高中数学高考总复习推理与证明习题及详解一、选择题1．(2010·广东文，10)在集合{a ，b ，c ，d }上定义两种运算、⊗如下： 那么d ⊗(ac )＝( )A ．aB ．bC ．cD ．d [答案] A[解析] 根据运算、⊗的定义可知，a c ＝c ，d ⊗c ＝a ，故选A.2．(文)(2010·福建莆田质检)如果将1,2,3，…，n 重新排列后，得到一个新系列a 1，a 2，a 3，…，a n ，使得k ＋a k (k ＝1,2，…，n )都是完全平方数，则称n 为“好数”．若n 分别取4,5,6，则这三个数中，“好数”的个数是( )A ．3B ．2C ．1D ．0 [答案] C[解析] 5是好数，4和6都不是，∵取a 1＝3，a 2＝2，a 3＝1，a 4＝5，a 5＝4，则1＋a 1＝4＝22,2＋a 2＝4＝22,3＋a 3＝4＝22,4＋a 4＝32,5＋a 5＝32.(理)(2010·寿光现代中学)若定义在区间D 上的函数f (x )，对于D 上的任意n 个值x 1，x 2，…，x n ，总满足f (x 1)＋f (x 2)＋…＋f (x n )≥nf ⎝⎛⎭⎫x 1＋x 2＋…＋x n n ，则称f (x )为D 上的凹函数，现已知f (x )＝tan x 在⎝⎛⎭⎫0，π2上是凹函数，则在锐角三角形ABC 中，tan A ＋tan B ＋tan C 的最小值是( ) A ．3 B.23 C ．3 3 D. 3 [答案] C[解析] 根据f (x )＝tan x 在⎝⎛⎭⎫0，π2上是凹函数，再结合凹函数定义得，tan A ＋tan B ＋tan C ≥3tan ⎝⎛⎭⎫A ＋B ＋C 3＝3tan π3＝3 3.故所求的最小值为3 3.3．(文)定义某种新运算“⊗”：S ＝a ⊗b 的运算原理为如图的程序框图所示，则式子5⊗4－3⊗6＝( )A ．2B ．1C ．3D ．4 [答案] B[解析] 由题意知5⊗4＝5×(4＋1)＝25,3⊗6＝6×(3＋1)＝24，所以5⊗4－3⊗6＝1. (理)如图所示的算法中，令a ＝tan θ，b ＝sin θ，c ＝cos θ，若在集合{θ|0<θ<3π2}中任取θ的一个值，输出的结果是sin θ的概率是( )A.13B.12C.23D.34 [答案] A[解析] 该程序框图的功能是比较a ，b ，c 的大小并输出最大值，因此要使输出的结果是sin θ，需sin θ>tan θ，且sin θ>cos θ，∵当θ∈⎝⎛⎭⎫0，π2时，总有tan θ>sin θ，当θ∈⎝⎛⎭⎫π2，π时，sin θ>0，tan θ<0，cos θ<0，当θ∈⎝⎛⎭⎫π，3π2时，tan θ>0，sin θ<0，故输出的结果是sin θ时，θ的范围是⎝⎛⎭⎫π2，π，结合几何概型公式得，输出sin θ的概率为π－π232π－0＝13，故选A. 4．(2010·曲师大附中)设△ABC 的三边长分别为a 、b 、c ，△ABC 的面积为S ，内切圆半径为r ，则r ＝2S a ＋b ＋c ；类比这个结论可知：四面体S －ABC 的四个面的面积分别为S 1、S 2、S 3、S 4，内切球的半径为r ，四面体S －ABC 的体积为V ，则r ＝( )A.VS 1＋S 2＋S 3＋S 4 B.2VS 1＋S 2＋S 3＋S 4 C.3VS 1＋S 2＋S 3＋S 4 D.4VS 1＋S 2＋S 3＋S 4 [答案] C[解析] 设三棱锥的内切球球心为O ，那么由V S －ABC ＝V O －ABC ＋V O －SAB ＋V O －SAC ＋V O －SBC ，即V ＝13S 1r ＋13S 2r ＋13S 3r ＋13S 4r ，可得r ＝3V S 1＋S 2＋S 3＋S 4.5．