(sin(ωx+φ)ωcos(ωx+φ))=1+ω2=233\displaystyle \Rightarrow \max h( x) =\max(\sin( \omega x+\varphi ) -\omega \cos( \omega x+\varphi )) =\sqrt{1+\omega ^{2}} =\frac{2\sqrt{3}}{3}

ω=13\displaystyle \Rightarrow \omega =\frac{1}{\sqrt{3}},故而 A 错误

f(0)=sinφ<0φ(π2,0), g(0)=13cosφ=123φ=π3\displaystyle f( 0) =\sin \varphi < 0\Rightarrow \varphi \in \left( -\frac{\pi }{2} ,0\right) ,\ g( 0) =\frac{1}{\sqrt{3}}\cos \varphi =\frac{1}{2\sqrt{3}} \Rightarrow \varphi =-\frac{\pi }{3} \RightarrowB 正确

由此可以得出:

h(x)=sin(ωx+φ)ωcos(ωx+φ)=sin(13xπ3)13cos(13xπ3)=23sin(13xπ2)=23cos(13x)\begin{equation} \begin{aligned} h( x) & =\sin( \omega x+\varphi ) -\omega \cos( \omega x+\varphi )\\ & =\sin\left(\frac{1}{\sqrt{3}} x-\frac{\pi }{3}\right) -\frac{1}{\sqrt{3}}\cos\left(\frac{1}{\sqrt{3}} x-\frac{\pi }{3}\right)\\ & =\frac{2}{\sqrt{3}}\sin\left(\frac{1}{\sqrt{3}} x-\frac{\pi }{2}\right) =-\frac{2}{\sqrt{3}}\cos\left(\frac{1}{\sqrt{3}} x\right) \end{aligned} \end{equation}

故而 h(x)<0, x(0,π2)\displaystyle h( x) < 0,\ x\in \left( 0,\frac{\pi }{2}\right) \RightarrowC 正确,h(32π)=0h(x)\displaystyle h\left(\frac{\sqrt{3}}{2} \pi \right) =0\Rightarrow h( x) 关于点 (32π,0)\displaystyle \left(\frac{\sqrt{3}}{2} \pi ,0\right) 对称,D 正确

函数 f(x)=32sinωx+cos2ωx212(ω>0,xR)\displaystyle f( x) =\frac{\sqrt{3}}{2}\sin \omega x+\cos^{2}\frac{\omega x}{2} -\frac{1}{2}( \omega >0,x\in \mathbb{R}),则(      )

A.若 f(x)\displaystyle f( x) 的周期为 π\displaystyle \pi,则 ω=1\displaystyle \omega =1

B.若 ω=2\displaystyle \omega =2,则函数 f(x)\displaystyle f( x) 的图像可由函数 y=sin2x\displaystyle y=\sin 2x 的图象向右平移 π12\displaystyle \frac{\pi }{12} 个单位得到

C.若 ω<5\displaystyle \omega < 5 且直线 x=π9\displaystyle x=\frac{\pi }{9} 是函数 f(x)\displaystyle f( x) 的一条对称轴,则 f(x)\displaystyle f( x)(4π9,7π9)\displaystyle \left(\frac{4\pi }{9} ,\frac{7\pi }{9}\right) 上单调递增

D.若函数 f(x)\displaystyle f( x) 在区间 (0,2π)\displaystyle ( 0,2\pi ) 上没有零点,则 ω(0,512]\displaystyle \omega \in \left( 0,\frac{5}{12}\right]

首先可对 f(x)\displaystyle f( x) 进行整理:

f(x)=32sinωx+cos2ωx212=32sinωx+cosωx+1212=sin(ωx+π6)\begin{equation} \begin{aligned} f( x) & =\frac{\sqrt{3}}{2}\sin \omega x+\cos^{2}\frac{\omega x}{2} -\frac{1}{2}\\ & =\frac{\sqrt{3}}{2}\sin \omega x+\frac{\cos \omega x+1}{2} -\frac{1}{2}\\ & =\sin\left( \omega x+\frac{\pi }{6}\right) \end{aligned} \end{equation}

显然 A\displaystyle A 错误,sin(2x+π6)sin(2(xπ12))B\displaystyle \sin\left( 2x+\frac{\pi }{6}\right) \neq \sin\left( 2\left( x-\frac{\pi }{12}\right)\right) \Rightarrow B 错误

x=π9\displaystyle x=\frac{\pi }{9} 为对称轴,ω(0,5)\displaystyle \omega \in ( 0,5)  :\displaystyle \Rightarrow \ :

