2023届福建省高三毕业班适应性练习卷(省质检)数学试题含解析
展开2023届福建省高三毕业班适应性练习卷(省质检)数学试题
一、单选题
1.已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用函数的定义域及值域求出两个集合,再根据集合的交集、并集、补集运算即可.
【详解】因为,,所以,
所以,,又,所以,不满足,
故选项A、B、C错误,选项D正确,
故选:D.
2.已知z是方程x2-2x+2=0的一个根,则||=( )
A.1 B. C. D.2
【答案】B
【分析】根据实系数一元二次方程的性质,结合共轭复数、复数模的性质进行求解即可.
【详解】因为方程x2-2x+2=0是实系数方程,且,
所以该方程有两个互为共轭复数的两个虚数根,
即,即,
故选:B
3.函数的图象大数为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】求出函数的定义域,由已知可得函数为奇函数.然后得到时,,根据导函数求得的单调性,并且可得极大值点,即可得出答案.
【详解】由题意可知,函数的定义域为.
又,
所以,函数为奇函数.
当时,,
则.
设,则在上恒成立,
所以,在上单调递增.
又,,
所以,根据零点存在定理可得,,有,
且当时,有,显然,
所以在上单调递增;
当时,有,显然,
所以在上单调递减.
因为,所以C项满足题意.
故选:C.
4.中国古代数学专著《九章算术》的第一章“方田”中载有“半周半径相乘得积步”,其大意为:圆的帐周长乘以其半径等于圆面积.南北朝时期杰出的数学家祖冲之曾用圆内接正多边形的面积“替代”圆的面积,并通过增加圆内接正多边形的边数n使得正多边形的面积更接近圆的面积,从而更为“精确”地估计圆周率π.据此,当n足够大时,可以得到π与n的关系为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【分析】设圆的半径为,由题意可得,化简即可得出答案.
【详解】设圆的半径为,将内解正边形分成个小三角形,
由内接正边形的面积无限接近圆的面即可得:,
解得:.
故选:A.
5.已知双曲线C:(a>0,b>0)的离心率为,左,右焦点分别为,关于C的一条渐近线的对称点为P.若,则的面积为( )
A.2 B. C.3 D.4
【答案】D
【分析】设与渐近线交于,由对称性知且,在直角中可求得,再由求得的面积.
【详解】
设与渐近线交于,则,,,
所以,,
由分别是与的中点,知且,即,
由得,所以,
故选:D
6.中国救援力量在国际自然灾害中为拯救生命作出了重要贡献,很好地展示了国际形象,增进了国际友谊,多次为祖国赢得了荣誉.现有5支救援队前往A,B,C等3个受灾点执行救援任务,若每支救援队只能去其中的一个受灾点,且每个受灾点至少安排1支救援队,其中甲救援队只能去B,C两个数点中的一个,则不同的安排方法数是( )
A.72 B.84 C.88 D.100
【答案】D
【分析】由题意可知,若甲去点,则剩余4人,可只去两个点,也可分为3组去3个点.分别求出安排种法,相加即可得出甲去点的安排方法.同理,即可得出甲去点的安排方法,即可得出答案.
【详解】若甲去点,则剩余4人,可只去两个点,也可分为3组去3个点.
当剩余4人只去两个点时,人员分配为或,
此时的分配方法有;
当剩余4人分为3组去3个点时,先从4人中选出2人,即可分为3组,然后分配到3个小组即可,此时的分配方法有,
综上可得,甲去点,不同的安排方法数是.
同理,甲去点,不同的安排方法数也是,
所以,不同的安排方法数是.
故选:D.
7.已知,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】构造,根据导函数可得在上单调递减,进而可得出.构造,根据导函数可得在上单调递减,进而由,即可得出,整理即可得出,即可得出答案.
【详解】令,则,
令,则恒成立,
所以,即在R上单调递增.
又,
所以,当时,恒成立,
所以,在上单调递减.
又,,所以,
即,,即,即,所以.
令,则,
令,则在恒成立.
所以,,即在R上单调递增.
又,
所以,当时,有成立,
所以,在上单调递减.