(2010·辽宁锦州)类比“两角和与差的正余弦公式”的形式，对于给定的两个函数，S (x )＝a x －a －x 2，C (x )＝a x ＋a －x2，其中a >0，且a ≠1，下面正确的运算公式是( )①S (x ＋y )＝S (x )C (y )＋C (x )S (y )； ②S (x －y )＝S (x )C (y )－C (x )S (y )； ③C (x ＋y )＝C (x )C (y )－S (x )S (y )； ④C (x －y )＝C (x )C (y )＋S (x )S (y )． A ．①③B．②④C．①④D．①②③④[答案] D[解析]实际代入逐个验证即可．如S(x)C(y)＋C(x)S(y)＝a x－a－x2·a y＋a－y2＋a x＋a－x2·a y－a－y2＝14(ax＋y－a y－x＋a x－y－a－x－y＋a x＋y＋a y－x－a x－y－a－x－y)＝14(2ax＋y－2a－x－y)＝a x＋y－a－(x＋y)2＝S(x＋y)，故①成立．同理可验证②③④均成立．6．四个小动物换座位，开始是鼠、猴、兔、猫分别坐在1、2、3、4号位子上如图所示，第一次前后排动物互换座位，第二次左右列动物互换座位，…，这样交替进行下去，那么第2011次互换座位后，小兔的座位对应的是()第一次第二次第三次第四次A．编号1 B．编号2 C．编号3 D．编号4[答案] D[解析]根据动物换座位的规则，可得第四次、第五次、第六次、第七次换座后的结果如下图所示：第一次 第二次 第三次 第四次据此可以归纳得到：四个小动物在换座后，每经过四次换座后与原来的座位一样，即以4为周期，因此在第2011次换座后，四个小动物的位置应该是和第3次换座后的位置一样，即小兔的座位号是4，故选D.[点评] 因为问题只求小兔座位号，故可只考虑小兔座位号的变化，用1→2表示小兔从1号位换到2号位，则小兔座位的变化规律是：3→1→2→4→3→1→2→4→3…，显见变化周期为4，又2011＝4×502＋3，故经过2011次换座后，小兔位于4号座．7．(2010·山东文)观察(x 2)′＝2x ，(x 4)′＝4x 3，(cos x )′＝－sin x ，由归纳推理可得：若定义在R 上的函数f (x )满足f (－x )＝f (x )，记g (x )为f (x )的导函数，则f (－x )＝( )A ．f (x )B ．－f (x )C ．g (x )D ．－g (x ) [答案] D[解析] 观察所给例子可看出偶函数求导后都变成了奇函数，∴g (－x )＝－g (x )，选D. 8．甲、乙两位同学玩游戏，对于给定的实数a 1，按下列方法操作一次产生一个新的实数：由甲、乙同时各掷一枚均匀的硬币，如果出现两个正面朝上或两个反面朝上，则把a 1乘以2后再加上12；如果出现一个正面朝上，一个反面朝上，则把a 1除以2后再加上12，这样就可得到一个新的实数a 2.对实数a 2仍按上述方法进行一次操作，又得到一个新的实数a 3.当a 3>a 1时，甲获胜，否则乙获胜．若甲获胜的概率为34，则a 1的取值范围是( )A ．[－12,24]B ．(－12,24)C ．(－∞，－12)∪(24，＋∞)D ．(－∞，－12]∪[24，＋∞) [答案] D[解析] 因为甲、乙同时各掷一枚均匀的硬币，出现的可能情形有4种：(正，正)、(正，反)、(反，正)、(反，反)，所以每次操作后，得到两种新数的概率是一样的．故由题意得即4a 1＋36，a 1＋18，a 1＋36，14a 1＋18出现的机会是均等的，由于当a 3>a 1时，甲胜且甲胜的概率为34，故在上面四个表达式中，有3个大于a 1，∵a 1＋18>a 1，a 1＋36>a 1，故在其余二数中有且仅有一个大于a 1，由4a 1＋36>a 1得a 1>－12，由14a 1＋18>a 1得，a 1<24，故当－12<a 1<24时，四个数全大于a 1，当a 1≤－12或a 1≥24时，有且仅有3个大于a 1，故选D.9．