0,则
由题意得m≥0,f'(x)=3x2-8x+4=(3x-2)(x-2),f'(x)=0=x=3,2
[0.3 32]
③=2,f(2)=0,f)=2,
,故f(x)在 上递增,在 上递减,
在(2,+∞)上递增,所以f(x)在[0,m]上的最大值为
题意等价于maxf(x)≤m,即
9由m(m-2)2≤m得m=0或m>0→(m-2)2≤1→1≤m≤3
22≤m≤3, ≤m≤3
于是第一段得m=0,第二段得 第三段得
me[,3
综上
锤子拓展与深挖
1、改编:若改为g(x)=x(x-a)2,a>0,
则g(x)=3x2-4ax+a2=(x-a)(3x-a),g(x)=0=x=3,
3)=2,s(a)=0.)=27
故
并且m(m-a)2≤m→m=0或a-1≤m≤a+1
本题就是a=2的情形.
2、命题背景:这类题本质上是在算f([0,m])=[0,m]
也就是区间[0,m]在函数作用下仍落回[0,m]内.
3、推广与更高级的方法:若条件改为f(x)≤km,k>0
22≤km
则只需处理g(m)≤km,本题对应m(m-2)2≤km或
即m=0或2-√k≤m≤2+√k以及m27
0≤m≤3,3≤m≤3,m23
再分别与 取交即可.当k=1时回到原题.
锤子点评:这题看着是参数范围,其实:先把[0,m]上的最大值找出来。很多同学
x=3
第一反应是代x=m,这只能得到必要条件,不够,因为 这个峰值也必须落
x=3, m>
在y=m下方。反过来,如果只盯着 又容易把 以后端点重新变成最
大值这件事漏掉。我这里更想提醒大家一个意识:遇到对任意x∈[0,m]都成立这
10种条件,先看区间会不会被函数映回自己,也就是先想f([0,m])=[0,m]这个意
识比单独算出这道题更重要。
四、解答题:本题共5小题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
15.(13分)如图,已知△PAB是圆锥PO的轴截面,PA=3,AB=2.
(1)求圆锥PO的外接球的表面积;
(2)若C为弧AB的中点,求二面角C-PA-B的正切值.
P
A B
O
C
【锤子数学解析】
(1)PO=2√2,圆锥PO外接球球心O'一定在PO上,
设O'B=O'P=R,∴00′=2√2-R
(2√2-R)2+1=R2→R=492,S=4π32=8π
在△BOO′中
(2)如图建系,
2
P
O
A( B y
C
T
∴P(0,0,2√2),A(0,-1,0),C(1,0,0),
PA=(0,-1,-2√2),AC=(1,1,0),设平面PAC的一个法向量π,=(x,y,z)
11-+-2-5z=?=π=(2√2,-21.1)
而平面PAB的一个法向量n?=(1,0,0)
-周一与
显然二面角C-PA-B的平面角θ为锐角,
sm=— tm=232-3.2
a,=1,a2= ,a=(1a,。-4.:)4.2-
16.(15分)已知数列{a}各项均不为零,
(1)当t=1时,求{a}的前50项和;
(2)若a>an+1,求正整数t的最小值.
【锤子数学解析】
(1)当t=1时,a?an+1=(a-an+1)an+2,a
b.+b,=6.2
=b: 2=b.-b,b?=1,b?=3,
令
①+②→b?+b?+3=0,b?+3=-b,∴b+?=-b?+3=b
{b}的一个周期为6,{a,}一个周期也为6
而b?=2,b?=-1,b?=-3,b?=-2,
a?=1,a?=3,a?=2,a=-1,a?=-3,a?=-2
8×0+1+1=3
{a}一个周期的和为0,∴{a}的前50项和为:
(2)当t=1时,由(1)知{a.}为周期数列,{an}不单调.
--+0-2
当t=2时,
周 =2n-1=a=2n-1’
成等差数列且首项为1,公差为2,
{a}单调递减满足an>a+1,∴正整数t的最小值为2.
1217.(15分)某次考试的多项选择题,每题4个选项中正确选项有2个或3个,得分规
则如下:若正确选项有2个,只选1个且为正确选项得3分,选2个且都为正确选
项得6分,否则得0分;若正确选项有3个,只选1个且为正确选项得2分,选2
个且都为正确选项得4分,选3个且都为正确选项得6分,否则得0分.学生甲对
其中的一道多项选择题完全不会,该题恰有2个正确选项的概率为p(00) 是C上一
的离心率为
点.直线l的斜率为-1,且与C交于A,B两点.
(1)求C的方程;
(2)若PA·PB=36,求1的方程;
(3)证明:△PAB的外接圆的圆心Q在定直线上.
【锤子数学解析】
3=1
方法一:(1)由题意知 ∴C的方程为:
(2)设直线1方程为y=-x+m,A(x?,y?),B(x?,y?)
32-4+2=12=-x2+8mx-4m2-12=0,即x2-8mx+4m2+12=0①
△=64m2-4(4m2+12)=48(m2-1)>0,m2>1
PA=(x?-4,y?-3),PB=(x?-4,y?-3),
∴PA·PB=(x?-4)(x?-4)+(v?-3)(v?-3)
=x?x?-4(x?+x?)+16+(m-3-x?)(m-3-x?)