又,
因为,所以,,
所以,,
又,
所以,,
所以,,即.
综上可得,.
故选:A.
8.已知,则,,.今有一批数量庞大的零件.假设这批零件的某项质量指标引单位:毫米)服从正态分布,现从中随机抽取N个,这N个零件中恰有K个的质量指标ξ位于区间.若,试以使得最大的N值作为N的估计值,则N为( )
A.45 B.53 C.54 D.90
【答案】B
【分析】由已知可推得,,根据已知以及正态分布的对称性,可求得.则,,设,求出函数的最大整数值,即可得出答案.
【详解】由已知可得,.
又,
所以,,.
设,
则,
所以,,所以.
,
所以,,所以.
所以,以使得最大的N值作为N的估计值,则N为.
故选:B.
【点睛】思路点睛:由正态分布求出概率,然后根据已知,可得,得出,利用函数求出的最大值.
二、多选题
9.已知向量,,则( )
A. B.
C.在上的投影向量是 D.在上的投影向量是
【答案】BC
【分析】根据向量的坐标运算求出,,即可求出数量积以及模,判断A、B项;根据投影向量的公式,求出投影向量,即可判断C、D项.
【详解】由已知可得,,.
对于A项,因为,故A项错误;
对于B项,因为,,所以,故B项正确;
对于C项,因为,, ,
所以在上的投影向量是,故C项正确;
对于D项,,,
所以在上的投影向量是,故D项错误.
故选:BC.
10.已知函数f(x)=sin(>0)满足:f()=2,f()=0,则( )
A.曲线y=f(x)关于直线对称 B.函数y=f()是奇函数
C.函数y=f(x)在(,)单调递减 D.函数y=f(x)的值域为[-2,2]
【答案】ABD
【分析】用辅助角公式化简,再利用,得出的取值集合,再结合三角函数性质逐项判断即可.
【详解】,所以函数的值域为,故D正确;
因为,所以,所以,
因为,所以,所以,
所以,即,
所以,
因为,
所以曲线关于直线对称,故A正确;
因为
即,
所以函数是奇函数,故B正确;
取,则最小正周期,故C错误.
故选:ABD
11.已知抛物线C的焦点为F,准线为l,点P在C上,PQ垂直l于点Q,直线QF与C相交于M、N两点.若M为QF的三等分点,则( )
A.cos∠ B.sin∠
C. D.
【答案】ACD
【分析】过点作于点,设准线为l与交于点,由抛物线的定义可得,可判断A;求出的长,由正弦定理可判断B;求出可判断C;求出可判断D.
【详解】如下图,过点作于点,设准线l与交于点,
由抛物线的定义知:,
因为M为QF的三等分点,所以,所以,
所以,所以cos∠,故A正确;
对于B,在中,由抛物线的定义知:,,所以为等边三角形,
又因为,解得:,
同理可得:,
所以,因为为等边三角形,所以
M为QF的三等分点,
所以中,由余弦定理可得:,
则,
则,
所以在中,由正弦定理可得:,
代入可得,sin∠,故B不正确;
对于C,,,所以,故C正确;
对于D,因为,
所以中,,由余弦定理可得:,
则,所以,故D正确.
故选:ACD.
12.正方体的棱长为1,为侧面上的点,为侧面上的点,则下列判断正确的是( )
A.若,则到直线的距离的最小值为
B.若,则,且直线平面
C.若,则与平面所成角正弦的最小值为
D.若,,则,两点之间距离的最小值为
【答案】BD
【分析】由已知可推得为以点为圆心,为半径的圆上.作图,即可根据圆的性质得出最小值,判断A项;先证明平面,结合,即可得出平面;建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,表示出,根据不等式的性质,即可判断C项;为直线与的公垂线段时,最小.设,且,,求出,即可根据投影向量,求出最小值.
【详解】对于A项,因为,所以在以为球心,为半径的球上.
又为侧面上的点,所以在球被平面截得的交线上.
因为,平面,,,所以,
所以,为以点为圆心,为半径的圆上.
如图1,,则,到直线的距离的最小值为,故A项错误;
对于B项,如图2,连结.