(2010·广州市)如图所示的三角形数阵叫“莱布尼兹调和三角形”，它们是由整数的倒数组成的，第n 行有n 个数且两端的数均为1n (n ≥2)，每个数是它下一行左右相邻两数的和，如11＝12＋12，12＝13＋16，13＝14＋112，…，则第7行第4个数(从左往右数)为( )11 12 12 13 16 13 14 112 112 14 15 120 130 120 15 ………………………………A.1140B.1105C.160D.142 [答案] A[解析] 第6行从左到右各数依次为16，130，160，160，130，16，第7行从左到右各数依次为17，142，1105，1140，1105，142，17，故选A. 10．(2010·山东淄博一中)如图，在梯形ABCD 中，AB ∥DC ，AB ＝a ，CD ＝b (a >b )．若EF ∥AB ，EF 到CD 与AB 的距离之比为m n ，则可推算出：EF ＝ma ＋nb m ＋n ，试用类比的方法，推想出下述问题的结果．在上面的梯形ABCD 中，延长梯形两腰AD 、BC 相交于O 点，设△OAB 、△OCD 的面积分别为S 1、S 2，EF ∥AB ，且EF 到CD 与AB 的距离之比为m n ，则△OEF 的面积S 0与S 1、S 2的关系是( )A ．S 0＝mS 1＋nS 2m ＋nB ．S 0＝nS 1＋mS 2m ＋nC.S 0＝m S 1＋n S 2m ＋nD.S 0＝n S 1＋m S 2m ＋n[答案] C[解析] 根据面积比等于相似比的平方求解． 二、填空题11．(2010·盐城调研)请阅读下列材料：若两个正实数a 1，a 2满足a 12＋a 22＝1，那么a 1＋a 2≤ 2.证明：构造函数f (x )＝(x －a 1)2＋(x －a 2)2＝2x 2－2(a 1＋a 2)x ＋1，因为对一切实数x ，恒有f (x )≥0，所以Δ≤0，从而得4(a 1＋a 2)2－8≤0，所以a 1＋a 2≤ 2.根据上述证明方法，若n 个正实数满足a 12＋a 22＋…＋a n 2＝1时，你能得到的结论为________．(不必证明)[答案] a 1＋a 2＋…＋a n ≤n12．(文)如图甲，在△ABC 中，AB ⊥AC ，AD ⊥BC ，D 是垂足，则AB 2＝BD ·BC ，该结论称为射影定理．如图乙，在三棱锥A －BCD 中，AD ⊥平面ABC ，AO ⊥平面BCD ，O 为垂足，且O 在△BCD 中，类比射影定理，探究S △ABC 、S △BCO 、S △BCD 之间满足的关系式是________．[答案] S △ABC 2＝S △BCO ·S △BCD[解析] 根据类比推理，将线段的长推广为三角形的面积，从而得到答案．(理)(2010·湖南湘潭市)现有一个关于平面图形的命题：如图所示，同一个平面内有两个边长都是a 的正方体，其中一个的某顶点在另一个的中心，则这两个正方形重叠部分的面积恒为a 24，类比到空间，有两个棱长均为a 的正方体，其中一个的某顶点在另一个的中心，则这两个正方体重叠部分的体积恒为______．[答案] a 3813．(文)(2010·陕西理)观察下列等式：13＋23＝32,13＋23＋33＝62,13＋23＋33＋43＝102，…，根据上述规律，第五个等式为________________．[答案] 13＋23＋33＋43＋53＋63＝212 [解析] 观察所给等式可以发现： 13＋23＝32＝(1＋2)2 13＋23＋33＝62＝(1＋2＋3)2 13＋23＋33＋43＝102＝(1＋2＋3＋4)2 ……推想：13＋23＋33＋…＋n 3＝(1＋2＋3＋…＋n )2∴第五个等式为：13＋23＋33＋43＋53＋63＝(1＋2＋…＋6)2＝212. (理)(2010·广东省佛山顺德区质检)已知一系列函数有如下性质： 函数y ＝x ＋1x 在(0,1]上是减函数，在[1，＋∞)上是增函数；函数y ＝x ＋2x 在(0，2]上是减函数，在[2，＋∞)上是增函数；函数y ＝x ＋3x 在(0，3]上是减函数，在[3，＋∞)上是增函数；…………利用上述所提供的信息解决问题：若函数y ＝x ＋3mx (x >0)的值域是[6，＋∞)，则实数m 的值是________．