πω9+π6=(12+k)π, ω(0,5)ω=3+9k, ω(0,5)ω=3{ωx+π6x(4π9,7π9)}=(3π2,5π2)\begin{gather} \frac{\pi \omega }{9} +\frac{\pi }{6} =\left(\frac{1}{2} +k\right) \pi ,\ \omega \in ( 0,5) \Rightarrow \omega =3+9k,\ \omega \in ( 0,5) \Rightarrow \omega =3\notag\\ \notag\\ \Longrightarrow \left\{\omega x+\frac{\pi }{6}\Bigl| x\in \left(\frac{4\pi }{9} ,\frac{7\pi }{9}\right)\right\} =\left(\frac{3\pi }{2} ,\frac{5\pi }{2}\right) \end{gather}

C\displaystyle \Rightarrow C正确

区间 (0,2π)\displaystyle ( 0,2\pi ) 上没有零点 2πω+π6πω(0,512]D\displaystyle \Rightarrow 2\pi \omega +\frac{\pi }{6} \leq \pi \Rightarrow \omega \in \left( 0,\frac{5}{12}\right] \Rightarrow D 正确

图像交点问题

奇函数 f(x)\displaystyle f( x) 定义在 R\displaystyle \mathbb{R} 上,当 x[0,1]\displaystyle x\in [ 0,1] 时,f(x)=4x+2x1\displaystyle f( x) =4^{x} +2x-1,若 f(x)=f(x+2)\displaystyle f( x) =-f( x+2) 恒成立,则 f(x)x+1\displaystyle f( x) -x+1 的零点个数为(      )

A.2

B.3

C.4

D.5

条件 f(x)=f(x+2)f(x)=f(x+4)f(x)\displaystyle f( x) =-f( x+2) \Rightarrow f( x) =f( x+4) \Rightarrow f( x) 为周期函数

f(x)\displaystyle f( x) 为奇函数,f(x)=4x+2x1, x[0,1] :\displaystyle f( x) =4^{x} +2x-1,\ x\in [ 0,1] \Rightarrow \ :

f(x) 在 [1,1] 上 f([1,1])=[5,5]f(x) 在 [1,3] 上 f([1,3])=[5,5]\begin{gather} f( x) \ \text{在} \ [ -1,1] \ \text{上} \ \nearrow ,f([ -1,1]) =[ -5,5]\\ \notag\\ f( x) \ \text{在} \ [ 1,3] \ \text{上} \ \searrow ,f([ 1,3]) =[ -5,5] \end{gather}

画图可知,f(x)\displaystyle f( x)x1\displaystyle x-1 有五个交点

函数 f(x)={3log3x0<x3x210x+24x>3\displaystyle f( x) =\begin{cases} 3|\log_{3} x| & 0< x\leq 3\\ x^{2} -10x+24 & x >3 \end{cases},若方程 f(x)=m\displaystyle f( x) =m 有四个不同的实根 x1<x2<x3<x4\displaystyle x_{1} < x_{2} < x_{3} < x_{4},则 (x34)(x44)x1x2x3\displaystyle \frac{( x_{3} -4)( x_{4} -4)}{x_{1} x_{2} x_{3}} 的取值范围为:(      )

A.(0,1)

B.(-1,0)

C.(-4,2)

D.(-2,0]

画图可知 x1,x2(0,3], x3,x4(3,+)\displaystyle x_{1} ,x_{2} \in ( 0,3] ,\ x_{3} ,x_{4} \in ( 3,+\infty ),同时:

{3log3x1=m3log3x2=m3(log3x1+log3x2)=0x1x2=1x3,x4 为 x210x+24m=0 的二根 {x3+x4=10x3x4=24m\begin{gather} \begin{cases} 3\log_{3} x_{1} =-m & \\ 3\log_{3} x_{2} =m & \end{cases} \Longrightarrow \quad 3(\log_{3} x_{1} +\log_{3} x_{2}) =0\Rightarrow x_{1} x_{2} =1\\ \notag\\ x_{3} ,x_{4} \ \text{为} \ x^{2} -10x+24-m=0\ \text{的二根} \ \Rightarrow \begin{cases} x_{3} +x_{4} =10 & \\ x_{3} x_{4} =24-m & \end{cases} \end{gather}

