2021【KS5U解析】武汉武昌区高二下学期期末考试数学试卷含解析
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这是一份2021【KS5U解析】武汉武昌区高二下学期期末考试数学试卷含解析,共21页。试卷主要包含了选择题.,选择题,填空题,解答题等内容,欢迎下载使用。
2020-2021学年湖北省武汉市武昌区高二(下)期末数学试卷
一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分).
1.设集合A={x|1<x<2},B={x|>0},则A∩B=( )
A.(1,2) B.[1,2)
C.(﹣∞,0]∪[1,+∞) D.(﹣∞,0]∪[1,2)
2.复数的共轭复数是( )
A.﹣2﹣i B.2﹣i C.2+i D.﹣2+i
3.若tanα=2,则sin(2α﹣)的值为( )
A. B.﹣ C. D.
4.设a=20.2,b=,c=log0.20.3,则a,b,c的大小关系为( )
A.a<b<c B.b<a<c C.b<c<a D.c<a<b
5.如图是函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π)的部分图象,给出下列四种说法:
①函数f(x)的周期为π;
②函数f(x)图象的一条对称轴方程为;
③函数f(x)的递减区间为;
④当时,函数f(x)的值域为.
其中,正确的说法是( )
A.①② B.①③ C.②③ D.③④
6.已知椭圆的左、右顶点分别为A1,A2,且以线段A1A2为直径的圆与直线ax+by﹣2ab=0相切,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
7.三棱锥P﹣ABC的顶点均在一个半径为4的球面上,△ABC为等边三角形且其边长为6,则三棱锥P﹣ABC体积的最大值为( )
A. B. C. D.
8.已知a﹣4=ln≠0,b﹣5=ln≠0,c﹣6=ln≠0,则( )
A.c<b<a B.b<c<a C.a<b<c D.a<c<b
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.
9.某城市为了解游客人数的变化规律,提高旅游服务质量,收集并整理了2014年1月至2016年12月期间月接待游客量(单位:万人)的数据,绘制了下面的折线图.
根据该折线图,下列结论错误的是( )
A.月接待游客量逐月增加
B.年接待游客量逐年增加
C.各年的月接待游客量高峰期大致在7,8月
D.各年1月至6月的月接待游客量相对于7月至12月,波动性更小,变化比较平稳
10.对于非零向量,下列命题中错误的是( )
A.若,则 B.若,则
C. D.
11.如图,透明塑料制成的长方体容器ABCD﹣A1B1C1D1内灌进一些水,固定容器底面的一边BC于地面上,再将容器倾斜,随着倾斜度的不同,以下命题正确的是( )
A.有水的部分始终呈棱柱形
B.水面EFGH所在四边形的面积为定值
C.棱A1D1始终与水面所在平面平行
D.当容器倾斜如图(3)所示时,BE•BF是定值
12.已知双曲线C:=1(a>0,b>0)的左,右焦点分别为F1,F2,过双曲线C上的一点M作两条渐近线的垂线,垂足分别为A,B,若|F1F2|2=16|MA|•|MB|,则( )
A.双曲线C的离心率为
B.四边形AMBO的面积为(O为坐标原点)
C.双曲线C的渐近线方程为
D.直线MA与直线MB的斜率之积为定值
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.的展开式中x2的系数为 .(用数字作答)
14.甲、乙、丙等5位同学随机站成一排合影留念,甲、乙两人相邻且甲站在丙的左侧,则不同的站法共有 种.(用数字作答)
15.α,β,γ为三个不重合的平面,a,b,c为三条不同的直线,给出下列命题:
①若a∥c,b∥c,则a∥b;
②若a∥γ,b∥γ,则a∥b;
③若α∥c,β∥c,则α∥β;
④若α∥γ,β∥γ,则α∥β.
其中正确命题的序号是 .
16.设函数f(x)=x3﹣4x2+ax+b,x∈R,其中a,b∈R.若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,则x1+2x0= .
