【精品推荐】2015年高考理科数学(鲁闽皖津京)二轮突破练4份

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突破练(一) ................................................................................................................................ 1 突破练(二) ................................................................................................................................ 7 突破练(三) .............................................................................................................................. 13 突破练(四) (20)突破练(一)1.已知函数f (x )=sin x ·cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6+cos 2x -12.(1)求函数f (x )的最大值,并写出f (x )取最大值时x 的取值集合;(2)在△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,若f (A )=12,b +c =3.求a 的最小值.解 (1)f (x )=sin x ⎝ ⎛⎭⎪⎫32cos x +12sin x +cos 2x -12=32sin x cos x +12cos 2x =12⎝ ⎛⎭⎪⎫32sin 2x +12cos 2x +14=12sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6+14. ∴函数f (x )的最大值为34.当f (x )取最大值时sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6=1,∴2x +π6=2k π+π2(k ∈Z ),解得x =k π+π6,k ∈Z .故x 的取值集合为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x |x =k π+π6,k ∈Z .(2)由题意f (A )=12sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2A +π6+14=12,化简得sin (2A +π6)=12.∵A ∈(0,π),∴2A +π6∈(π6,13π6),∴2A +π6=5π6, ∴A =π3.在△ABC 中,根据余弦定理,得a 2=b 2+c 2-2bc cos π3=(b +c )2-3bc . 由b +c =3,知bc ≤⎝⎛⎭⎪⎫b +c 22=94,即a 2≥94. ∴当b =c =32时,a 取最小值32.2.某市为“市中学生知识竞赛”进行选拔性测试,且规定:成绩大于或等于90分的有参赛资格,90分以下(不包括90分)的被淘汰,若有500人参加测试,学生成绩的频率分布直方图如图.(1)求获得参赛资格的人数;(2)根据频率分布直方图,估算这500名学生测试的平均成绩;(3)若知识竞赛分初赛和复赛,在初赛中每人最多有5次选题答题的机会,累计答对3题或答错3题即终止,答对3题者方可参加复赛,已知参赛者甲答对每一个问题的概率都相同,并且相互之间没有影响,已知他连续两次答错的概率为19,求甲在初赛中答题个数ξ的分布列及数学期望E (ξ).解 (1)由频率分布直方图得,获得参赛资格的人数为500×(0.005 0+0.004 3+0.003 2)×20=125人.(2)设500名学生的平均成绩为x ,则x =[(30+50)×0.0 065+(50+70)×0.0 140+(70+90)×0.0 170+(90+110)×0.0 050+(110+130)×0.0 043+(130+150)×0.0 032]×12×20=74.84分.(3)设学生甲答对每道题的概率为P (A ),则[1-P (A )]2=19,P (A )=23.学生甲答题个数ξ的可能值为3,4,5. 则P (ξ=3)=⎝ ⎛⎭⎪⎫233+⎝ ⎛⎭⎪⎫133=13,P (ξ=4)=C 13⎝ ⎛⎭⎪⎫13⎝ ⎛⎭⎪⎫233+C 13⎝ ⎛⎭⎪⎫23⎝ ⎛⎭⎪⎫133=1027, P (ξ=5)=C 24⎝ ⎛⎭⎪⎫132⎝ ⎛⎭⎪⎫232=827.所以ξ的分布列为 ξ 3 4 5 P131027827E (ξ)=3×13+4×1027+5×827=10727.3.数列{a n }的前n 项和为S n ,若a n +1=-4S n +1,a 1=1. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =na n ,求数列{b n }的前n 项和T n . 解 (1)当n ≥2时,a n =-4S n -1+1, 又a n +1=-4S n +1,∴a n +1-a n =-4a n ,即a n +1a n =-3,n ≥2,又a 2=-4a 1+1=-3,a 1=1,∴数列{a n }是首项为a 1=1,公比为q =-3的等比数列, ∴a n =(-3)n -1.