因为平面,平面,所以.
又,平面,平面,,
所以,平面.
又平面,所以.
同理可得,.
又平面,平面,,
所以,平面.
又,平面,所以直线平面,故B项正确;
对于C项,以点为坐标原点,分别以为轴的正方向,
如图3建立空间直角坐标系,则,,,,,,.
因为,设,,.
设是平面的一个法向量,
则,即,
取,则,是平面的一个法向量.
则,
又,当时,有最小值1,
所以,,即,
所以,与平面所成角正弦的最大值为,故C项错误;
对于D项,由C项知,,.
当,,即为直线与的公垂线段时,最小.
设,且,,
则,即,
取,则.
在方向上的投影向量的模为,
所以,,两点之间距离的最小值为,故D项正确.
故选:BD.
三、填空题
13.写出过点且被圆截得的弦长为的一条直线的方程___________.
【答案】(只需填其中的一个即可)
【分析】将圆的方程化为标准方程,求出圆心、半径.根据弦长,得出圆心到直线的距离.先判断斜率不存在时是否满足,然后设出斜率,得出直线方程,表示出圆心到直线的距离,得出方程,即可解出的值.
【详解】圆的方程可化为,圆心为,半径,
由弦长为可得,圆心到直线的距离.
当直线斜率不存在时,直线方程为,此时圆心在直线上,弦长为,不满足题意,所以直线的斜率存在.
设直线的斜率为,则直线的方程为,即,
此时圆心到直线的距离,解得.
所以,直线的方程为或.
故答案为:.
14.已知{an}是单调递增的等比数列,a4+a5=24,a3a6=128,则公比q的值是___________.
【答案】2
【分析】利用等比数列性质得到,再解方程组即可.
【详解】由等比数列性质知,
联立,解得或,
因为是单调递增的等比数列,所以,
即.
故答案为:2.
15.已知函数.若,则a的取值范围是___________.
【答案】
【分析】分,以及,分别讨论,构造函数,结合处的函数值,推导得出函数的单调性,进而得出导函数的符号,即可推得答案.
【详解】当时,恒成立;
当时,此时应有,即.
令,,则.
设,则恒成立,
所以,即单调递增.
又,则要使在上恒成立,
应有在上恒成立,
即在上恒成立.
又时,,所以;
当时,此时应有,即.
令,则.
令,则恒成立,
所以,即单调递减.
又,则要使在上恒成立,
应有在上恒成立,
即在上恒成立.
因为,在上单调递减,所以,
所以.
综上所述,a的取值范围是.
故答案为:
【点睛】关键点睛:当时,,根据,可推得要使在上恒成立,应有在上恒成立,进而推得a的取值范围.
四、双空题
16.如图,一张纸的长,宽,.M,N分别是AD,BC的中点.现将沿BD折起,得到以A,B,C,D为顶点的三棱锥,则三棱锥的外接球O的半径为___________;在翻折的过程中,直线MN被球O截得的线段长的取值范围是___________.
【答案】
【分析】利用外接球球心为两个平面的外接圆圆心的交点,可知三棱锥的外接球O的球心O在BD的中点,即可求出半径;分析直线MN被球O截得的线段长与二面角的大小有关,求出二面角在临界值时的情况,即可得到线段长的取值范围.
【详解】解:由于和都是直角三角形,所以两个面的外接圆圆心都在BD的中点处,
因此三棱锥的外接球O的球心O在BD的中点,
则半径,
直线MN被球O截得的线段长与二面角的大小有关,
当二面角接近时,直线MN被球O截得的线段长最长,趋于直径,
当二面角接近时,直线MN被球O截得的线段长最短,
如图翻折后,此时,所以
则,由相似比可得,
所以,
直线MN被球O截得的线段长,
综上直线MN被球O截得的线段长的取值范围是,
故答案为:;.
五、解答题
17.的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且.
