2009江苏省数学竞赛初赛试题原题详解1
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2009年全国高中数学联赛江苏赛区初赛(2009年5月3日8∶00-10∶00)一、填空题(每小题7分,共70分)1.已知sin αcos β=1,则cos(α+β)= .2.已知等差数列{a n }的前11项的和为55,去掉一项a k 后,余下10项的算术平均值为4.若a 1=-5,则k = .3.设一个椭圆的焦距、短轴长、长轴长成等比数列,则此椭圆的离心率e = .4.已知3x +19x -1=13-31-x,则实数x = .5.如图,在四面体ABCD 中,P 、Q 分别为棱BC 与CD 上的点,且BP =2PC ,CQ =2QD .R 为棱AD 的中点,则点A 、B 到平面PQR 的距离的比值为 .6.设f (x )=log 3x -4-x ,则满足f (x )≥0的x 的取值范围是 .7.右图是某种净水水箱结构的设计草图,其中净水器是一个宽10cm 、体积为3000cm 3的长方体,长和高未定.净水水箱的长、宽、高比净水器的长、宽、高分别长20cm 、20cm 、60cm .若不计净水器中的存水,则净水水箱中最少可以存水 cm 3.8.设点O 是△ABC 的外心,AB =13,AC =12,则→BC ·→AO = . 9.设数列{a n }满足:a n +1a n =2a n +1-2(n =1,2,…),a 2009=2,则此数列的前2009项的和为 .10.设a 是整数,0≤b <1.若a 2=2b (a +b ),则b = . 二、解答题(本大题共4小题,每小题20分,共80分)11.在直角坐标系xOy 中,直线x -2y +4=0与椭圆x 29+y 24=1交于A ,B 两点,F 是椭圆的左焦点.求以O ,F ,A ,B 为顶点的四边形的面积.12.如图,设D 、E 是△ABC 的边AB 上的两点,已知∠ACD =∠BCE ,AC =14,AD =7,AB =28,CE =12.求BC .EBCD ABCDAPQ R13.若不等式x+y≤k2x+y对于任意正实数x,y成立,求k的取值范围.14.⑴写出三个不同的自然数,使得其中任意两个数的乘积与10的和都是完全平方数,请予以验证;⑵是否存在四个不同的自然数,使得其中任意两个数的乘积与10的和都是完全平方数?请证明你的结论.2009年全国高中数学联赛江苏赛区初赛(2009年5月3日8∶00-10∶00)一、填空题(每小题7分,共70分)1.已知sin αcos β=1,则cos(α+β)= . 填0.解:由于|sin α|≤1,|cos β|≤1,现sin αcos β=1,故sin α=1,cos β=1或sin α=-1,cos β=-1,∴ α=2kπ+π2,β=2lπ或α=2kπ-π2,β=2lπ+πα+β=2(k +l )π+π2(k ,l ∈Z).∴ cos(α+β)=0.2.已知等差数列{a n }的前11项的和为55,去掉一项a k 后,余下10项的算术平均值为4.若a 1=-5,则k = .填11.解:设公差为d ,则得 55=-5×11+12×11×10d55d =110d =2.a k =55-4×10=15=-5+2(k -1)k =11.3.设一个椭圆的焦距、短轴长、长轴长成等比数列,则此椭圆的离心率e = . 填-1+52.解:由(2b )2=2c ×2aa 2-c 2=ace 2+e -1=0e =-1+52.4.已知3x +19x -1=13-31-x ,则实数x = .填1.解:即13x -1=3x 3(3x -1)32x -4×3x +3=03x =1(舍去),3x =3x =1.5.如图,在四面体ABCD 中,P 、Q 分别为棱BC 与CD 上的点,且BP =2PC ,CQ =2QD .R 为棱AD 的中点,则点A 、B 到平面PQR 的距离的比值为 .填14. 解:A 、B 到平面PQR 的距离分别为三棱锥APQR 与BPQR 的以三角形PQR 为底的高.