四、解答题:本题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
17.如图,A,B两点都在河的对岸(不可到达),为了测量A,B两点间的距离,在A,B两点的对岸选定两点C,D,测得CD=20m,并且在点C,D两点分别测得∠BCA=45°,∠ACD=60°,∠BDC=30°,∠BDA=60°,试求A,B两点间的距离(精确到0.1m).
附:,,.
18.甲、乙两人各进行3次射击,甲每次击中目标的概率为,乙每次击中目标的概率,
(Ⅰ)记甲击中目标的次数为X,求X的概率分布及数学期望;
(Ⅱ)求甲恰好比乙多击中目标2次的概率.
19.已知数列{an}是递增的等比数列,前3项和为7,且a1+2,2a2,a3+1成等差数列.数列{bn}的首项为1,其前n项和为Sn,且2Sn=(n+1)bn.
(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(2)设cn=anbn,求数列{cn}的前n项和Tn.
20.如图,在四棱锥P﹣ABCD中,已知底面ABCD是等腰梯形,AD∥BC,∠ABC=60°,侧面PAD是等边三角形,AD=2AB,点P在平面ABCD上的射影恰是线段BC的中点E.求:
(1)二面角P﹣AD﹣E的大小;
(2)异面直线PA与CD所成角的余弦值.
21.抛物线C的方程为y=﹣x2,过抛物线C上一点P(x0,y0)(x0≠0)作斜率为k1,k2的两条直线分别交抛物线C于A(x1,y1),B(x2,y2)两点(P,A,B三点互不相同),且满足k1+k2=0.
(1)若线段AB的中点为M,证明线段PM的中点在y轴上;
(2)若点P的坐标为(1,﹣1),求∠PAB为钝角时点A的纵坐标y1的取值范围.
22.已知函数f(x)=x﹣ex+a.
(1)讨论函数f(x)零点的个数;
(2)若函数f(x)恰有两个零点x1,x2(x1<x2),证明:2x1+x2<0.
参考答案
一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分).
1.设集合A={x|1<x<2},B={x|>0},则A∩B=( )
A.(1,2) B.[1,2)
C.(﹣∞,0]∪[1,+∞) D.(﹣∞,0]∪[1,2)
【分析】求出集合B,利用交集定义能求出结果.
解:集合A={x|1<x<2},B={x|>0}={x|x<0或x>1},
∴A∩B={x|1<x<2}=(1,2).
故选:A.
2.复数的共轭复数是( )
A.﹣2﹣i B.2﹣i C.2+i D.﹣2+i
【分析】利用复数代数形式的乘除运算化简,再由共轭复数的概念得答案.
解:∵=,
∴复数的共轭复数是2﹣i.
故选:B.
3.若tanα=2,则sin(2α﹣)的值为( )
A. B.﹣ C. D.
【分析】由同角三角函数的关系式可推出cos2α=,再结合诱导公式与二倍角公式,得解.
解:∵tanα=2,∴sinα=2cosα,
又sin2α+cos2α=1,
∴cos2α=,
∴sin(2α﹣)=﹣cos2α=1﹣2cos2α=1﹣2×=.
故选:D.
4.设a=20.2,b=,c=log0.20.3,则a,b,c的大小关系为( )
A.a<b<c B.b<a<c C.b<c<a D.c<a<b
【分析】可以根据指数函数和对数函数的单调性得出,然后即可得出a,b,c的大小关系.
解:∵,log0.20.3<log0.20.2=1,
∴c<a<b.
故选:D.
5.如图是函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π)的部分图象,给出下列四种说法:
①函数f(x)的周期为π;
②函数f(x)图象的一条对称轴方程为;
③函数f(x)的递减区间为;
④当时,函数f(x)的值域为.
其中,正确的说法是( )
A.①② B.①③ C.②③ D.③④
【分析】直接利用函数的图象求出函数的关系式,进一步利用函数的图象判断①②③④的结论.