[答案] 2[解析] 由题目提供信息可知y ＝x ＋3mx (x >0)在(0，3m ]上是减函数，在[3m ，＋∞)上是增函数，∴当x ＝3m 时，y min ＝6，∴m ＝2.14．(文)(2010·湖南衡阳八中)如图(1)有关系S △P A ′B ′S △P AB＝P A ′·PB ′P A ·PB ，则如图(2)有关系V P －A ′B ′C ′V P －ABC＝________.[答案]P A ′·PB ′·PC ′P A ·PB ·PC[解析] 根据类比推理，将平面上三角形的结论，推广到空间，即V P －A ′B ′C ′V P －ABC＝P A ′·PB ′·PC ′P A ·PB ·PC.简证如下：设B ′、B 到平面P AC 的距离分别为h 、H ，则h H ＝PB ′PB .又已知S △P A ′C ′S △P AC＝P A ′·PC ′P A ·PC ，∴V P －A ′B ′C ′V P －ABC＝13S △P A ′C ′·h13S △P AC·H ＝P A ′·PC ′·PB ′P A ·PC ·PB .(理)(2010·江苏姜堰中学)如图①，数轴上A (x 1)、B (x 2)，点P 分AB 成两段长度之比APPB ＝λ，则点P 的坐标x P ＝x 1＋λx 21＋λ成立；如图②，在梯形ABCD 中，EF ∥AD ∥BC ，且AEEB ＝λ，则EF ＝AD ＋λ·BC 1＋λ. 根据以上结论作类比推理，如图③，在棱台A 1B 1C 1－ABC 中，平面DEF 与平面ABC 平行，且A 1DDA ＝λ，△A 1B 1C 1、△DEF 、△ABC 的面积依次是S 1，S ，S 2，则有结论：________________________.[答案]S ＝S 1＋λS 21＋λ[解析] 将三棱台补成棱锥P －ABC ，不妨令P A 1＝m ，DA ＝n ，则A 1D ＝nλ，那么， 由S 1S ＝m m ＋nλ，得m ＝n S 1S －S 1， 又由S S 2＝m ＋nλm ＋n (λ＋1)，得m ＋nλ＝n SS 2－S， ∴nλS 1S －S 1＋nλ＝n SS 2－S，∴S λS －S 1＝SS 2－S，由此得S ＝S 1＋λS 21＋λ.三、解答题15．(2010·瑞安中学)用分析法．．．证明：3－2>5－ 4. [证明] 证法1：要证3－2>5－4成立， ∵3－2>0，5－4>0，∴只要证(3－2)2>(5－4)2成立． 即证5－26>9－220成立． 即证－26>4－220成立， 只须证6<－2＋20成立．∵20－2>0，故只须证6<24－420成立． 即证9>220成立，即证81>80成立．最后一个不等式显然成立，以上步步可逆，故原不等式成立．证法2：要证3－2>5－4成立，只须证3＋4>5＋2成立，只须证7＋212>7＋210成立，即证12>10成立，即证12>10成立，最后一个不等式显然成立，故原结论成立．16．(文)设数列{a n }的首项a 1＝a ≠14，且a n ＋1＝⎩⎨⎧12a n，n 为偶数a n＋14，n 为奇数.记b n ＝a 2n －1－14，n＝1,2,3，….(1)求a 2，a 3；(2)判断{b n }是否为等比数列，并证明你的结论． [解析] (1)a 2＝a 1＋14＝a ＋14，a 3＝12a 2＝12a ＋18.(2)∵a 4＝a 3＋14＝12a ＋38.∴a 5＝12a 4＝14a ＋316. ∴b 1＝a 1－14＝a －14≠0， b 2＝a 3－14＝12⎝⎛⎭⎫a －14， b 3＝a 5－14＝14⎝⎛⎭⎫a －14. 猜想{b n }是公比为12的等比数列． 