(2)由(1)可得b n =n ·(-3)n -1,T n =1·(-3)0+2·(-3)1+3·(-3)2+…+(n -1)·(-3)n -2+n ·(-3)n -1, -3T n =1·(-3)1+2·(-3)2+…+(n -2)·(-3)n -2+(n -1)·(-3)n -1+n (-3)n , ∴4T n =1+(-3)1+(-3)2+…+(-3)n -1-n ·(-3)n , 所以,T n =1-(4n +1)(-3)n 16.4.如图,在直角梯形ABCP 中,AP ∥BC ,AP ⊥AB ,AB =BC =12AP =2,D 是AP 的中点,E 、G 分别为PC 、CB 的中点,F 是PD 上的点,将△PCD 沿CD 折起,使得PD ⊥平面ABCD .(1)若F 是PD 的中点,求证:AP ∥平面EFG ;(2)当二面角G -EF -D 的大小为π4时,求FG 与平面PBC 所成角的余弦值.(1)证明 F 是PD 的中点时,EF ∥CD ∥AB ,EG ∥PB ,∴AB ∥平面EFG ,PB ∥平面EFG ,AB ∩PB =B ,∴平面P AB ∥平面EFG ,AP ⊂平面P AB ,∴AP ∥平面EFG .(2)解 建立如图所示的坐标系,则有G (1,2,0),C (0,2,0),P (0,0,2),E (0,1,1),B (2,2,0),设F (0,0,a ),GF →=(-1,-2,a ),GE →=(-1,-1,1),设平面EFG的法向量n 1=(x ,y,1),则有 ⎩⎨⎧-x -2y +a =0,-x -y +1=0, 解得⎩⎨⎧x =2-a ,y =a -1,∴n 1=(2-a ,a -1,1).取平面EFD 的法向量n 2=(1,0,0),依题意, cos 〈n 1,n 2〉=2-a (2-a )2+(a -1)2+1=22, ∴a =1,于是GF→=(-1,-2,1).设平面PBC 的法向量n 3=(m ,n,1),PC→=(0,2,-2),BC →=(-2,0,0),则有⎩⎨⎧ 2n -2=0,-2m =0,解得⎩⎨⎧m =0,n =1.∴n 3=(0,1,1). 设FG 与平面PBC 所成角为θ,则有sin θ=|cos 〈GF →,n 3〉|=16·2=36,故有cos θ=336.5.过抛物线y 2=4x 的焦点F 作倾斜角为锐角的直线l ,l 与抛物线的一个交点为A ,与抛物线的准线交于点B ,且AF→=FB →.(1)求以AB 为直径的圆被抛物线的准线截得的弦长;(2)平行于AB 的直线与抛物线相交于C 、D 两点,若在抛物线上存在一点P ,使得直线PC 与PD 的斜率之积为-4,求直线CD 在y 轴上截距的最大值. 解 (1)过A 作y 2=4x 准线的垂线AH ,垂足为H , 则|AH |=|AF |=12|AB |,所以直线AB 的方程为y =3(x -1),所以B (-1,-23),|BF |=4,所以,以AB 为直径的圆为(x -1)2+y 2=16,所以,截得的弦长为4 3.(2)设直线CD :y =3x +m ,P ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 204,y 0,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 214,y 1,D ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 224,y 2, 把y =3x +m 代入y 2=4x ,消去x 得,3y 2-4y +4m =0,则y 1+y 2=43,y 1·y 2=4m 3,Δ=16-163m >0,所以m <33, 所以,k PC ·k PD =4y 1+y 0·4y 2+y 0=-4, 所以y 1·y 2+y 0(y 1+y 2)+y 20=-4, 所以y 20+4y 03+4m3=-4, 所以3y 20+4y 0+(4m +43)=0.所以Δ=16-43(4m+43)≥0,所以m≤-23 3当m=-233时,直线CD:y=3x-233,所以直线在y轴上截距最大值为-23 3.6.已知函数f(x)=ln x.(1)求证:当0<x<1时,f(1+x)<x-x3 6;(2)设g(x)=ax-(x+1)f(x+1),若g(x)的最大值不大于0,求a的取值集合;(3)求证:(1+1)(1+12) (1)1n)>e n-25(n∈N*).(1)证明要证f(x+1)<x-16x3(0<x<1),即证:ln(x+1)<x-16x3(0<x<1),设u(x)=x-16x3-ln(x+1)(0<x<1),则u′(x)=-x(x+2)(x-1)2(x+1)>0,所以,u(x)在(0,1)递增,即u(x)>u(0)=0.从而f(x+1)<x-16x3(0<x<1)成立.(2)解g(x)=ax-(x+1)ln(x+1),∴g′(x)=a-[1+ln(x+1)],令g′(x0)=0,则x0=e a-1-1.x (-1,x0)x0(x0,+∞)g′(x)+0-g(x)极大∴g(x)max=g(x)极大值=g(x0)=a(e a-1-1)-(a-1)e a-1=e a-1-a,令a-1=x,则a=x+1,∴g(x)max=e x-(x+1),设h(x)=e x-(x+1),则h′(x)=e x-1.