解:根据函数的图象:
A=1,,
故T=π,所以ω=2,
当x=时,f()=sin(φ)=0,
故φ=kπ(k∈Z),故φ=kπ﹣(k∈Z),
当k=0时,φ=﹣,k=1时,φ=,
根据函数的图象,φ=﹣,
故f(x)=sin(2x﹣),
对于①,函数f(x)的周期为π,故①正确;
对于②,当x=时,f()=,故②错误;
对于③,令(k∈Z),整理得:,故函数f(x)的递减区间为,故③正确;
④当时,故,函数f(x)的值域为,故④错误.
故选:B.
6.已知椭圆的左、右顶点分别为A1,A2,且以线段A1A2为直径的圆与直线ax+by﹣2ab=0相切,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
【分析】以线段A1A2为直径的圆与直线bx﹣ay﹣2ab=0相切,可得原点到直线的距离=a,化简即可得出.
解:以线段A1A2为直径的圆的圆心为坐标原点(0,0),半径为r=a,圆的方程为x2+y2=a2,
直线bx﹣ay﹣2ab=0与圆相切,所以圆心到直线的距离等于半径,
即,整理可得a2=3b2,
即a2=3(a2﹣c2),即2a2=3c2,从而,
则椭圆的离心率 ,
故选:A.
7.三棱锥P﹣ABC的顶点均在一个半径为4的球面上,△ABC为等边三角形且其边长为6,则三棱锥P﹣ABC体积的最大值为( )
A. B. C. D.
【分析】根据题意画出图形,求出等边△ABC外接圆的半径,计算△ABC外接圆的圆心与球心的距离,判断点P的位置,再计算三棱锥P﹣ABC体积的最大值.
解:三棱锥P﹣ABC是半径为4的球面上四点,△ABC为等边三角形,
所以×AB2•sin60°=×6×6×=9,
球心为O,三角形ABC 的外心为O′,显然P是O′O的延长线与球的交点,如图所示:
计算O′C=××6=2,OO′==2,
所以三棱锥P﹣ABC高的最大值为2+4=6,
所以三棱锥P﹣ABC体积的最大值为×9×6=18.
故选:B.
8.已知a﹣4=ln≠0,b﹣5=ln≠0,c﹣6=ln≠0,则( )
A.c<b<a B.b<c<a C.a<b<c D.a<c<b
【分析】通过构造函数f(x)=x﹣lnx,求导可推得,f(x)在(0,1)单调递减,在(1,+∞)单调递增,结合已知条件和构造函数的单调性,即可求解.
解:设f(x)=x﹣lnx,
求导可得f'(x)=,
∴f(x)在(0,1)单调递减,在(1,+∞)单调递增,
∵a﹣4=ln≠0,
∴a﹣lna=4﹣ln4,
∴f(a)=f(4),
同理可得f(b)=f(5),f(c)=f(6),
∵当x→0+时,f(x)→+∞,且f(x)在(0,1)单调递减,
∴0<a<1,0<b<1,0<c<1,
又∵f(4)<f(5)<f(6),
∴f(a)<f(b)<f(c),
又∵f(x)在(0,1)单调递减,
∴c<b<a.
故选:A.
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.
9.某城市为了解游客人数的变化规律,提高旅游服务质量,收集并整理了2014年1月至2016年12月期间月接待游客量(单位:万人)的数据,绘制了下面的折线图.
根据该折线图,下列结论错误的是( )
A.月接待游客量逐月增加
B.年接待游客量逐年增加
C.各年的月接待游客量高峰期大致在7,8月
D.各年1月至6月的月接待游客量相对于7月至12月,波动性更小,变化比较平稳
【分析】根据已知中2014年1月至2016年12月期间月接待游客量(单位:万人)的数据,逐一分析给定四个结论的正误,可得答案.