故其比值等于这两个三棱锥的体积比.DAQ RV APQR =12V APQD =12×13V APCD =12×13×13V ABCD =118V ABCD ;又,S BPQ =S BCD -S BDQ -S CPQ =(1-13-23×13)S BCD =49S BCD ,V RBPQ =49V RBCD =12×49V ABCD =418V ABCD .∴ A 、B 到平面PQR 的距离的比=1∶4. 又,可以求出平面PQR 与AB 的交点来求此比值:在面BCD 内,延长PQ 、BD 交于点M ,则M 为面PQR 与棱BD 的交点. 由Menelaus 定理知,BM MD ·DQ QC ·CP PB =1,而DQ QC =12,CP PB =12,故BMMD =4.在面ABD 内,作射线MR 交AB 于点N ,则N 为面PQR 与AB 的交点. 由Menelaus 定理知,BM MD ·DR RA ·AN NB =1,而BM MD =4,DR RA =1,故AN NB =14. ∴ A 、B 到平面PQR 的距离的比=1∶4.6.设f (x )=log 3x -4-x ,则满足f (x )≥0的x 的取值范围是 . 填[3,4].解:定义域(0,4].在定义域内f (x )单调增,且f (3)=0.故f (x )≥0的x 的取值范围为[3,4].7.右图是某种净水水箱结构的设计草图,其中净水器是一个宽10cm 、体积为3000cm 3的长方体,长和高未定.净水水箱的长、宽、高比净水器的长、宽、高分别长20cm 、20cm 、60cm .若不计净水器中的存水,则净水水箱中最少可以存水 cm 3.填78000.解:设净水器的长、高分别为x ,y cm ,则 xy =300,V =30(20+x )(60+y )=30(1200+60x +20y +xy ) ≥30(1200+260x ×20y +300)=30(1500+1200)=30×2700.∴ 至少可以存水78000cm 3.8.设点O 是△ABC 的外心,AB =13,AC =12,则→BC ·→AO = .A RMNR Q PADCB填-252.解:设|→AO |=|→BO |=|→OC |=R .则→BC ·→AO =(→BO +→OC )·→AO =→BO ·→AO +→OC ·→AO =R 2cos(π-2C )+R 2cos2B=R 2(2sin 2C -2sin 2B )=12(2R sin B )2-12(2R sin C )2=12(122-132)=-252.9.设数列{a n }满足:a n +1a n =2a n +1-2(n =1,2,…),a 2009=2,则此数列的前2009项的和为 .填2008+2.解:若a n +1≠0,则a n =2-2a n +1,故a 2008=2-2,a 2007=2-22-2=-2,a 2006=2+2,a 2005=2.一般的,若a n ≠0,1,2,则a n =2-2a n +1,则a n -1=a n +1-2a n +1-1,a n -2=22-a n +1,a n -3=a n +1,故a n -4=a n .于是,Σk =12009a n=502(a 1+a 2+a 3+a 4)+a2009=502(a 2005+a 2006+a 2007+a 2008)+a 2009=2008+2.10.设a 是整数,0≤b <1.若a 2=2b (a +b ),则b = . 填0,3-12,3-1. 解:若a 为负整数,则a 2>0,2b (a +b )<0,不可能,故a ≥0. 于是a 2=2b (a +b )<2(a +1)a 2-2a -2<00≤a <1+3a =0,1,2.a =0时,b =0; a =1时,2b 2+2b -1=0b =3-12; a =2时,b 2+2b -2=0b =3-1.说明:本题也可以这样说:求实数x ,使[x ]2=2{x }x . 二、解答题(本大题共4小题,每小题20分,共80分)11.在直角坐标系xOy 中,直线x -2y +4=0与椭圆x 29+y 24=1交于A ,B 两点,F 是椭圆的左焦点.求以O ,F ,A ,B 为顶点的四边形的面积.解:取方程组⎩⎨⎧4x 2+9y 2=36,x =2y -4.代入得,25y 2-64y +28=0.y BA此方程的解为y =2,y =1425.即得B (0,2),A (-7225,1425),又左焦点F 1(-5,0).