令h′(x)=0,则x=0.x (-∞,0)0(0,+∞)g ′(x ) - 0 + g (x )极小所以,h (x )≥h (0)=0,从而有e a -1-a ≥0,又因为g (x )max =e a -1-a ≤0,所以,e a -1-a =0,即:a =1. (3)证明 要证(1+1)⎝⎛⎭⎪⎫1+12…+⎝⎛⎭⎪⎫1+1n >e ,即证:ln(1+1)+ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12+…+ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n >n -25,由(2)可知ln(x +1)≥x x +1,令x =1n, 当n ≥3时,ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n ≥11+n >1n -1+n=n -n -1,所以,ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12≥2-1,ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+13>3-2,…,ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n >n -n -1,所以,ln(1+1)+ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12+…+ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n >n -1+ln 2>n -25,即:(1+1)⎝⎛⎭⎪⎫1+12…(1+1n)>e 成立.突破练(二)1.已知函数f (x )=A sin (ωx -π6)(ω>0)相邻两个对称轴之间的距离是π2,且满足,f (π4)= 3.(1)求f (x )的单调递减区间;(2)在钝角△ABC 中,a 、b 、c 分别为角A 、B 、C 的对边,sin B =3sin C ,a =2,f (A )=1,求△ABC 的面积. 解 (1)由题意知周期T =π,∴ω=2,因为f (π4)=3,所以A =2,f (x )=2sin (2x -π6),由π2+2k π≤2x -π6≤3π2+2k π(k ∈Z ),∴π3+k π≤x ≤5π6+k π(k ∈Z ),所以f (x )的单调递减区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3+k π,5π6+k π(k ∈Z ).(2)由题意b =3c ,f (A )=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2A -π6=1,∴sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2A -π6=12,∵ -π6<2A -π6<11π6,∴A =π6或π2,因为△ABC 为钝角三角形,所以A =π2舍去,故A =π6, ∵a 2=b 2+c 2-2bc cos A , ∴4=3c 2+c 2-23c 2×32=c 2,所以c =2,b =23,S △ABC =12×23×2×12= 3. 2.已知正项等比数列{a n }满足a 2=19,a 4=181,n ∈N *. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设数列{b n }满足b n =log 3a n log 3a n +1,求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1b n 的前n 项和T n .解 (1)设公比为q .∵a 4a 2=19=q 2,∴q =13或q =-13.又数列{a n }为正项等比数列,∴q =13. 又∵a 2=19. ∴a 1=13, ∴a n =⎝ ⎛⎭⎪⎫13n,n ∈N *.(2)∵b n =log 3a n ·log 3a n +1,n ∈N *, ∴b n =n (n +1),n ∈N *. ∴1b n=1n (n +1)=1n -1n +1.∴T n =1-12+12-13+…+1n -1n +1=1-1n +1=n n +1.3.某市教育局为了了解高三学生体育达标情况,在某学校的高三学生体育达标成绩中随机抽取100个进行调研,按成绩分组:第1组[75,80),第2组[80,85),第3组[85,90),第4组[90,95),第5组[95,100]得到的频率分布直方图如图所示.若要在成绩较高的第3,4,5组中用分层抽样抽取6名学生进行复查.(1)已知学生甲和学生乙的成绩均在第四组,求学生甲和学生乙至少有一人被选中复查的概率;(2)在已抽取到的6名学生中随机抽取3名学生接受篮球项目的考核,设第三组中有ξ名学生接受篮球项目的考核,求ξ的分布列和数学期望.解(1)设“学生甲和学生乙至少有一人参加复查”为事件A,第三组人数为100×0.06×5=30,第四组人数为100×0.04×5=20,第五组人数为100×0.02×5=10,根据分层抽样知,第三组应抽取3人,第四组应抽取2人,第五组应抽取1人,第四组的学生甲和学生乙至少有1人进入复查,则:P(A)=C12·C118+1C220=37190.