(x34)(x44)x1x2x3=mx3\displaystyle \Rightarrow \frac{( x_{3} -4)( x_{4} -4)}{x_{1} x_{2} x_{3}} =\frac{-m}{x_{3}}

x1,x2(0,3],x3>3m(0,3), mx3>1\displaystyle x_{1} ,x_{2} \in ( 0,3] ,x_{3} >3\Rightarrow m\in ( 0,3) ,\ \frac{-m}{x_{3}} >-1,同时当 m0\displaystyle m\rightarrow 0 时,x35\displaystyle x_{3}\rightarrow 5,故而 B 正确

已知函数 f(x)={(x+1)2x0log4xx>0\displaystyle f( x) =\begin{cases} ( x+1)^{2} & x\leq 0\\ |\log_{4} x| & x >0 \end{cases},若 f(x)=a\displaystyle f( x) =a 有四个不同的解 x1<x2<x3<x4\displaystyle x_{1} < x_{2} < x_{3} < x_{4},则 x4(x1+x2)+3x3x4\displaystyle x_{4}( x_{1} +x_{2}) +\frac{3}{x_{3} x_{4}} 的最小值

函数 f(x)={12x31x212f(x2)x>2\displaystyle f( x) =\begin{cases} 1-|2x-3| & 1\leq x\leq 2\\ \frac{1}{2} f\left(\frac{x}{2}\right) & x >2 \end{cases},则下列说法正确的是(      )

A. 函数 y=f(x)16x\displaystyle y=f( x) -\frac{1}{6} x 有 3 个零点

B. 关于 x\displaystyle x 的方程 f(x)12n=0\displaystyle f( x) -\frac{1}{2^{n}} =0(2n+4)\displaystyle ( 2n+4) 个不同的解

C. x[1,+), 2xf(x)30\displaystyle \forall x\in [ 1,+\infty ) ,\ 2xf( x) -3\leq 0

D. 在区间 [2n1,2n]\displaystyle \left[ 2^{n-1} ,2^{n}\right] 内,函数 f(x)\displaystyle f( x) 的图像与 x\displaystyle x 轴围成的图形面积为 12\displaystyle \frac{1}{2}

函数图像实际为由随着 x\displaystyle x 的增加,愈发扁平的三角拼接而成,其各顶点情况为:

Pk=(2k,0)Ak=(32k1,2k)k=0,2,\begin{equation} P_{k} =\left( 2^{k} ,0\right) \quad \quad A_{k} =\left( 3\cdot 2^{k-1} ,2^{k}\right) \quad k=0,2,\dotsc \end{equation}

而图像为连接这些点的折线段,画图可知 A 正确

考虑方程 f(x)=12\displaystyle f( x) =\frac{1}{2},显然此方程仅有三解,故而 B 错误

Ak=(32k1,2k)\displaystyle A_{k} =\left( 3\cdot 2^{k-1} ,2^{k}\right) \Rightarrow每个 Ak\displaystyle A_{k} 均被函数 g(x)=32x\displaystyle g( x) =\frac{3}{2x} 所经过,对图像进行分析可知 f(x)32x\displaystyle f( x) \leq \frac{3}{2x},故而 C\displaystyle C 正确

区间 [2n1,2n]\displaystyle \left[ 2^{n-1} ,2^{n}\right] 内的三角形,底为 2n1\displaystyle 2^{n-1},高为 2(n1)\displaystyle 2^{-( n-1)},易得 S=12\displaystyle S=\frac{1}{2},故而 D 正确

不定函数

函数 f(x)\displaystyle f( x) 的定义域为 I=(1,1)\displaystyle I=( -1,1)x,yI, f(x)f(y)=f(xy1xy), f(12)=1\displaystyle \forall x,y\in I,\ f( x) -f( y) =f\left(\frac{x-y}{1-xy}\right) ,\ f\left(\frac{1}{2}\right) =1,且 x(0,1), f(x)>0\displaystyle \forall x\in ( 0,1) ,\ f( x) >0,则下列选项中,正确的是(      )

A.f(0)=0\displaystyle f( 0) =0

B.f(x)\displaystyle f( x) 为偶函数

C.x,yI, f(x)+f(y)=f(x+y1+xy)\displaystyle \forall x,y\in I,\ f( x) +f( y) =f\left(\frac{x+y}{1+xy}\right)