=2x?x?-(m+1)(x?+x?)+(m-3)2+16
=2(4m2+12)-(m+1)·8m+(m-3)2+16=m2-14m+49=36
→(m-1)(m-13)=0→m=13
∴直线l的方程为y=-x+13.
(3)设△PAB外接圆方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,它过P(4,3)
14A
B
∴16+9+4D+3E+F=0→F=-25-4D-3E
∴外接圆方程为x2+y2+Dx+Ey-4D-3E-25=0
D=-7m-)2-2,吾),
o(2(m+1), (1-m)
即! 它在定直线x+y=7
上运动.
方法二:锤子数学精彩秒杀
设PA:y-3=k,(x-4),PB:y-3=k?(x-4).
由寒假线上集训网课:k?+k?=0.
x。=46,6;+3v =4615+3
设外接圆圆心为Q(x?,y).联立中垂线方程得.
x?+y?=24k;k+3=7.:
所以
.Q在定直线x+y=7上.秒杀。
方法三:
e2=1+2=?一2-=b2=3a2.又P(4,3)ec,1-9=1.
(1)由题意,
1-2-1-—-1=-4
b2=3a2,
代入 得
c:43=1.
(2)设直线1方程为x+y=t.设A(x?,t-x?),B(x?,t-x?).
“-3°2=1
由 得3x2-4(t-x)2=12→x2-8tx+4t2+12=0.
∴x?+x?=8t,x?x?=4t2+12.设M为AB的中点,
15M{?+x,(-x;)+(-x2)=(41,-3)
则
又(x?-x?)2=(x?+x?2-4x,x?=64+2-16r2-48=48(t2-1).
Ma2=(?,)2+(-一x;)-(-x,)2=2(x;-x;)°=24(2-1).
PM2=(4t-4)2+(-3t-3)2=25t2-14t+25.由PA=PM+MA,PB=PM-MA,
得PA·PB=(PM+MA)·(PM-MA)=PM2-MA2.
∴PA·PB=25t2-14t+25-24(t2-1)=(t-72.由题意(t-7)2=36=t=1或13.
又△=(-8t)2-4(4t2+12)=48(t2-1).直线1与双曲线交于两点,
△>0→|t|>1.
故t=1舍去,t=13.∴I:x+y=13,即∴I:y=-x+13.
(3)设直线1方程仍为x+y=t,|t>1.且△PAB存在,故t≠7.
由上可得AB的中点M(4t,-3t).因为AB的斜率为-1,
所以AB的垂直平分线斜率为1,
其方程为y+3t=x-4t→y=x-7t.设外接圆圆心Q(u,v),则v=u-7t.①
又QM2=(u-4t)2+(v+3t)2.由(1)得v+3t=u-4t,所以QM2=2(u-4t)2.
由(2)已得MA2=24(t2-1).又QM⊥AB,故QA2=QM2+MA2.
因为Q为外接圆圆心,QP2=QA2.于是(u-4)2+(v-3)2=2(u-4t2+24(t2-1).
代入v=u-7t,得(u-4)2+(u-7t-3)2=2(u-4t2+24(t2-1),
u=7(4+1)
→2(t-7)u=7(t-7)(t+1).由t≠7,得
再由①,v=u-7t=7(1-)
.所以u+v=7.
∴Q在定直线x+y=7.
锤子拓展与深挖
1、一般化结论这题里真正起作用的是中点M.只要M是AB的中点,
就恒有PA·PB=(PM+MA)·(PM-MA)=PM2-MA2.
若Q是△PAB的外接圆圆心,则QP2=QA2=QM2+MA2.
16所以本题第二问与第三问都可归结到同一组量PM2,QM2,MA2.
-3=1,
对本题双曲线 若取平行弦1:x+y=t,
则恒有x?+x?=8t,x?x?=4t2+12,
M(4t,-3t),(x?-x?2=48(t2-1),MA2=24(t2-1),
PA PB=(一7,Q[7(±2).7(-2)
这些式子把整题统一成了一个参数t的问题.
2、锤子改编:若把第二问改成PA·PB=m(m≥0),则(t-7)2=m→t=7±√m.
所以候选直线为x+y=7±√m.再由△=48(t2-1)>0筛掉切线或不存在的情形
即可.
例如本题m=36→t=1或13,其中t=1→△=0,只对应切线,∴I:x+y=13.
3、命题背景:这类题的背景就是圆锥曲线中的平行弦问题.
本题中所有斜率为-1的弦都写成x+y=t,
于是弦中点轨迹为M(4t,-3t)→3x+4y=0,
7(2+1),7(-2)=x+y=7.一个是弦中点的定直线。
而外接圆圆心轨迹为(
锤子点评:第三问尤其值得大家回头再看一遍.外接圆圆心这种题,很多时候大家
会下意识去设圆方程直接算,这当然可以,但这里先写垂直平分线,再配合
QA2=QM2+MA2会更简洁.整题从双曲线方程,到数量积,再到圆心轨迹,衔接
得很紧,我觉得是道很有质量的题,既考基本功,也考大家能不能把几何关系转
化成简单的代数量.
f(x)=-
19.(17分)已知函数
(1)对任意00,函数g(x)=f(x)-b存在两个零点x?,x?·
(i)求a的取值范围;
(ii)对于(i)中给定的a,证明:当|x?-x?|取得最小值时,b=a.