(2)第三组应有3人进入复查,则随机变量ξ可能的取值为0,1,2,3.且P(ξ=i)=C i3C3-i3C36(i=0、1、2、3),则随机变量ξ的分布列为:ξ012 3P120920920120E(ξ)=0×120+1×920+2×920+3×120=32.4. 如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,AB=2AD=4,BD=23,PD⊥底面ABCD.(1)证明:平面PBC ⊥平面PBD ; (2)若二面角P -BC -D 大小为π4,求AP 与平面PBC 所成角的正弦值.(1)证明 ∵CD 2=BC 2+BD 2.∴BC ⊥BD . 又∵PD ⊥底面ABCD .∴PD ⊥BC . 又∵PD ∩BD =D .∴BC ⊥平面PBD .而BC ⊂平面PBC , ∴平面PBC ⊥平面PBD .(2)解 由(1)所证,BC ⊥平面PBD ,所以∠PBD 即为二面P -BC -D 的平面角,即∠PBD =π4.而BD =23,所以PD =2 3.因为底面ABCD 为平行四边形,所以DA ⊥DB ,分别以DA 、DB 、DP 为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系. 则A (2,0,0),B (0,23,0),C (-2,23,0),P (0,0,23), 所以,AP→=(-2,0,23),BC →=(-2,0,0),BP→=(0,-23,23),设平面PBC 的法向量为n =(a ,b ,c ),则⎩⎪⎨⎪⎧n ·BC →=0,n ·BP →=0,即⎩⎨⎧-2a =0,-23b +23c =0. 令b =1则n =(0,1,1),∴AP 与平面PBC 所成角的正弦值为sin θ=||AP →·n ||AP →||n =234×2=64.5.已知圆C 1的圆心在坐标原点O ,且恰好与直线l 1:x -2y +35=0相切,点A 为圆上一动点,AM ⊥x 轴于点M ,且动点N 满ON→=33OA →+(1-33)OM →,设动点N 的轨迹为曲线C . (1)求曲线C 的方程;(2)直线l 与直线l 1垂直且与曲线C 交于B 、D 两点,求△OBD 面积的最大值. 解 (1)设动点N (x ,y ),A (x 0,y 0),因为AM ⊥x 轴于M ,所以M (x 0,0),设圆C 1的方程为x 2+y 2=r 2,由题意得r =|35|1+4=3, 所以圆C 1的方程为x 2+y 2=9, 由题意,ON→=33OA →+(1-33)OM →,得(x ,y )=33(x 0,y 0)+(1-33)(x 0,0),所以⎩⎨⎧x =x 0,y =33y 0,即⎩⎨⎧x 0=x ,y 0=3y . 将A (x ,3y )代入x 2+y 2=9,得动点N 的轨迹方程x 29+y 23=1. (2)由题意可设直线l :2x +y +m =0,设直线l 与椭圆 x 29+y 23=1交于B (x 1,y 1),D (x 2,y 2),联立方程⎩⎨⎧y =-2x -m ,x 2+3y 2=9得13x 2+12mx +3m 2-9=0,Δ=144m 2-13×4(3m 2-9)>0,解得m 2<39, x 1,2=-12m ±468-12m 226=-6m ±117-3m 213,又因为点O 到直线l 的距离d =|m |5, BD =5·|x 1-x 2|=5·2117-3m 213,所以S △OBD =12·|m |5·5·2117-3m 213=m 2(117-3m 2)13=3m 2(39-m 2)13≤332(当且仅当m 2=39-m 2即m 2=392时取到最大值).所以△OBD 面积的最大值为332.6.已知函数f (x )=⎩⎨⎧-e 2x+bx +c ,x ≤1,a (x 2ln x -x +1)+1,x >1,函数f (x )在x =0处取得极值1.(1)求实数b ,c 的值;(2)求f (x )在区间[-2,2]上的最大值.解 (1)由题意当x =0时,f (0)=c -1=1,∴c =2, 当x <1时,f ′(x )=-2e 2x +b ,依题意得f ′(0)=-2e 0+b =0,∴b =2, 经检验⎩⎨⎧b =2,c =2符合条件.(2)由(1)知,f (x )=⎩⎨⎧-e 2x+2x +2,x ≤1,a (x 2ln x -x +1)+1,x >1,①当-2≤x ≤1时,f (x )=-e 2x +2x +2,f ′(x )=-2e 2x +2,令f ′(x )=0得x =0,当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:x -2 (-2,0) 0 (0,1) 1 f ′(x ) + 0 - f (x )-e -4-2递增极大值1递减4-e 2由上表可知f(x)在[-2,1]上的最大值为1.②当1<x≤2时,f(x)=a(x2ln x-x+1)+1.f′(x)=a(2x ln x+x-1),令g(x)=2x ln x+x-1,当1<x≤2时,显然g(x)>0恒成立,当a<0时,f′(x)=a(2x ln x+x-1)<0,f(x)在(1,2]单调递减,所以f(x)<f(1)=1恒成立.