D.f(x)\displaystyle f( x)I\displaystyle I 上为增函数

首先显然 0=f(x)f(x)=f(0)A\displaystyle 0=f( x) -f( x) =f( 0) \Rightarrow A 正确

x,yI s.t. x>y,\displaystyle \forall x,y\in I\ s.t.\ x >y, xy1xy>0f(x)f(y)=f(xy1xy)>0D\displaystyle \frac{x-y}{1-xy} >0\Rightarrow f( x) -f( y) =f\left(\frac{x-y}{1-xy}\right) >0\Rightarrow D 正确

f(x)\displaystyle f( x) 为偶函数,则:

f(x)f(x)=f(2x1x2)=0\begin{equation} f( x) -f( -x) =f\left(\frac{2x}{1-x^{2}}\right) =0 \end{equation}

x=0.1\displaystyle x=0.1 代入 f(0.20.99)=0\displaystyle \Rightarrow f\left(\frac{0.2}{0.99}\right) =0,矛盾,故而 B\displaystyle B 错误

f(x)+f(y)=f(x+y1+xy)\displaystyle f( x) +f( y) =f\left(\frac{x+y}{1+xy}\right),则 f(x)+f(x)=0 :\displaystyle f( x) +f( -x) =0\Rightarrow \ :

f(x)f(x)=2f(x)=f(2x1x2)\begin{equation} f( x) -f( -x) =2f( x) =f\left(\frac{2x}{1-x^{2}}\right) \end{equation}

但另一方面:

2f(x)=f(x)+f(x)=f(2x1+x2)\begin{equation} 2f( x) =f( x) +f( x) =f\left(\frac{2x}{1+x^{2}}\right) \end{equation}

矛盾,故而 C\displaystyle C 错误

不等式

正实数 x,y\displaystyle x,y 满足 log2(x+3y)=log4x2+log2(2y)\displaystyle \log_{2}( x+3y) =\log_{4} x^{2} +\log_{2}( 2y),则 3x+y\displaystyle 3x+y 的最小值为(      )

A.12

B.6

C.16

D.8

由换底公式:

log4x2=log2x2log24=122log2x2=log2x\begin{equation} \log_{4} x^{2} =\frac{\log_{2} x^{2}}{\log_{2} 4} =\frac{1}{2} \cdot 2\log_{2} x^{2} =\log_{2} x \end{equation}

知道原条件可化为:

log2(x+3y)=log2x+log2(2y)x+3y=2xy3x+1y=2\begin{gather} \log_{2}( x+3y) =\log_{2} x+\log_{2}( 2y) \Rightarrow x+3y=2xy\\ \notag\\ \Longrightarrow \frac{3}{x} +\frac{1}{y} =2 \end{gather}

随后由基本不等式

2(3x+y)=(3x+1y)(3x+y)=10+3yx+3xy163x+y8\begin{gather} \begin{aligned} 2( 3x+y) & =\left(\frac{3}{x} +\frac{1}{y}\right)( 3x+y)\\ & =10+\frac{3y}{x} +\frac{3x}{y} \geq 16 \end{aligned}\\ \notag\\ \Longrightarrow 3x+y\geq 8 \end{gather}

且当 x=y=2\displaystyle x=y=2 时取得最小值

下列有关最值的结论中,正确的是(      )

A. 当 x<3\displaystyle x< 3 时,函数 y=x+1x3\displaystyle y=x+\frac{1}{x-3} 的最小值为 5\displaystyle 5

B. 若 x,y>0, x+4y=4xy\displaystyle x,y >0,\ x+4y=4xy,则 xy\displaystyle xy 的最小值为 1\displaystyle 1

C. 若 x,y>0, x+y=3\displaystyle x,y >0,\ x+y=3,则 x2+y2\displaystyle x^{2} +y^{2} 的最小值为 92\displaystyle \frac{9}{2}

D. 若 x,y,z>0\displaystyle x,y,z >0x+y+z=1\displaystyle x+y+z=1,则 1x+1y+1z\displaystyle \frac{1}{x} +\frac{1}{y} +\frac{1}{z} 的最小值为 9\displaystyle 9