(1)求C;
(2)若,D为的外接圆上的点,,求四边形ABCD面积的最大值.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)根据正弦定理以及两角和的正弦公式化简,即可得出,进而根据角的范围得出答案;
(2)解法一:由已知可推出,然后根据正弦定理可求出,进而求出,.设,,表示出四边形的面积,根据基本不等式即可得出答案;解法二:根据投影向量,推出,然后同解法一求得.设,表示出四边形的面积,根据的范围,即可得出答案;解法三:同解法一求得,设点C到BD的距离为h,表示出四边形的面积,即可推出答案;解法四:建系,由已知写出点的坐标,结合已知推得BD是的直径,然后表示出四边形的面积,即可推出答案.
【详解】(1)因为,
在中,由正弦定理得,.
又因为,
所以,
展开得,
即,
因为,故,即.
又因为,所以.
(2)解法一:
如图1
设的外接圆的圆心为O,半径为R,
因为,所以,
即,所以,
故BD是的直径,所以.
在中,,,所以.
在中,.
设四边形ABCD的面积为S,,,则,
,
当且仅当时,等号成立.
所以四边形ABCD面积最大值为.
解法二:
如图1
设的外接圆的圆心为O,半径为R,在上的投影向量为,
所以.
又,所以,
所以在上的投影向量为,
所以.
故BD是的直径,所以.
在中,,,所以,
在中,.
设四边形ABCD的面积为S,,,
则,,
所以,
当时,S最大,所以四边形ABCD面积最大值为.
解法三:
如图1
设的外接圆的圆心为O,半径为R,
因为,所以,即,
所以.
故BD是的直径,所以.
在中,,,所以.
在中,.
设四边形ABCD的面积为S,点C到BD的距离为h,
则,
当时,S最大,所以四边形ABCD面积最大值为.
解法四:
设的外接圆的圆心为O,半径为R,
在中,,,
故外接圆的半径.
即,所以.
如图2,以外接圆的圆心为原点,OB所在直线为x轴,建立平面直角坐标系xOy,
则,.
因为C,D为单位圆上的点,设,,
其中,.
所以,,
代入,即,可得,
即.
由可知,
所以解得或,即或.
当时,A,D重合,舍去;当时,BD是的直径.
设四边形ABCD的面积为S,
则,
由知,所以当时,即C的坐标为时,S最大,
所以四边形ABCD面积最大值为.
18.已知数列满足:,,,.
(1)证明:是等差数列:
(2)记的前n项和为,,求n的最小值.
【答案】(1)证明见解析;
(2)最小值为10.
【分析】(1)解法一:(指数运算)由已知可推得,,相乘结合已知,即可得出,进而证明;解法二:(对数运算)由已知可得,结合已知即可得出,进而证明;
(2)解法一:先根据(1)推出,然后结合已知条件得到,然后计算得到,即可得出答案;解法二:同解法一,先求出,,然后分组求和得出,进而得出,求解即可得出答案;解法三:同解法一,先求出,,然后分组求和得出,求解即可得出答案.
【详解】(1)解法一:
由,得,则,
从而.
又,
所以,
即,所以是等差数列.
解法二:
由,且,
则,
得,
因为,,
所以,
即,所以是等差数列.
(2)解法一:
设等差数列的公差为d.
当时,,即,
所以,所以,
所以数列是首项为1,公差为1的等差数列,所以.
又.
所以,
,
又;
又,则,且,
所以n的最小值为10.
解法二:
设等差数列的公差为d.
当时,,即,
所以,所以,
所以数列是首项为1,公差为1的等差数列,所以.
又,所以.
当时,
,
,
所以,
,
又,则,且,
所以n的最小值为10.
解法三:
设等差数列的公差为d.
当时,,即,
所以,所以,
所以数列是首项为1,公差为1的等差数列,所以.
又.
当时,
,
所以,.
又,则,且,
所以n的最小值为10.
19.放行准点率是衡量机场运行效率和服务质量的重要指标之一.某机场自2012年起采取相关策略优化各个服务环节,运行效率不断提升.以下是根据近10年年份数与该机场飞往A地航班放行准点率()(单位:百分比)的统计数据所作的散点图及经过初步处理后得到的一些统计量的值.