证明如下：∵b n ＋1＝a 2n ＋1－14＝12a 2n －14＝12⎝⎛⎭⎫a 2n －1＋14－14 ＝12⎝⎛⎭⎫a 2n －1－14＝12b n (n ∈N *)． ∴{b n }是首项为a －14，公比为12的等比数列． (理)(2010·湖南文)给出下面的数表序列：表1 表2 表3 …1 1 3 1 3 54 4 812其中表n (n ＝1,2,3，…)有n 行，第1行的n 个数是1,3,5，…，2n －1，从第2行起，每行中的每个数都等于它肩上的两数之和．(1)写出表4，验证表4各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成等比数列，并将结论推广到表n (n ≥3)(不要求证明)；(2)每个数表中最后一行都只有一个数，它们构成数列，1,4,12，…，记此数列为{b n }．求和：b 3b 1b 2＋b 4b 2b 3＋…＋b n ＋2b n b n ＋1(n ∈N *)． [解析] (1)表4为1 3 5 74 8 1212 2032它的第1,2,3,4行中的数的平均数分别是4,8,16,32，它们构成首项为4，公比为2的等比数列．将这一结论推广到表n (n ≥3)，即表n (n ≥3)各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n ，公比为2的等比数列．简证如下(对考生不作要求)首先，表n (n ≥3)的第1行1,3,5，…，2n －1是等差数列，其平均数为1＋3＋…＋(2n －1)n＝n ；其次，若表n 的第k (1≤k ≤n －1)行a 1，a 2，…，a n －k ＋1是等差数列，则它的第k ＋1行a 1＋a 2，a 2＋a 3，…，a n －k ＋a n －k ＋1也是等差数列．由等差数列的性质知，表n 的第k 行中的数的平均数与第k ＋1行中的数的平均数分别是a 1＋a n －k ＋12，a 1＋a 2＋a n －k ＋a n －k ＋12＝a 1＋a n －k ＋1.由此可知，表n (n ≥3)各行中的数都成等差数列，且各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n ，公比为2的等比数列．(2)表n 的第1行是1,3,5，…，2n －1，其平均数是1＋3＋5＋…＋(2n －1)n＝n . 由(1)知，它的各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n ，公比为2的等比数列(从而它的第k 行中的数的平均数是n ·2k －1)，于是，表n 中最后一行的唯一一个数为b n ＝n ·2n －1.因此b k ＋2b k b k ＋1＝(k ＋2)2k ＋1k ·2k －1·(k ＋1)·2k ＝k ＋2k (k ＋1)·2k －2＝2(k ＋1)－k k (k ＋1)·2k －2＝1k ·2k －3－1(k ＋1)·2k －2(k ＝1,2,3，…，n ) 故b 3b 1b 2＋b 4b 2b 3＋…＋b n ＋2b n b n ＋1＝⎝⎛⎭⎫11×2－2－12×2－1＋⎝⎛⎭⎫12×2－1－13×20＋…＋⎣⎡⎦⎤1n ×2n －3－1(n ＋1)×2n －2 ＝11×2－2－1(n ＋1)×2n －2＝4－1(n ＋1)×2n －2. 17．(文)已知等比数列{a n }的前n 项和为S n ，若a m ，a m ＋2，a m ＋1(m ∈N *)成等差数列，试判断S m ，S m ＋2，S m ＋1是否成等差数列，并证明你的结论．[解析] 设等比数列{a n }的首项为a 1，公比为q (a 1≠0，q ≠0)，若a m ，a m ＋2，a m ＋1成等差数列，则2a m ＋2＝a m ＋a m ＋1.∴2a 1q m ＋1＝a 1q m －1＋a 1q m .∵a 1≠0，q ≠0，∴2q 2－q －1＝0.