A. 考虑 x=0\displaystyle x=0,此时 y=013=13<section5\displaystyle y=0-\frac{1}{3} =-\frac{1}{3} <section 5,故而 A 错误

B. 实际上:

x+4y=4xy4x+1y=424xyxy1\begin{gather} x+4y=4xy\Rightarrow \frac{4}{x} +\frac{1}{y} =4\geq 2\sqrt{\frac{4}{xy}}\\ \notag\\ \Longrightarrow xy\geq 1 \end{gather}

故而 B 正确

C. 由 Cauchy 不等式:(x2+y2)(1+1)(x+y)2=9x2+y292\displaystyle \left( x^{2} +y^{2}\right)( 1+1) \geq ( x+y)^{2} =9\Rightarrow x^{2} +y^{2} \geq \frac{9}{2},C 正确

D. 由 Cauchy 不等式:(x+y+z)(1x+1y+1z)(1+1+1)2=9\displaystyle ( x+y+z)\left(\frac{1}{x} +\frac{1}{y} +\frac{1}{z}\right) \geq ( 1+1+1)^{2} =9,故而 D 正确

解三角形

\displaystyle \vartriangle ABC 中,角 A, B, C 所对应的边为 a,b,c,若 bcosA+acosB=csinC,\displaystyle b\cos A+a\cos B=c\sin C,\displaystyle \vartriangleABC 为(      )

A. 等腰三角形

B. 等边三角形

C. 直角三角形

D. 等腰直角三角形

由正弦定理,原条件可化为:

sinBcosA+sinAcosB=sin2Csin(A+B)=sinC=sin2C\begin{equation} \sin B\cos A+\sin A\cos B=\sin^{2} C\quad \quad \Longrightarrow \sin( A+B) =\sin C=\sin^{2} C \end{equation}

sinC=0 或 1\displaystyle \Rightarrow \sin C=0\ \text{或} \ 1\Rightarrow \vartriangleABC 为直角三角形

立体几何

α,β\displaystyle \alpha ,\beta 为两个不同的平面,m,n\displaystyle m,n 为两条不同的直线,则下列命题为真命题的是(      )

A. 若 αβ, αβ=n,mn\displaystyle \alpha \bot \beta ,\ \alpha \cap \beta =n,m\bot n,则 mβ\displaystyle m\bot \beta

B. 若 αβ, mα, nβ\displaystyle \alpha \bot \beta ,\ m\bot \alpha ,\ n\bot \beta,则 mn\displaystyle m\bot n

C. 若 αβ, mα, n//β\displaystyle \alpha \bot \beta ,\ m\bot \alpha ,\ n//\beta,则 mn\displaystyle m\bot n

D. 若 mα, n//β, mn\displaystyle m\bot \alpha ,\ n//\beta ,\ m\bot n,则 αβ\displaystyle \alpha \bot \beta

A. 与平面 β\displaystyle \beta 垂直的直线唯一,而关于 m\displaystyle m 的条件仅有 mn\displaystyle m\bot nm\displaystyle m 无法被唯一确定,显然错误

C. αβ, mαm//β\displaystyle \alpha \bot \beta ,\ m\bot \alpha \Rightarrow m//\betan//β, m//βmn\displaystyle n//\beta ,\ m//\beta \nRightarrow m\bot n

D. 若已有 mα\displaystyle m\bot \alpha,取 n\displaystyle n 为平面 α,β\displaystyle \alpha ,\beta 的交线即满足以上条件,但这并不会对 α,β\displaystyle \alpha ,\beta 提出要求,遑论垂直

B. 即为常见的垂直判定法,显然正确

正方体 ABCDA1B1C1D1\displaystyle ABCD-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1} 的棱长为 1\displaystyle 1P\displaystyle P 为棱长 B1C1\displaystyle B_{1} C_{1} 上的动点,则(      )

A. 四棱锥 PAA1D1D\displaystyle P-AA_{1} D_{1} D 的体积为定值

B. APD1C\displaystyle AP\bot D_{1} C

C. AP+PC\displaystyle AP+PC 的最小值为 6\displaystyle \sqrt{6}

D. AP\displaystyle APDC\displaystyle DC 的最大夹角为 60\displaystyle 60^{\circ }

P\displaystyle P 到面 AA1D1D\displaystyle AA_{1} D_{1} D 的距离为定值,由 V=13Sh\displaystyle V=\frac{1}{3} Sh知体积为定值

同时:

AP=AB1+B1P, AB1,B1PCDAPCD\begin{equation} \overrightarrow{AP} =\overrightarrow{AB_{1}} +\overrightarrow{B_{1} P} ,\ AB_{1} ,B_{1} P\bot CD\Rightarrow AP\bot CD \end{equation}

将平面 AB1C1D\displaystyle AB_{1} C_{1} D 关于直线 B1C1\displaystyle B_{1} C_{1} 翻转,使得反转后的平面 AB1C1D\displaystyle A'B_{1} C_{1} D'BCC1B1\displaystyle BCC_{1} B_{1} 共面,此时:

AP+PC=AP+PCAC12+(1+2)2=4+22\begin{equation*} AP+PC=A'P+PC\leq A'C\leq \sqrt{1^{2} +\left( 1+\sqrt{2}\right)^{2}} =\sqrt{4+2\sqrt{2}} \end{equation*}

APDC=1cosθ=APDCAPDC=1AP12\displaystyle \overrightarrow{AP} \cdot \overrightarrow{DC} =1\Rightarrow \cos \theta =\frac{\overrightarrow{AP} \cdot \overrightarrow{DC}}{|AP|\cdot |DC|} =\frac{1}{|AP|} \leq \frac{1}{\sqrt{2}}D\displaystyle D 错误

组合与概率

已知事件 A,B\displaystyle A,B 满足:P(A)=0.5, P(B)=0.3\displaystyle P( A) =0.5,\ P( B) =0.3,则(      )

A. 若 A,B\displaystyle A,B 互斥,则 P(AB)=0.8\displaystyle P( A\cup B) =0.8

B. 若 A,B\displaystyle A,B 互斥,则 P(AB)=0.15\displaystyle P( AB) =0.15

C. 若 A,B\displaystyle A,B 相互独立,则 P(AB)=0.8\displaystyle P( A\cup B) =0.8

D. 若 A,B\displaystyle A,B 相互独立,则 P(AB)=0.15\displaystyle P( AB) =0.15

A,B\displaystyle A,B 互斥时:

P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)=0\begin{equation} \begin{aligned} P( A\cup B) & =P( A) +P( B)\\ & \\ P( AB) & =0 \end{aligned} \end{equation}

A,B\displaystyle A,B 相互独立时:

P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P(AB)=P(A)P(B)\begin{equation} \begin{aligned} P( A\cup B) & =P( A) +P( B) -P( AB)\\ & \\ P( AB) & =P( A) P( B) \end{aligned} \end{equation}

A,D\displaystyle \Rightarrow A,D 正确,B,D\displaystyle B,D 错误

投掷一枚质地均匀的硬币 n 次,正面朝上的次数记为 X,则(      )

A. n=2\displaystyle n=2 时,P(X=1)=13\displaystyle P( X=1) =\frac{1}{3}

B. n=3\displaystyle n=3 时,P(X=1)=14\displaystyle P( X=1) =\frac{1}{4}

C. n=3\displaystyle n=3 时,P(X=2)=38\displaystyle P( X=2) =\frac{3}{8}

D. n=4\displaystyle n=4 时,P(X=2)=12\displaystyle P( X=2) =\frac{1}{2}

实际上,投掷 n\displaystyle n 次有 k\displaystyle k 次朝上的概率为:

P(X=k)=Cnkpk(1p)nk=(12)nCnk\begin{equation} P( X=k) =C_{n}^{k} p^{k}( 1-p)^{n-k} =\left(\frac{1}{2}\right)^{n} C_{n}^{k} \end{equation}

故而:

Pn=2(X=1)=(12)2C21=12Pn=3(X=1)=(12)3C31=38Pn=3(X=1)=(12)3C32=38Pn=4(X=2)=(12)4C42=38\begin{equation} \begin{aligned} P_{n=2}( X=1) & =\left(\frac{1}{2}\right)^{2} C_{2}^{1} =\frac{1}{2}\\ P_{n=3}( X=1) & =\left(\frac{1}{2}\right)^{3} C_{3}^{1} =\frac{3}{8}\\ P_{n=3}( X=1) & =\left(\frac{1}{2}\right)^{3} C_{3}^{2} =\frac{3}{8}\\ P_{n=4}( X=2) & =\left(\frac{1}{2}\right)^{4} C_{4}^{2} =\frac{3}{8} \end{aligned} \end{equation}

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