解:由已有中2014年1月至2016年12月期间月接待游客量(单位:万人)的数据可得:
月接待游客量逐月有增有减,故A错误;
年接待游客量逐年增加,故B正确;
各年的月接待游客量高峰期大致在7,8月,故C正确;
各年1月至6月的月接待游客量相对于7月至12月,波动性更小,变化比较平稳,故D正确;
故选:A.
10.对于非零向量,下列命题中错误的是( )
A.若,则 B.若,则
C. D.
【分析】根据平面向量数量积的性质和运算判断即可.
解:A选项,==0,由是非零向量,所以,,故cosθ=0,所以,即,故A错误;
B选项,=,,
∴=,不能得到,故B错误;
C选项,表示与共线的向量,表示与共线的向量,故C错误;
D选项,由平面向量数量积运算律可知,D正确;
故选:ABC.
11.如图,透明塑料制成的长方体容器ABCD﹣A1B1C1D1内灌进一些水,固定容器底面的一边BC于地面上,再将容器倾斜,随着倾斜度的不同,以下命题正确的是( )
A.有水的部分始终呈棱柱形
B.水面EFGH所在四边形的面积为定值
C.棱A1D1始终与水面所在平面平行
D.当容器倾斜如图(3)所示时,BE•BF是定值
【分析】根据棱柱的特征,结合图形对四个选项逐一进行分析判断即可.
解:由棱柱的特征:有两个平面时相互平行且是全等的多边形,其余每相邻两个面的交线也相互平行,而这些面都是平行四边形,
故选项A正确;
因为睡眠EFGH所在四边形的面积,从图2,图3可以发现,有条边长不变,而另外一条长随着倾斜度变化而变化,
所以EFGH所在四边形的面积是变化的,
故选项B错误;
因为棱A1D1始终与BC是平行的,BC与平面始终平行,
故选项C正确;
因为水的体积是不变的,高始终是BC也不变,则底面也不变,即BE•BF是定值,
故选项D正确.
故选:ACD.
12.已知双曲线C:=1(a>0,b>0)的左,右焦点分别为F1,F2,过双曲线C上的一点M作两条渐近线的垂线,垂足分别为A,B,若|F1F2|2=16|MA|•|MB|,则( )
A.双曲线C的离心率为
B.四边形AMBO的面积为(O为坐标原点)
C.双曲线C的渐近线方程为
D.直线MA与直线MB的斜率之积为定值
【分析】先根据|F1F2|2=16|MA|•|MB|可得到,进而可判断A,B,C,D四个选项.
解:双曲线C的两条渐近线分别为bx+ay=0和bx﹣ay=0,
设M(x0,y0),则
所以,
又M点在双曲线上,则,
所以,
因为,所以,
即c4=4a2b2⇔c4=4a2(c2﹣a2)⇔e4=4(e2﹣1)⇔(e2﹣2)=0,
又e>1,所以,故A正确;
因为,
所以,所以OA⊥OB,所以四边形OABM是矩形,
故四边形OABM的面积为,故B正确;
因为a=b,所以双曲线的渐近线方程为y=±x,故C错误;
kMA⋅kMB=kOB⋅kOA=(﹣1)⋅1=﹣1,故D正确.
故选:ABD.
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.的展开式中x2的系数为 60 .(用数字作答)
【分析】利用二项展开式的通项公式,求出x的指数,通过指数为2,求出所求数值.
解:的通项公式为:=.
令,得r=2.
可得x2项的系数为C62(﹣2)2=60,
故答案为:60.
14.甲、乙、丙等5位同学随机站成一排合影留念,甲、乙两人相邻且甲站在丙的左侧,则不同的站法共有 24 种.(用数字作答)
【分析】根据题意,分2步进行分析:①将除甲乙丙之外的2人全排列,②将甲乙看成一个整体,和丙一起安排在空位中,由分步计数原理计算可得答案.