2017.5
80.4
1.5
40703145.0
1621254.2
27.7
1226.8
其中,
(1)根据散点图判断,与哪一个适宜作为该机场飞往A地航班放行准点率y关于年份数x的经验回归方程类型(给出判断即可,不必说明理由),并根据表中数据建立经验回归方程,由此预测2023年该机场飞往A地的航班放行准点率.
(2)已知2023年该机场飞往A地、B地和其他地区的航班比例分别为0.2、0.2和0.6.若以(1)中的预测值作为2023年该机场飞往A地航班放行准点率的估计值,且2023年该机场飞往B地及其他地区(不包含A、B两地)航班放行准点率的估计值分别为和,试解决以下问题:
(i)现从2023年在该机场起飞的航班中随机抽取一个,求该航班准点放行的概率;
(ii)若2023年某航班在该机场准点放行,判断该航班飞往A地、B地、其他地区等三种情况中的哪种情况的可能性最大,说明你的理由.
附:(1)对于一组数据,,…,,其回归直线的斜率和截距的最小二乘估计分别为,
参考数据:,,.
【答案】(1)适宜,预测2023年该机场飞往A地的航班放行准点率
(2)(i)0.778;(ii)可判断该航班飞往其他地区的可能性最大,理由见解析
【分析】(1)根据线性回归方程的计算公式,选择合适的模型计算即可;
(2)利用全概率公式和条件概率公式,即可根据概率判断可能性最大的情况.
【详解】(1)由散点图判断适宜作为该机场飞往A地航班放行准点率y关于年份数x的经验回归方程类型.
令,先建立y关于t的线性回归方程.
由于,
,
该机场飞往A地航班放行准点率y关于t的线性回归方程为,
因此y关于年份数x的回归方程为
所以当时,该机场飞往A地航班放行准点率y的预报值为
.
所以2023年该机场飞往A地航班放行准点率y的预报值为.
(2)设“该航班飞往A地”,“该航班飞往B地”,“该航班飞往其他地区”,“该航班准点放行”,
则,,,
,,.
(i)由全概率公式得,
,
所以该航班准点放行的概率为0.778.
(ii),
,
,
因为,
所以可判断该航班飞往其他地区的可能性最大.
20.如图,已知四棱锥的底面为菱形,且,,.是棱PD上的点,且四面体的体积为
(1)证明:;
(2)若过点C,M的平面α与BD平行,且交PA于点Q,求平面与平面夹角的余弦值.
【答案】(1)证明见解析;
(2).
【分析】(1)解法一:取AB中点O,连接PO,CO.推导得到平面,平面PBC,根据体积即可得出答案;解法二:先证明平面PAB. 过M作交AP于点N,证明得到平面PBC,根据体积即可得出答案;
(2)解法一:建立空间直角坐标系,写出点的坐标,结合平面向量基本定理,求出平面的法向量,计算即可得出答案;解法二:建立空间直角坐标系,写出点的坐标,求出平面的法向量,计算即可得出答案;解法三:通过作图,作出二面角的平面角,构造直角三角形,即可得出答案.
【详解】(1)解法一:
如图1,取AB中点O,连接PO,CO.
因为,,所以,,.
又因为是菱形,,所以,.
因为,所以,所以.
又因为平面,平面ABCD,,
所以平面.
因为,平面PBC,平面PBC,
所以平面PBC,
所以.
因为,
所以点M到平面PBC的距离是点D到平面PBC的距离的,
所以.
解法二:
如图2,取AB中点O,连接PO,CO,
因为,,
所以,,,
又因为是菱形,,
所以,.
因为,所以,所以.
因为平面PAB,平面PAB,,
所以平面PAB.
所以,.
过M作交AP于点N,,所以.
又平面PBC,平面PBC,
所以平面PBC,所以.
因为,,
所以,
所以N是PA的中点,所以M是PD的中点,所以.
(2)解法一:
由(1)知,,,.
如图3,以O为坐标原点,,,的方向分别为x轴,y轴,z轴正方向建立空间直角坐标系,
则,,,,,所以,,,,,.
因为,设,则,
因为,,,,故存在实数a,b,使得,
所以,解得,
所以.