此时函数在[-2,2]上的最大值为1;当a=0时,在(1,2]上f(x)=1,当a>0时,在(1,2]上f′(x)=a(2x ln x+x-1)>0,所以在(1,2]上,函数f(x)为单调递增函数.所以f(x)在(1,2]上最大值为a(4ln 2-1)+1,因为a(4ln 2-1)+1>1,故函数f(x)在[-2,2]上的最大值为a(4 ln 2-1)+1.综上:当a≤0时,f(x)在[-2,2]上的最大值为1;当a>0时,f(x)在[-2,2]上的最大值为a(4 ln 2-1)+1.突破练(三)1.设函数f(x)=sin (ωx+π6)+2sin2ωx2(ω>0),已知函数f(x)的图象的相邻对称轴的距离为π.(1)求函数f(x)的解析式;(2)若△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c(其中b<c)且f(A)=3 2,△ABC的面积为S=63,a=27,求b,c的值.解(1)f(x)=32sin ωx+12cos ωx+1-cos ωx=32sin ωx-12cos ωx+1=sin (ωx-π6)+1.∵函数f(x)的图象的相邻两对称轴间的距离为π.∴函数f(x)的周期为2π.∴ω=1.∴函数f (x )的解析式为f (x )=sin (x -π6)+1. (2)由f (A )=32,得sin (A -π6)=12.又∵A ∈(0,π),∴A =π3.∵S =12bc sin A =6 3. ∴12bc sin π3=63,bc =24.由余弦定理,得a 2=(27)2=b 2+c 2-2bc cos π3=b 2+c 2-24. ∴b 2+c 2=52.又∵b <c ,解得b =4,c =6.2.为了了解某校今年高三男生的身体状况,随机抽查了部分男生,将测得的他们的体重(单位:千克)数据整理后,画出了频率分布直方图(如图).已知图中从左到右的前3个小组的频率之比为1∶2∶3,其中第2小组的频数为12.(1)求该校随机抽查的部分男生的总人数;(2)以这所学校的样本数据来估计全市的总体数据,若从全市高三男生中任选3人,设X 表示体重超过55千克的学生人数,求X 的数学期望.解 (1)设该校随机抽查的部分男生的总人数为n ,前3个小组的频率分别为P 1、P 2、P 3,则⎩⎨⎧P 2=2P 1,P 3=3P 1,P 1+P 2+P 3+(0.037 5+0.012 5)×5=1,解得⎩⎨⎧P 1=0.125,P 2=0.25,P 3=0.375.因为P 2=0.25=12n ,所以n =48.(2)由(1)可得,一个男生体重超过55千克的概率为P =P 3+(0.037 5+0.012 5)×5=58.所以X ~B (3,58),所以P (X =k )=C k 3(58)k (38)3-k,k =0,1,2,3. 随机变量X 的分布列为(可不写):X 0 1 2 3 P27512135512225512125512则E (X )=0×27512+1×135512+2×225512+3×125512=158. (或:E (X )=3×58=158)3.已知数列{a n }的各项均为正数,前n 项和为S n ,且S n =a n (a n +1)2(n ∈N *).(1)求数列{a n }的通项公式; (2)设b n =2S n(-2)n (n +1),T n =b 1+b 2+…+b n ,求T n .解 (1)∵S n =a n (a n +1)2,n ∈N *,当n =1时,S 1=a 1(a 1+1)2,∴a 1=1. 由⎩⎨⎧2S n =a 2n +a n2S n -1=a 2n -1+a n -1(n ≥2)得,2a n =2(S n -S n -1)=a 2n -a 2n -1+a n -a n -1, ∴(a n +a n -1)(a n -a n -1-1)=0,∵a n +a n -1>0, ∴a n -a n -1=1(n ≥2),∴数列{a n }是等差数列, ∴a n =n . (2)由(1)知S n =n (n +1)2,∴b n =2S n (-2)n(n +1)=n(-2)n, ∴T n =1-2+2(-2)2+…+n -1(-2)n -1+n(-2)n , -2T n =1+2-2+…+n -1(-2)n -2+n (-2)n -1,两式相减,得-3T n =1+1-2+1(-2)2+…+1(-2)n -1-n(-2)n=1-1(-2)n 1-⎝ ⎛⎭⎪⎫-12-n (-2)n =23⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-1(-2)n -n(-2)n , ∴T n =-29+2+3n 9⎝ ⎛⎭⎪⎫-12n.4.已知斜三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,∠BCA =90°,AA 1=AC =BC =2,A 1在底面ABC 上的射影恰为AC 的中点D . (1)求证:BA 1⊥AC 1;(2)求二面角A -A 1B -C 的余弦值.(1)证明 取AB 的中点E ,连接DE ,则DE ∥BC . ∵BC ⊥AC ,∴DE ⊥AC .∵A 1在底面ABC 上的射影恰为AC 的中点D ,∴A 1D ⊥平面ABC .∴分别以DE ,DC ,DA 1所在直线为x ,y ,z 轴建立如图所示的空间直角坐标系D -xyz .