解:根据题意,分2步进行分析:
①将除甲乙丙之外的2人全排列,有A22=2种情况,
②将甲乙看成一个整体,和丙一起安排在空位中,有2(C32+A31)=12种情况,
则有2×12=24种不同的站法;
故答案为:24,
15.α,β,γ为三个不重合的平面,a,b,c为三条不同的直线,给出下列命题:
①若a∥c,b∥c,则a∥b;
②若a∥γ,b∥γ,则a∥b;
③若α∥c,β∥c,则α∥β;
④若α∥γ,β∥γ,则α∥β.
其中正确命题的序号是 ①④ .
【分析】由平行公理判断①;由平行于同一平面的两直线的位置关系判断②;由平行于同一直线的两平面的位置关系判断③;由平面平行的传递性判断④.
解:①若a∥c,b∥c,由平行公理可得a∥b,故①正确;
②若a∥γ,b∥γ,则a∥b或a与b相交或a与b异面,故②错误;
③若α∥c,β∥c,则α∥β或α与β相交,故③错误;
④若α∥γ,β∥γ,由平面与平面平行的传递性可得α∥β,故④正确.
故答案为:①④.
16.设函数f(x)=x3﹣4x2+ax+b,x∈R,其中a,b∈R.若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,则x1+2x0= 4 .
【分析】利用f′(x0)=0,f(x1)=f(x0),联立化简即可得结果.
解:f(x)=x3﹣4x2+ax+b,f′(x)=3x2﹣8x+a,
因为x0是极值点,所以f′(x0)=0,即,又即,
因为f(x1)=f(x0),所以,
即,因为x1≠x0,
所以,
把代入化简得(x1﹣x0)(x1+2x0﹣4=0),因为x1≠x0,
所以x1+2x0﹣4=0,即x1+2x0=4.
故答案为:4.
四、解答题:本题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
17.如图,A,B两点都在河的对岸(不可到达),为了测量A,B两点间的距离,在A,B两点的对岸选定两点C,D,测得CD=20m,并且在点C,D两点分别测得∠BCA=45°,∠ACD=60°,∠BDC=30°,∠BDA=60°,试求A,B两点间的距离(精确到0.1m).
附:,,.
【分析】由已知可得△ADC是直角三角形,从而可求得AC,在△BCD中,利用正弦定理可求得BC,在△ABC中,由余弦定理可求得AB.
解:在△ADC中,CD=30,∠ACD=60°,∠ADC=60°+30°=90°,
所以,△ADC是直角三角形,求得.
在△BCD中,∠BDC=30°,∠BCD=45°+60°=105°,所以∠CBD=45°.
由正弦定理,得,所以.
在△ABC中,∠ACB=45°,由余弦定理,得,
所以,A,B两点间的距离为31.6m.
18.甲、乙两人各进行3次射击,甲每次击中目标的概率为,乙每次击中目标的概率,
(Ⅰ)记甲击中目标的次数为X,求X的概率分布及数学期望;
(Ⅱ)求甲恰好比乙多击中目标2次的概率.
【分析】(Ⅰ)根据题意看出变量的可能取值,根据变量对应的事件和独立重复试验的概率公式,写出变量对应的概率,写出分布列,做出期望值.
(Ⅱ)甲恰比乙多击中目标2次,包括甲恰击中目标2次且乙恰击中目标0次,甲恰击中目标 3次且乙恰击中目标 1次,这两种情况是互斥的,根据公式公式得到结果.
解:(Ⅰ)由题意知X的可能取值是0,1,2,3
P(X=0)=,P(X=1)=,
P(X=2)=,P(X=3)=,
X的概率分布如下表:
X
0
1
2
3
P
EX=,
(或EX=3•=1.5);
(Ⅱ)设甲恰比乙多击中目标2次为事件A,
甲恰击中目标2次且乙恰击中目标0次为事件B1,甲恰击中目标 3次且乙恰击中目标 1次为事件B2,
则A=B1+B2,B1,B2为互斥事件.