连OA 把四边形AFOB 分成两个三角形. 得,S =12×2×7225+12×5×1425=125(72+75).也可以这样计算面积:直线与x 轴交于点C (-4,0).所求面积=12×4×2-12×(4-5)×1425=125(72+75).也可以这样计算面积:所求面积=12(0×2-0×0+0×1425-(-7225)×2+(-7225)×0-(-5)×1425+(-5)×0-0×0)=12(14425+14255)=125(72+75). 12.如图,设D 、E 是△ABC 的边AB 上的两点,已知∠ACD =∠BCE ,AC =14,AD =7,AB =28,CE =12.求BC .解:AD AC =ACAB△ACD ∽△ABC∠ABC =∠ACD =∠BCE .∴ CE =BE =12.AE =AB -BE =16.∴ cos A =AC 2+AE 2-CE 22AC ·AE =142+162-1222·14·16=142+28·42·14·16=1116.∴ BC 2=AC 2+AB 2-2AC ·AB cos A =142+282-2·14·28·1116=72·9BC =21.13.若不等式x +y ≤k 2x +y 对于任意正实数x ,y 成立,求k 的取值范围.解法一:显然k >0.(x +y )2≤k 2(2x +y )(2k 2-1)x -2xy +(k 2-1)y ≥0对于x ,y >0恒成立.令t =xy>0,则得f (t )=(2k 2-1)t 2-2t +(k 2-1)≥0对一切t >0恒成立. 当2k 2-1≤0时,不等式不能恒成立,故2k 2-1>0.此时当t =12k 2-1时,f (t )取得最小值12k 2-1-22k 2-1+k 2-1=2k 4-3k 22k 2-1=k 2(2k 2-3)2k 2-1.当2k 2-1>0且2k 2-3≥0,即k ≥62时,不等式恒成立,且当x =4y >0时等号成立. ∴ k ∈[62,+∞). EBCDA解法二:显然k >0,故k 2≥(x +y )22x +y =x +2xy +y2x +y.令t =x y >0,则k 2≥t 2+2t +12t 2+1=12(1+4t +12t 2+1). 令u =4t +1>1,则t =u -14.只要求s (u )=8uu 2-2u +9的最大值.s (u )=8u +9u-2≤82u ·9u -2=2,于是,12(1+4t +12t 2+1)≤12(1+2)=32.∴k 2≥32,即k ≥62时,不等式恒成立(当x =4y >0时等号成立).又:令s (t )=4t +12t 2+1,则s(t )=8t 2+4-4t (4t +1)(2t 2+1)2=-8t 2-4t +4(2t 2+1)2,t >0时有驻点t =12.且在0<t <12时,s(t )>0,在t >12时,s(t )<0,即s (t )在t =12时取得最大值2,此时有k 2≥12(1+s (12))=32.解法三:由Cauchy 不等式,(x +y )2≤(12+1)(2x +y ).即(x +y )≤622x +y 对一切正实数x ,y 成立. 当k <62时,取x =14,y =1,有x +y =32,而k 2x +y =k 62<62×62=32.即不等式不能恒成立.而当k ≥62时,由于对一切正实数x ,y ,都有x +y ≤622x +y ≤k 2x +y ,故不等式恒成立.∴ k ∈[62,+∞). 14.⑴ 写出三个不同的自然数,使得其中任意两个数的乘积与10的和都是完全平方数,请予以验证;⑵ 是否存在四个不同的自然数,使得其中任意两个数的乘积与10的和都是完全平方数?请证明你的结论.解:对于任意n ∈N*,n 2≡0,1(mod 4).设a ,b 是两个不同的自然数,①若a ≡0(mod 4)或b ≡0(mod 4),或a ≡b ≡2(mod 4),均有ab ≡0(mod 4),此时,ab +10≡2(mod 4),故ab +10不是完全平方数;② 若a ≡b ≡1(mod 4),或a ≡b ≡3(mod 4),则ab ≡1(mod 4),此时ab +10≡3(mod 4),故ab +10不是完全平方数.