则A (0,-1,0),C (0,1,0),B (2,1,0),A 1(0,0,3),C 1(0,2,3),∴AC 1→=(0,3,3),BA 1→=(-2,-1,3). ∴AC 1→·BA 1→=0,BA 1⊥AC 1.(2)解 设平面A 1AB 的法向量为n =(x 1,y 1,z 1). AA 1→=(0,1,3),AB →=(2,2,0), 由⎩⎪⎨⎪⎧n ·AA 1→=0,n ·AB →=0,得⎩⎨⎧y 1+3z 1=02x 1+2y 1=0,令z 1=1, 得x 1=3,y 1=-3, ∴n =(3,-3,1).设平面A 1BC 的法向量为m =(x 2,y 2,z 2). CA 1→=(0,-1,3),CB →=(2,0,0), 由⎩⎪⎨⎪⎧m ·CA 1→=0,m ·CB →=0,得⎩⎨⎧-y 2+3z 2=0,2x 2=0,令z 2=1,得y 2=3,∴m =(0,3,1). 故cos 〈m ,n 〉=m ·n |m |·|n |=-77. 易知二面角A -A 1B -C 为锐二面角, ∴二面角A -A 1B -C 的余弦值为77.5.已知点P (1,-32)在椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)上,过椭圆C 的右焦点F 2(1,0)的直线l 与椭圆C 交于M ,N 两点. (1)求椭圆C 的方程;(2)若AB 是椭圆C 经过原点O 的弦,且MN ∥AB ,W =|AB |2|MN |.试判断W 是否为定值?若W 为定值,请求出这个定值;若W 不是定值,请说明理由. 解 (1)椭圆C 的右焦点坐标为(1,0),∴c =1,椭圆C 的左焦点坐标为(-1,0),可得2a =(1+1)2+(-32)2+(1-1)2+(-32)2=52+32=4,解得a =2,∴b 2=a 2-c 2=4-1=3, ∴椭圆C 的标准方程为x 24+y 23=1.(2)①当直线斜率不存在时,|AB |2=(2b )2=4b 2, |MN |=2b 2a ,∴W =|AB |2|MN |=4b 22b 2a=2a =4.②当直线斜率存在时,设直线l 的方程为y =k (x -1)(k ≠0),且M (x 1,y 1),N (x 2,y 2).由⎩⎪⎨⎪⎧x 24+y 23=1y =k (x -1)得,(3+4k 2)x 2-8k 2x +4k 2-12=0, x 1+x 2=8k 23+4k 2,x 1x 2=4k 2-123+4k 2,|MN |=1+k 2|x 1-x 2|= (1+k 2)[(x 1+x 2)2-4x 1x 2]=(1+k 2)[(8k 23+4k 2)2-4×4k 2-123+4k 2]=12(k 2+1)3+4k 2.设直线AB 的方程为y =kx (k ≠0), 由⎩⎨⎧x 24+y 23=1y =kx消去y ,并整理得:x 2=123+4k 2,设A (x 3,y 3),B (x 4,y 4),则 |AB |=1+k 2|x 3-x 4|=43(1+k 2)3+4k 2,∴W =|AB |2|MN |=48(1+k 2)3+4k 212(1+k 2)3+4k 2=4.由①②可得,W 为定值4.综上所述,W 为定值1.6.已知函数f (x )=ax -bx ln x ,其图象经过点(1,1),且在(e ,f (e))处的切线斜率为3(e为自然对数的底数).(1)求实数a、b的值;(2)若k∈Z,且k<f(x)x-1对任意x>1恒成立,求k的最大值;(3)证明:2ln 2+3ln 3+…+n ln n>(n-1)2(n∈N*,n>1).(1)解因为f(1)=1,所以a=1,此时f(x)=x-bx ln x,f′(x)=1-b(1+ln x),依题意,f′(e)=1-b(1+ln e)=3,所以b=-1.(2)解由(1)知:f(x)=x+x ln x,当x>1时,设g(x)=f(x)x-1=x+x ln xx-1,则g′(x)=x-2-ln x (x-1)2.设h(x)=x-2-ln x,则h′(x)=1-1x>0,h(x)在(1,+∞)上是增函数.因为h(3)=1-ln 3<0,h(4)=2-ln 4>0,所以,存在x0∈(3,4),使h(x0)=0.当x∈(1,x0)时,h(x)<0,g′(x)<0,即g(x)在(1,x0)上为减函数;同理g(x)在(x0,+∞)上为增函数,从而g(x)的最小值为g(x0)=x0+x0ln x0x0-1=x0,因为x0∈(3,4),所以k的最大值为3.(3)证明由(2)知,当x>1时,f(x)x-1>3,所以f(x)>3x-3,即x+x ln x>3x-3,x ln x>2x-3,所以2ln 2+3ln 3+…+n ln n>(2×2-3)+(2×3-3)+…+(2n-3)=2(2+3+…+n)-3(n-1)=2×(n-1)(2+n)2-3n+3=n2-2n+1=(n-1)2(n∈N*,n>1).突破练(四)1.已知函数f (x )=2cos 2x +3sin 2x ,x ∈R . (1)求函数f (x )的单调递增区间;(2)将函数f (x )图象上所有点的横坐标伸长为原来的2倍,纵坐标不变得到函数h (x )的图象,再将h (x )的图象向右平移π3个单位得到g (x )的图象,求函数g (x )的解析式,并求g (x )在[0,π]上的值域.