∴甲恰好比乙多击中目标2次的概率为
19.已知数列{an}是递增的等比数列,前3项和为7,且a1+2,2a2,a3+1成等差数列.数列{bn}的首项为1,其前n项和为Sn,且2Sn=(n+1)bn.
(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(2)设cn=anbn,求数列{cn}的前n项和Tn.
【分析】(1)先利用利用等比数列的通项公式求出公比q,从而求出数列{an}的通项公式,利用前n项和与第n项之间的关系,求出数列{bn}的递推公式,然后利用叠乘法求解数列{bn}的通项公式即可;
(2)利用(1)中的结论,得到数列{cn}的通项公式,然后由错位相减法求和即可.
解:(1)设等比数列{an}的公比为q,
因为前3项和为7,且a1+2,2a2,a3+1成等差数列,
所以,(其中舍去),
所以数列{an}的通项公式为;
因为2Sn=(n+1)bn,
所以2Sn﹣1=nbn﹣1(n≥2),
两式相减,得2bn=(n+1)bn﹣nbn﹣1,
化简得,
于是,
所以bn=n;
(2)由(1)知,,
则,
所以,
故,
所以.
20.如图,在四棱锥P﹣ABCD中,已知底面ABCD是等腰梯形,AD∥BC,∠ABC=60°,侧面PAD是等边三角形,AD=2AB,点P在平面ABCD上的射影恰是线段BC的中点E.求:
(1)二面角P﹣AD﹣E的大小;
(2)异面直线PA与CD所成角的余弦值.
【分析】(1)可设AB=a,则AD=2a,然后取AD的中点F,连接EF,PF,然后可说明∠PFE是二面角P﹣AD﹣E的平面角,根据条件可得出△PEF是Rt△PEF,且得出,从而得出∠PFE=60°;
(2)可过A作AG∥CD,从而得出∠PAG为异面直线PA与CD所成的角,可求出,从而可求出,并得出AG=a,PA=2a,然后根据余弦定理即可求出cos∠PAG的值.
解:设AB=a,则AD=2a,
(1)如图,取AD的中点F,连接EF,PF,
因为ABCD是等腰梯形,且E为BC的中点,
所以EF⊥AD于F.
因为PAD是等边三角形,F为AD的中点,
所以PF⊥AD于F.
所以∠PFE是二面角P﹣AD﹣E的平面角.
∵点P在平面ABCD上的射影为E,
∴PE⊥EF,∠PEF=90°.
于是Rt△PEF中,,所以∠PFE=60°.
即二面角P﹣AD﹣M的大小是60°.
(2)过A作CD的平行线交BC于G,则∠PAG等于异面直线PA与CD所成的角.
由GADC是平行四边形,得.
在Rt△PEF中,.
在Rt△PEG中,.
在△PAG中,由余弦定理得,
∴异面直线PA与CD所成角的余弦值为.
21.抛物线C的方程为y=﹣x2,过抛物线C上一点P(x0,y0)(x0≠0)作斜率为k1,k2的两条直线分别交抛物线C于A(x1,y1),B(x2,y2)两点(P,A,B三点互不相同),且满足k1+k2=0.
(1)若线段AB的中点为M,证明线段PM的中点在y轴上;
(2)若点P的坐标为(1,﹣1),求∠PAB为钝角时点A的纵坐标y1的取值范围.
【分析】(1)设直线PA,PB的方程,联立直线PA与抛物线方程,求出k1=﹣x1﹣x0,同理可得k2=﹣x2﹣x0,利用中点坐标公式,得到xM+xP=0,即可证明;
(2)利用(1)中的结论,得到y1和y2,求出A、B的坐标,利用,求出k1的范围,再求出y1的范围.