由此知,ab +10是完全平方数的必要不充分条件是a ≡/b (mod 4)且a 与b 均不能被4整除.⑴由上可知,满足要求的三个自然数是可以存在的,例如取a=2,b=3,c=13,则2×3+10=42,2×13+10=62,3×13+10=72.即2,3,13是满足题意的一组自然数.⑵由上证可知不存在满足要求的四个不同自然数.这是因为,任取4个不同自然数,若其中有4的倍数,则它与其余任一个数的积加10后不是完全平方数,如果这4个数都不是4的倍数,则它们必有两个数mod 4同余,这两个数的积加10后不是完全平方数.故证.2010年全国高中数学联赛江苏赛区·初赛一、填空题(本题满分70分,每小题7分) 1.方程9135xx+-=的实数解为 .2.函数sin cos y x x =+(x ∈R )的单调减区间是 .3.在△ABC 中,已知4AB AC ⋅=,12AB BC ⋅=-,则AB = . 4.函数()()()221f x x x =-+在区间[]0,2上的最大值是 ,最小值是 . 5.在直角坐标系xOy 中,已知圆心在原点O 、半径为R 的圆与△ABC 的边有公共点,其中()4,0A =、()6,8B =、()2,4C =,则R 的取值范围为 . 6.设函数()f x 的定义域为R ,若()1f x +与()1f x -都是关于x 的奇函数,则函数()y f x =在区间[]0,100上至少有 个零点.7.从正方体的12条棱和12条面对角线中选出n 条,使得其中任意两条线段所在的直线都是异面直线,则n 的最大值为 .8.圆环形手镯上等距地镶嵌着4颗小珍珠,每颗珍珠镀金、银两色中的一种.其中(第7题)镀2金2银的概率是 .9.在三棱锥A BCD -中,已知ACB CBD ∠=∠,ACD ADC BCD BDC ∠=∠=∠=∠θ=,且10cos 10θ=.已知棱AB 的长为62,则此棱锥的体积为 . 10.设复数列{}n x 满足1n x a ≠-,0,且11nn n a x x x +=+.若对任意n ∈N * 都有3n n x x +=,则a 的值是 .二、解答题(本题满分80分,每小题20分)11.直角坐标系xOy 中,设A 、B 、M 是椭圆22:14x C y +=上的三点.若3455OM OA OB =+,证明:AB 的中点在椭圆22212x y +=上.12.已知整数列{}n a 满足31a =-,74a =,前6项依次成等差数列,从第5项起依次成等比数列.(1) 求数列{}n a 的通项公式;(2) 求出所有的正整数m ,使得1212m m m m m m a a a a a a ++++++=.13.如图,圆内接五边形ABCDE 中,AD 是外接圆的直径,BE AD ⊥,垂足H .过点H 作平行于CE 的直线,与直线AC 、DC 分别交于点F 、G . 证明: (1) 点A 、B 、F 、H 共圆; (2) 四边形BFCG 是矩形.14.求所有正整数x ,y ,使得23x y +与23y x +都是完全平方数.参考答案1、x <0无解; 当0x ≥时,原方程变形为32x +3x -6=0,解得3x =2,x =log 32.2、与f (x )=y 2=1+|sin2x |的单调减区间相同, [,],2422k k k ππππ++∈Z . 3、216AB AC AB BC AB ⋅-⋅==,得4AB =.4、极小值-4,端点函数值f (2)=0,f (0)=-2,最小值-4,最大值0.5、画图观察,R 最小时圆与直线段AC 相切,R 最大时圆过点B .[855,10].6、f (2k -1)=0,k ∈Z . 又可作一个函数()f x 满足问题中的条件,且()f x 的一个零点恰为21x k =-,k ∈Z . 所以至少有50个零点. 7、不能有公共端点,最多4条,图上知4条可以.8、穷举法,注意可翻转,有6种情况,2金2银有两种,概率为 13 .9、4面为全等的等腰三角形,由体积公式可求得三棱锥的体积为 144 .10、由11n n n a x x x +=+,2321n n n a x x x +++==+()21111n n a x a x ++=++()3211nn n a x x a a x =+++恒成立,即()()2110n n a a x x a +++-=. 