解 (1)∵f (x )=2cos 2x +3sin 2x =1+cos 2x +3sin 2x , ∴f (x )=2sin (2x +π6)+1.由2k π-π2≤2x +π6≤2k π+π2,k ∈Z . 得k π-π3≤x ≤k π+π6,k ∈Z∴f (x )的单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π-π3,k π+π6,k ∈Z . (2)∵f (x )=2sin (2x +π6)+1――→横坐标伸长为原来的2倍纵坐标不变h (x )=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6+1,∵x ∈[0,π],∴x -π6∈[-π6,5π6]. ∴sin (x -π6)∈[-12,1]. ∴g (x )在[0,π]上的值域为[0,3].2.今年年初,我国多个地区发生了持续性大规模的雾霾天气,给我们的身体健康产生了巨大的威胁.私家车的尾气排放也是造成雾霾天气的重要因素之一,因此在生活中我们应该提倡低碳生活,少开私家车,尽量选择绿色出行方式,为预防雾霾出一份力.为此,很多城市实施了机动车尾号限行,我市某报社为了解市区公众对“车辆限行”的态度,随机抽查了50人,将调查情况进行整理后制成下表: 年龄(岁) [15,25) [25,35) [35,45) [45,55) [55,65) [65,75] 频数 5 10 15 10 5 5 赞成人数469634(1)完成被调查人员的频率分布直方图;(2)若从年龄在[15,25),[25,35)的被调查者中各随机选取两人进行追踪调查,记选中的4人中不赞成“车辆限行”的人数为ξ,求随机变量ξ的分布列和数学期望.解 各组的频率分布是0.1,0.2,0.3,0.2,0.1,0.1.所以图中各组的纵坐标分别是0.01,0.02,0.03,0.02,0.01,0.01.(2)ξ的所有可能取值为0,1,2,3.P (ξ=0)=C 24C 25·C 26C 210=610×1545=45225=1575, P (ξ=1)=C 14C 25·C 26C 210+C 24C 25·C 14×C 16C 210=410×1545+610×2445=102225=3475, P (ξ=2)=C 14C 25·C 14·C 16C 210+C 24C 25·C 24C 210=410×2445+610×645=66225=2275, P (ξ=3)=C 14C 25·C 24C 210=410×645=12225=475, 所以ξ的分布列是ξ012 3P 157534752275475所以ξ的数学期望E(ξ)=6 5.3.如图所示,平面ABCD⊥平面BCEF,且四边形ABCD为矩形,四边形BCEF 为直角梯形,BF∥CE,BC⊥CE,DC=CE=4,BC=BF=2.(1)求证:AF∥平面CDE;(2)求平面ADE与平面BCEF所成锐二面角的余弦值;(3)求直线EF与平面ADE所成角的余弦值.(1)证明法一取CE的中点为G,连接DG,FG.∵BF∥CG且BF=CG,∴四边形BFGC为平行四边形,则BC∥FG,且BC=FG.∵四边形ABCD为矩形,∴BC∥AD且BC=AD,∴FG∥AD且FG=AD,∴四边形AFGD为平行四边形,则AF∥DG.∵DG⊂平面CDE,AF⊄平面CDE,∴AF∥平面CDE.法二在矩形ABCD中有AB∥CD,∵CD ⊂平面CDE ,AB ⊄平面CDE , ∴AB ∥平面CDE .在梯形BCEF 中有BF ∥CE . ∵CE ⊂平面CDE ,BF ⊄平面CDE , ∴BF ∥平面CDE .又∵AB ∩BF =B ,且AB ⊂平面ABF ,BF ⊂平面ABF , ∴平面ABF ∥平面CDE . 又∵AF ⊂平面ABF , ∴AF ∥平面CDE .(2)解 ∵四边形ABCD 为矩形,∴BC ⊥CD ,又∵平面ABCD ⊥平面BCEF ,且平面ABCD ∩平面BCEF =BC , BC ⊥CE ,∴DC ⊥平面BCEF .以C 为原点,CB 所在直线为x 轴,CE 所在直线为y 轴,CD 所在直线为z 轴建立如图所示的空间直角坐标系, 根据题意我们可得以下点的坐标:A (2,0,4),B (2,0,0),C (0,0,0),D (0,0,4),E (0,4,0),F (2,2,0),则AD →=(-2,0,0),DE→=(0,4,-4). 设平面ADE 的一个法向量为n 1=(x 1,y 1,z 1), 则⎩⎪⎨⎪⎧AD →·n 1=0,DE →·n 1=0,∴⎩⎨⎧-2x =0,4y 1-4z 1=0,取z 1=1,得n 1=(0,1,1). ∵DC ⊥平面BCEF .∴平面BCEF 的一个法向量为CD→=(0,0,4).设平面ADE 与平面BCEF 所成锐二面角的大小为α, 则cos α=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪CD →·n 1|CD →|·|n 1|=44×2=22, 因此,平面ADE 与平面BCEF 所成锐二面角的余弦值为22. (3)解 根据(2)知平面ADE 的一个法向量为 n 1=(0,1,1),∵EF→=(2,-2,0),∴cos 〈EF →,n 1〉=EF →·n 1|EF →|·|n 1|=-222×2=-12,设直线EF 与平面ADE 所成的角为θ, 则cos θ=|sin 〈EF →,n 1〉|=32,因此,直线EF 与平面ADE 所成角的余弦值为32.4.