解得q ＝1或q ＝－12. 当q ＝1时，∵S m ＝ma 1，S m ＋1＝(m ＋1)a 1，S m ＋2＝(m ＋2)a 1，∴2S m ＋2≠S m ＋S m ＋1.∴当q ＝1时，S m ，S m ＋2，S m ＋1不成等差数列．当q ＝－12时，S m ，S m ＋2，S m ＋1成等差数列． 证明如下：证法1：∵(S m ＋S m ＋1)－2S m ＋2＝(S m ＋S m ＋a m ＋1)－2(S m ＋a m ＋1＋a m ＋2)＝－a m ＋1－2a m ＋2＝－a m ＋1－2qa m ＋1＝－a m ＋1－2a m ＋1⎝⎛⎭⎫－12＝0， ∴2S m ＋2＝S m ＋S m ＋1.∴当q ＝－12时，S m ，S m ＋2，S m ＋1成等差数列． 证法2：∵2S m ＋2＝2a 1⎣⎡⎦⎤1－⎝⎛⎭⎫－12m ＋21＋12＝43a 1⎣⎡⎦⎤1－⎝⎛⎭⎫－12m ＋2， 又S m ＋S m ＋1＝a 1⎣⎡⎦⎤1－⎝⎛⎭⎫－12m 1＋12＋a 1⎣⎡⎦⎤1－⎝⎛⎭⎫－12m ＋11＋12＝23a 1⎣⎡⎦⎤2－⎝⎛⎭⎫－12m －⎝⎛⎭⎫－12m ＋1 ＝23a 1⎣⎡⎦⎤2－4⎝⎛⎭⎫－12m ＋2＋2⎝⎛⎭⎫－12m ＋2 ＝43a 1⎣⎡⎦⎤1－⎝⎛⎭⎫－12m ＋2， ∴2S m ＋2＝S m ＋S m ＋1.∴当q ＝－12时，S m ，S m ＋2，S m ＋1成等差数列． (理)已知函数f (x )对任意的实数x 、y 都有f (x ＋y )＝f (x )＋f (y )－1，且当x >0时，f (x )>1.(1)求证：函数f (x )在R 上是增函数；(2)若关于x 的不等式f (x 2－ax ＋5a )<2的解集为{x |－3<x <2}，求f (2010)的值；(3)在(2)的条件下，设a n ＝|f (n )－14|(n ∈N *)，若数列{a n }从第k 项开始的连续20项之和等于102，求k 的值．[解析] (1)证明：设x 1>x 2，则x 1－x 2>0，从而f (x 1－x 2)>1，即f (x 1－x 2)－1>0. f (x 1)＝f [x 2＋(x 1－x 2)]＝f (x 2)＋f (x 1－x 2)－1>f (x 2)，故f (x )在R 上是增函数．(2)设f (b )＝2，于是不等式化为f (x 2－ax ＋5a )<f (b )．则x 2－ax ＋5a <b ，即x 2－ax ＋5a －b <0.∵不等式f (x 2－ax ＋5a )<2的解集为{x |－3<x <2}．∴方程x 2－ax ＋5a －b ＝0的两根为－3和2，于是⎩⎪⎨⎪⎧ －3＋2＝a －3×2＝5a －b ，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝－1b ＝1，∴f (1)＝2. 在已知等式中令x ＝n ，y ＝1得，f (n ＋1)－f (n )＝1.所以{f (n )}是首项为2，公差为1的等差数列．f (n )＝2＋(n －1)×1＝n ＋1，故f (2010)＝2011.(3)a k ＝|f (k )－14|＝|(k ＋1)－14|＝|k －13|.设从第k 项开始的连续20项之和为T k ，则T k ＝a k ＋a k ＋1＋…＋a k ＋19.当k ≥13时，a k ＝|k －13|＝k －13，T k ≥T 13＝0＋1＋2＋3＋…＋19＝190>102.当k <13时，a k ＝|k －13|＝13－k .T k ＝(13－k )＋(12－k )＋…＋1＋0＋1＋…＋(k ＋6)＝k 2－7k ＋112.令k 2－7k ＋112＝102，解得k ＝2或k ＝5.[点评] 当k ≥13时，a k ＝|k －13|＝k －13，令T k ＝20(k －13)＋20×192×1＝102，无正整数解，故k ≥13时，T k 不可能取值为102.。