设平面的法向量为,则,即,
取,得到平面的一个法向量.
设平面与平面夹角是,
又因为是平面的一个法向量,
则.
所以平面与平面夹角的余弦值是.
解法二:
由(1)知,,,,
如图3,以O为坐标原点,,,的方向分别为x轴,y轴,z轴正方向建立空间直角坐标系,
则,,,,,所以,,,,,.
设平面的法向量为,则,即.
取,得到平面的一个法向量.
因为,设,则,
因为,所以,所以
设平面的法向量为,则,即.
取,得到平面的一个法向量.
设平面与平面夹角是,
又因为是平面的一个法向量,
则.
所以平面与平面夹角的余弦值是.
解法三:
在平面内,过C作交AD延长线于点E,交AB延长线于点F,
因为是菱形,所以.
如图4,在平面PAD内,作交EM的延长线于点,设交AP于点Q.
所以,四边形是平行四边形,,.
所以,所以,
所以点Q是线段PA上靠近P的三等分点.
如图5,在平面PAB内,作,交AB于T,
因为平面,所以平面,所以,
因为,,
在平面内,作,交BC于点N,连接QN,过A作交BC于K,
在中,,,所以,
所以,
因为,,,且两直线在平面内,所以平面,
因为平面,所以.
所以是二面角的平面角.
在中,,所以.
所以平面与平面夹角的余弦值是.
21.已知圆,直线过点且与圆交于点B,C,BC中点为D,过中点E且平行于的直线交于点P,记P的轨迹为Γ
(1)求Γ的方程;
(2)坐标原点O关于,的对称点分别为,,点,关于直线的对称点分别为,,过的直线与Γ交于点M,N,直线,相交于点Q.请从下列结论中,选择一个正确的结论并给予证明.
①的面积是定值;②的面积是定值:③的面积是定值.
【答案】(1)
(2)结论③正确,证明见解析
【分析】(1)由几何性质知P到,两点的距离之和为定值可得P的轨迹为椭圆;
(2)解法一、二:设直线,,,表示出直线,的方程并联立求得Q的横坐标为定值,因此的面积是定值.
解法三:当直线垂直于x轴时求得Q横坐标为4,当直线不垂直于x轴时,设直线,,,表示出直线,的方程并联立求得Q的横坐标为定值,因此的面积是定值.
解法四:设直线,,,表示出直线,的方程,利用在椭圆上得,将直线的方程化为,与直线联立求得Q的横坐标为定值,因此的面积是定值.
【详解】(1)由题意得,,.
因为D为BC中点,所以,即,
又,所以,
又E为的中点,所以,
所以,
所以点P的轨迹是以,为焦点的椭圆(左、右顶点除外).
设,其中,.
则,,,.
故.
(2)解法一:结论③正确.下证:的面积是定值.
由题意得,,,,,且直线的斜率不为0,
可设直线,,,且,.
由,得,
所以,,
所以.
直线的方程为:,直线的方程为:,
由,得,
,
解得.
故点Q在直线,所以Q到的距离,
因此的面积是定值,为.
解法二:结论③正确.下证:的面积是定值.
由题意得,,,,,且直线的斜率不为0,
可设直线,,,且,.
由,得,
所以,,
所以.
直线的方程为:,直线的方程为:,
由,
得
,
故点Q在直线,所以Q到的距离,
因此的面积是定值,为.
解法三:结论③正确.下证:的面积是定值.
由题意得,,,,,且直线的斜率不为0.
(i)当直线垂直于x轴时,,由,得或.
不妨设,,
则直线的方程为:,直线的方程为:,
由,得,所以,
故Q到的距离,此时的面积是.
(ii)当直线不垂直于x轴时,设直线,,,且,.
由,得,
所以,.
直线的方程为:,直线的方程为:,
由,得
.
下证:.
即证,即证,
即证,
即证,
上式显然成立,
故点Q在直线,所以Q到的距离,
此时的面积是定值,为.
由(i)(ii)可知,的面积为定值.
解法四:结论③正确.下证:的面积是定值.