因为1n x a ≠-或0,故210a a ++=,所以1322a i =-±.11、解:设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则 x 124+y 12=1,x 224+y 22=1.由3455OM OA OB =+,得 M (35x 1+45x 2,35y 1+45y 2). 因为M 是椭圆C 上一点,所以(35x 1+45x 2)24+(35y 1+45y 2)2=1, …………………6分即 (x 124+y 12)(35)2+(x 224+y 22)(45)2+2(35)(45)(x 1x 24+y 1y 2)=1, 得 (35)2+(45)2+2(35)(45)(x 1x 24+y 1y 2)=1,故x 1x 24+y 1y 2=0. …………………14分又线段AB 的中点的坐标为 (x 1+x 22,y 1+y 22),所以 (x 1+x 22)22+2(y 1+y 22)2=12(x 124+y 12)+12(x 224+y 22)+x 1x 24+y 1y 2=1,从而线段AB 的中点(x 1+x 22,y 1+y 22)在椭圆x 22+2y 2=1上. ………………20分12、解:(1) 设数列前6项的公差为d ,则a 5=-1+2d ,a 6=-1+3d ,d 为整数. 又a 5,a 6,a 7成等比数列,所以(3d -1)2=4(2d -1),即 9d 2-14d +5=0,得d =1. …………………6分 当n ≤6时,a n =n -4,由此a 5=1,a 6=2,数列从第5项起构成的等比数列的公比为2, 所以,当n ≥5时,a n =2n -5.故 a n =⎩⎪⎨⎪⎧n -4,n ≤4,2n -5, n ≥5. …………………10分(2) 由(1)知,数列{}n a 为:-3,-2,-1,0,1,2,4,8,16,… 当m =1时等式成立,即 -3-2-1=―6=(-3)(-2)(-1); 当m =3时等式成立,即 -1+0+1=0;当m =2、4时等式不成立; …………………15分 当m ≥5时,a m a m +1a m +2 =23m -12, a m +a m +1+a m +2=2m -5(23-1)=7×2m -5, 7×2m -5≠23m -12,所以 a m +a m +1+a m +2≠a m a m +1a m +2 .故所求 m = 1,或m =3. …………………20分 13、证明:(1) 由HG ∥CE ,得∠BHF =∠BEC , 又同弧的圆周角 ∠BAF =∠BEC , ∴ ∠BAF =∠BHF ,∴ 点 A 、B 、F 、H 共圆;…………………8分(2) 由(1)的结论,得 ∠BHA =∠BFA , ∵ BE ⊥AD , ∴ BF ⊥AC ,又AD 是圆的直径,∴ CG ⊥AC , …………………14分 由A 、B 、C 、D 共圆及A 、B 、F 、H 共圆,∴∠BFG =∠DAB =∠BCG , ∴ B 、G 、C 、F 共圆. ∴ ∠BGC =∠AFB=900, ∴ BG ⊥GC ,∴ 所以四边形BFCG 是矩形. …………………20分14、解:若x =y ,则x 2+3x 是完全平方数. ∵ x 2<x 2+3x <x 2+4x +4= (x +2)2,∴ x 2+3x = (x +1)2,∴ x =y =1. ………………5分 若x >y ,则x 2<x 2+3y <x 2+3x <x 2+4x +4= (x +2)2. ∵ x 2+3y 是完全平方数,∴ x 2+3y = (x +1)2,得3y = 2x +1,由此可知y 是奇数,设y = 2k +1,则x =3k +1,k 是正整数. 又 y 2+3x = 4k 2+4k +1+9k +3=4k 2+13k +4是完全平方数,且 (2k +2)2=4k 2+8k +4<4k 2+13k +4<4k 2+16k +16= (2k +4)2, ∴ y 2+3x =4k 2+13k +4=(2k +3)2,得 k =5,从而求得x =16,y =11. …………………15分 若x <y ,同x >y 情形可求得 x =11,y =16.ABCDEFH G综上所述,(x ,y )= (1,1), (11,16), (16,11). …………………20分2011年全国高中数学联赛江苏赛区初赛题一、填空题(本题共10小题,满分70分,每小题7分.