已知数列{a n }的前n 项和S n =a n +n 2-1,数列{b n }满足3n ·b n +1=(n +1)a n +1-na n ,且b 1=3. (1)求a n ,b n ;(2)设T n 为数列{b n }的前n 项和,求T n .解 (1)当n ≥2时,S n =a n +n 2-1,S n -1=a n -1+(n -1)2-1, 两式相减,得a n =a n -a n -1+2n -1,∴a n -1=2n -1, ∴a n =2n +1,∴3n ·b n +1=(n +1)(2n +3)-n (2n +1)=4n +3, ∴b n +1=4n +33n .∴当n ≥2时,b n =4n -13n -1,又b 1=3适合上式,∴b n =4n -13n -1.(2)由(1)知,b n =4n -13n -1, ∴T n =31+73+1132+…+4n -53n -2+4n -13n -1,①13T n =33+732+1133+…+4n -53n -1+4n -13n ,② ①-②,得23T n =3+43+432+…+43n -1-4n -13n=3+4×13(1-13n -1)1-13-4n -13n=5-4n +53n , ∴T n =152-4n +52×3n -1.5.已知椭圆C 1:x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的短轴长为单位圆C 2:x 2+y 2=1的直径,且椭圆的离心率为63.(1)求椭圆的方程;(2)过椭圆短轴的上顶点B 1作直线分别与单位圆C 2和椭圆C 1交于A ,B 两点(A ,B 两点均在y 轴的右侧),设B 2为椭圆的短轴的下顶点,求∠AB 2B 的最大值.解 (1)由题知b =1,又e =c a =a 2-1a =63,得a 2=3,∴椭圆的方程为x23+y 2=1.(2)由(1)得B 1(0,1),B 2(0,-1),设过椭圆的短轴的上顶点B 1的直线的方程为y =kx +1,由于B 1B 2为圆的直径,所以直线B 2A 的斜率k 1=-1k . 把y =kx +1代入C 1得B (-6k1+3k 2,1-3k 21+3k 2),由题意易知k <0,且直线B 2B 的斜率为k 2=1-3k 21+3k 2+1-6k 1+3k 2=-13k ,所以k 1,k 2>0,且k 1=3k 2,又△B 2AB 是直角三角形,所以∠AB 2B 必为锐角,因为B 2A →与B 2B →的方向向量分别为(1,k 1),(1,k 2),所以B 2A →·B 2B →=(1,k 1)·(1,k 2)=1+3k 22,又B 2A →·B 2B →=1+k 21·1+k 22cos ∠AB 2B , 从而cos ∠AB 2B =1+3k 221+9k 22·1+k 22 =1-4k 221+10k 22+9k 42=1-41k 22+9k 22+10≥32,当且仅当k 2=33时,cos ∠AB 2B 取得最小值32,由∠AB 2B 为锐角得∠AB 2B 的最大值为π6.6.已知函数f (x )=[ax 2+(a -1)2x -a 2+3a -1]e x (a ∈R ). (1)若函数f (x )在(2,3)上单调递增,求实数a 的取值范围;(2)若a =0,设g (x )=f (x )e x +ln x -x ,斜率为k 的直线与曲线y =g (x )交于A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)(其中x 1<x 2)两点,证明:(x 1+x 2)k >2.(1)解 f ′(x )=[]ax 2+(a 2+1)x +a e x ,当a ≥0时,∵x ∈(2,3),∴f (x )在(2,3)上单调递增;当a <0,∵f (x )在(2,3)上单调递增,f ′(x )=a (x +a )(x +1a )·e x≥0,ⅰ)当-1<a <0时,得-a ≤x ≤-1a ,依题意知(2,3)⊆⎣⎢⎡⎦⎥⎤-a ,-1a ,得-13≤a<0;ⅱ)当a =-1时,f ′(x )=-(x -1)2·e x ≤0,不合题意,舍去;ⅲ)当a <-1时,得-1a ≤x ≤-a 依题意知(2,3)⊆⎣⎢⎡⎦⎥⎤-1a ,-a ,得a ≤-3.综上得:a ∈(-∞,-3]∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫-13,+∞.(2)证明 当a =0时,g (x )=f (x )e x +ln x -x =ln x -1, k =ln x 2-ln x 1x 2-x 1,要证(x 1+x 2)k >2,即证(x 1+x 2)·ln x 2-ln x 1x 2-x 1>2,∵x 2-x 1>0,即证ln x 2x 1>2(x 2x 1-1)x 2x1+1(x 2x 1>1).令h (x )=ln x -2(x -1)x +1(x >1),则h ′(x )=1x -4(x +1)2=(x -1)2x (x +1)2>0,∴h (x )在(1,+∞)单调递增,h (x )>h (1)=0.∴ln x 2x 1>2(x 2x 1-1)x 2x 1+1.即(x 1+x 2)k >2成立.。