由题意得,,,,,且直线的斜率不为0,
可设直线,,,且,.
由,得,
所以,.
直线的方程为:,直线的方程为:,
因为,所以,
故直线的方程为:.
由,得
,
解得.
故点Q在直线,所以Q到的距离,
因此的面积是定值,为.
【点睛】方法点睛:(一)极点与极线的代数定义;已知圆锥曲线G:,则称点P(,)和直线l:是圆锥曲线G的一对极点和极线.事实上,在圆锥曲线方程中,以替换,以替换x(另一变量y也是如此),即可得到点P(,)对应的极线方程.特别地,对于椭圆,与点P(,)对应的极线方程为;对于双曲线,与点P(,)对应的极线方程为;对于抛物线,与点P(,)对应的极线方程为.即对于确定的圆锥曲线,每一对极点与极线是一一对应的关系.
(二)极点与极线的基本性质、定理
①当P在圆锥曲线G上时,其极线l是曲线G在点P处的切线;
②当P在G外时,其极线l是曲线G从点P所引两条切线的切点所确定的直线(即切点弦所在直线);
③当P在G内时,其极线l是曲线G过点P的割线两端点处的切线交点的轨迹.
22.已知函,.
(1)讨论在的单调性;
(2)是否存在,且,使得曲线在和处有相同的切线?证明你的结论.
【答案】(1)答案见解析
(2)不存在,证明见解析
【分析】(1)对求导,讨论和时,的正负即可得出答案;
(2)假设存在,求出在和处的切线方程,建立等式,将等式化简,减少变量,从而构造新的函数,研究新函数的单调性,即可证明.
【详解】(1),
故时,;时,,
当,即时,在单调递减,在单调递增;
当,即时,在单调递增.
综上,当时,在单调递减,在单调递增;
当时,在单调递增.
(2)解法一:不存在a,,,且,使得曲线在和处有相同的切线.
证明如下:假设存在满足条件的a,,,
因为在处的切线方程为,
即,
同理在处的切线方程为,
且它们重合,所以,
整理得,
即,,
所以,
由两边同乘以,
得,
令,,则,且,
由得,代入得,两边取对数得,
令,
当时,,,
所以在上单调递增,又,所以,从而,与矛盾;
当时,,,
所以在上单调递增,又,所以,从而,与矛盾;
综上,不存在,,使得,且.
故不存在a,,且,使得曲线在和处有相同的切线.
解法二:不存在a,,且,使得曲线在和处有相同的切线.
证明如下:假设存在满足条件的a,,,
因为在处的切线方程为,即
,
同理在处的切线方程为,
且它们重合,所以,
整理得,
令,,可得,
由两边同乘以,
得,则,且,
令,则,且.
由(1)知,当时,单调递增,当时,单调递减,
又当时,,当时,,
所以若,存在,不妨设,
设,,又,所以,则,
由,得即,
则,所以,
所以,即,
令,,则,
所以在上单调递减,所以当时,,
即,取,即,
所以在时无解,
综上,不存在,,使得,且.
故不存在a,,且,使得曲线在和处有相同的切线.
解法三:不存在a,,且,使得曲线在和处有相同的切线.
证明如下:假设存在满足条件的a,,,
因为在处的切线方程为,
即,
同理在处的切线方程为,
且它们重合,所以,
整理得,
即,,
所以,
由两边同乘以,
得,
令,,则,且,
令,则,且.
由(1)知,当时,单调递增,当时,单调递减,
又当时,,当时,,
所以若,存在,不妨设,
则,,
所以,
以下证明.
令,,则,
所以在上单调递减,所以当时,,
因为,所以,,
整理得.
因为,所以,与矛盾;
所以不存在,,使得,且.
故不存在a,,且,使得曲线在和处有相同的切线.
【点睛】本小题主要考查导数及其应用、函数的单调性、不等式等基础知识,考查逻辑推理能力、直观想象能力、运算求解能力和创新能力等,考查函数与方程思想、化归与转化思想、分类与整合思想等,考查逻辑推理、直观想象、数学运算等核心素养,体现基础性、综合性和创新性.
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