解:(1)证明:设直线PA的方程为y﹣y0=k1(x﹣x0),直线PB的方程为y﹣y0=k2(x﹣x0),
点P(x0,y0)和点A(x1,y1)的坐标是方程组的解,
消去y,整理得x2+k1x﹣k1x0+y0=0,
于是x1+x0=﹣k1,即k1=﹣x1﹣x0,同理可得,k2=﹣x2﹣x0,
因为k1+k2=0,所以2x0+x1+x2=0,
因为线段AB的中点为M,所以,
因为xM+xP=0,所以线段PM的中点在y轴上;
(2)由(1)知,当点P的坐标为(1,﹣1)时,x1=﹣k1﹣1,
代入y=﹣x2,求得,同理可得,,
因此直线PA、PB分别与抛物线C的交点A、B的坐标为
,,
于是,,
所以,
因为∠PAB为钝角且P、A、B三点互不相同,
所以,即k1(k1+2)(2k1+1)<0,
解得k1<﹣2或,
又,所以当k1<﹣2时,y1<﹣1;
当时,,
综上所述,∠PAB为钝角时点A的纵坐标y1的取值范围为.
22.已知函数f(x)=x﹣ex+a.
(1)讨论函数f(x)零点的个数;
(2)若函数f(x)恰有两个零点x1,x2(x1<x2),证明:2x1+x2<0.
【分析】(1)求导得f'(x)=1﹣ex,分析导数的正负,f(x)的单调区间,进而可得f(x)有最大值f(0)=a﹣1,分三种情况:当a<1时,当a=1时,当a>1时,f(x)的零点个数.
(2)由(1)知,函数f(x)恰有两个零点时,a>1,且﹣a<x1<0<x2<a,要证2x1+x2<0,只需证x2<﹣2x1,结合f(x)单调性,推出只需证f(x2)>f(﹣2x1),只需证f(x1)>f(﹣2x1),其中﹣a<x1<0.令g(x)=f(x)﹣f(﹣2x),﹣a<x<0,求导分析单调性,推出g(x)>g(0)=0,即可得出答案.
解:(1)f'(x)=1﹣ex.
当x<0时,f'(x)>0;当x>0时,f'(x)<0.
所以,函数f(x)在(﹣∞,0)单调递增;在(0,+∞)单调递减.
所以,当x=0时,f(x)有最大值f(0)=a﹣1.
当a<1时,f(0)=a﹣1<0,函数f(x)无零点;
当a=1时,f(0)=a﹣1=0,函数f(x)有1个零点:
当a>1时,f(0)=a﹣1>0,f(﹣a)=﹣e﹣a<0,f(a)=2a﹣ea,f'(a)=2﹣ea.
当a<ln2时,f'(a)>0;当a>ln2时,f'(a)<0.
所以,f(a)在(﹣∞,ln2)单调递增,在(ln2,+∞)单调递减.
所以,即f(a)<0.
所以f(x)在(﹣∞,0)和(0,+∞)各有一个零点,即f(x)有两个零点.
综上,当a<1时,函数f(x)无零点;
当a=1时,函数f(x)有1个零点;当a>1时,f(x)有两个零点.
(2)证明:由(1)知,函数f(x)恰有两个零点时,a>1,且﹣a<x1<0<x2<a.
要证2x1+x2<0,只需证x2<﹣2x1.
因为f(x)在(0,+∞)单调递减,所以只需证f(x2)>f(﹣2x1).
因为f(x1)=f(x2)=0,所以只需证f(x1)>f(﹣2x1),其中﹣a<x1<0.
令g(x)=f(x)﹣f(﹣2x),﹣a<x<0,
则g(x)=(x﹣ex+a)﹣(﹣2x﹣e﹣2x+a)=3x﹣ex+e﹣2x,
所以g'(x)=3﹣ex﹣2e﹣2x,因为g''(x)=4e﹣2x﹣ex>g''(0)>0,
所以g'(x)在(﹣∞,0)单调递增,从而g'(x)<g'(0)=0,
所以g(x)在(﹣∞,0)单调递减,所以g(x)>g(0)=0,即f(x)>f(﹣2x),
于是f(x2)>f(﹣2x1),所以2x1+x2<0.
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