要求直接将答案写在横线上) 1. 复数44(1i)(1i)++-= .2. 已知直线10x my -+=是圆22:4450C x y x y +-+-=的一条对称轴,则实数m = .3. 某班共有30名学生,若随机抽查两位学生的作业,则班长或团支书的作业被抽中的概率是 (结果用最简分数表示).4. 已知1cos45θ=,则44sin cos θθ+= .5. 已知向量a ,b 满足π2,,3==<>=a b a b ,则以向量2+a b 与3-a b 表示的有向线段 为邻边的平行四边形的面积为 .6. 设数列{a n }的前n 项和为S n .若{S n }是首项及公比都为2的等比数列,则数列{a n 3}的前n 项和等于 .7. 设函数2()2f x x =-.若f (a )=f (b ),且0<a <b ,则ab 的取值范围是 . 8. 设f (m )为数列{a n }中小于m 的项的个数,其中2,n a n n =∈N *,则[(2011)]f f = .9. 一个等腰直角三角形的顶点分别在底边长为4的正三棱柱的三条侧棱上,则此直角三角形的斜边长是 . 10.已知m 是正整数,且方程210100x m x m ---+=有整数解,则m 所有可能的值是 .AB CP二、解答题(本大题共4小题,每小题20分,共80分)11.已知圆221x y +=与抛物线2y x h =+有公共点,求实数h 的取值范围.12.设2()(,)f x x bx c b c =++∈R .若2x ≥时,()0f x ≥,且()f x 在区间(]2,3上的最大值为1,求22b c +的最大值和最小值.13.如图,P 是ABC 内一点.(1)若P 是ABC 的内心,证明:1902BPC BAC ∠=+∠;(2)若1902BPC BAC ∠=+∠且1902APC ABC ∠=+∠,证明:P 是ABC 的内心.14.已知α是实数,且存在正整数n 0,使得0n α+为正有理数.证明:存在无穷多个正整数n ,使得n α+为有理数.2011年全国高中数学联赛江苏赛区初赛题 答案及点评一、填空题(本题共10小题,满分70分,每小题7分.要求直接将答案写在横线上) 1. 复数44(1i)(1i)++-= . 答案:-8基础题,送分题,高考难度2. 已知直线10x my -+=是圆22:4450C x y x y +-+-=的一条对称轴,则实数m = .答案:32-基础题,送分题,高考难度3. 某班共有30名学生,若随机抽查两位学生的作业,则班长或团支书的作业被抽中的概率是 (结果用最简分数表示). 答案:19145基础题,送分题,高考难度,但需要认真审题,否则很容易有错4. 已知1cos45θ=,则44sin cos θθ+= .答案:45计算量挺大的,要注重计算的方法,对于打酱油的同学有一定难度5. 已知向量a ,b 满足π2,,3==<>=a b a b ,则以向量2+a b 与3-a b 表示的有向线段为邻边的平行四边形的面积为 . 答案:103可以用特殊法,把向量放在直角坐标系中,很容易可以得出答案6. 设数列{a n }的前n 项和为S n .若{S n }是首项及公比都为2的等比数列,则数列{a n 3}的前n 项和等于 .答案:1(848)7n +高考难度级别,基础好的同学可以做出来7. 设函数2()2f x x =-.若f (a )=f (b ),且0<a <b ,则ab 的取值范围是 . 答案:(0,2)这是一道高考题8. 设f (m )为数列{a n }中小于m 的项的个数,其中2,n a n n =∈N *,则[(2011)]f f = .答案:6这也是一道高考题9. 一个等腰直角三角形的顶点分别在底边长为4的正三棱柱的三条侧棱上,则此直角三角形的斜边长是 . 答案:4 3还是一道高考题10.已知m 是正整数,且方程210100x m x m ---+=有整数解,则m 所有可能的值 是 . 答案:3,14,30这是2011年苏州市一模的第十四题。