17【锤子数学解析】
方法一:(1)由f(x)≥f(s)是f(x)≥f(t)的必要条件→f(t)≥f(s)
f()=°-(c-a)20
∴f(x)在(0,+oo)上单调递增,
→a[(1-x)e*],令h(x)=(1-x)e,h'(x)=-e+e*(1-x)=-xe<0
h(x)在(0,+∞)上单调递减,∴h(x)0,
有两个不等的实根x?,x?
→e-bx-a=0有两个零点x?,x?,(a≠1)
令F(x)=e-bx-a,F'(x)=e-b>0→x>Inb
F(x)在(-∞,Inb)上单调递减;(lnb,+∞o)上单调递增,
x→-∞,F(x)→+00;x→+0o,F(x)→+00
要使F(x)有两个零点,只需F(x)..=F(Inb)=b-blnb-a<0
→a>(b-blnb),令φ(b)=b-blnb,φ'(b)=-Inb
φ(b)在(0,1)上单调递增;(1,+∞o)上上单调递减,
∴φ(b)mx=φ(1)=1,∴a>1
(ii)令e“-bx-a=0=6=x+6,
e'm-(x-Inb)=Inb+“
两根为x?,x?
x:-1nb=.,
二e'-t=Inb+“
令x-Inb=t,其中· 的两根为t?,t?
令G(t)=e-t,G'(t)=e-1>0→t>0,
G(t)在(-∞,0)上单调递减;(0,+∞)上单调递增,作出G(t)图像如下:
18y=r(b)
1
令r(b)=Inb+“,r'(b)=b-b2=b2,
r(b)在(0,a)上单调递减;(a,+oo)上单调递增,r(b)≥r(a)
∴当b=a时,r(b).n=r(a)=Ina+1>1,此时|t-t?|=|x?-x?|最小
:|x?-x?|取最小值时,b=a.
方法二:(1)由题意,f(x)≥f(t)→f(x)≥f(s),V00,则h'(x)= xe>0.
故h(x)在(0,+∞)上单调递增,且x→0+→h(x)→-1.
于是h(x)>-1,x>0.从而f'(x)≥0,Vx>0→a≥1.
f(x)=°(x-1)+1>0,x>0,符合题意.
当a=1时,
∴amin=1.
(2)(i)g(x)=0=e-“=b=e*-bx-a=0,x≠0.
令p(x)=e-bx-a,则p'(x)=e-b,p”(x)=e?>0.
p'(x)=0→x=Inb.于是p(x).n=p(Inb)=b-blnb-a.
令φ(b)=b-blnb,则φ(b)=-Inb.故φ(b)≤φ(1)=1.
于是p(x).n<0,Vb>0→a>1.
当a>1时,x→-0→p(x)→+00,x→+00→p(x)→+00,
且p(x).<0,故方程p(x)=0有两个不等实根,从而g(x)有两个零点.
19当a<1时,取b=1,则p(x).n=1-a>0,无实根.
当a=1时,取b=1,则p(x).=0,
唯一实根为x=0,但x=0不在g(x)的定义域内.∴a∈(1,+o).
(ii)不妨设x?1.
由g(x;)=0,i=1,2得e=bx,+a,i=1,2.
又由p'(x)=e-b,p'(x)=0→x=Inb,且p(x)为凸函数,故x?1时,方程φ(t)=μ有两个根t?<0t?(μ2),t?(μ)0,则μ-(1+Ina)=u-1-Inu.
令
由Inu≤u-1得u-1-Inu≥0.
故μ≥1+Ina.当且仅当u=1→b=a时取等号.
因此|x?-x?|取得最小值时,b=a.
锤子拓展与深挖
1、命题背景:
第(2)问本质上是直线y=bx+a与曲线y=e的交点个数与两交点的横坐标
20=b+={2=6(1-1m)
距离.临界情形是相切,切线条件为·
即切线在参数b下对应的截距公式为a=b(1-Inb).
再由[b(1-Inb)]mx=1立刻得到:若a>1,
则任意b>0时直线y=bx+a都与y=e有两个交点;
若a=1,则在b=1时出现临界切线y=x+1,切点为(0,1),但原题中x=0不在定义
域内;若a<1,则某些b下无交点.
2、一般化结论:对固定的a>1,设x?0.
所以d(μ)严格递增,因此x?-x?≥d(1+Ina),
且等号当且仅当μ=1+Ina→b=a.
这就是本题第(2)问第二小问背后的通用结论.
3、锤子改编:
已知k>0,F(x)=he-a
.若对任意b>0,方程ke?=bx+a都有两个不等实根,
求a的范围,并求两根距离最小时的b.处理同样简单:
h(x)=he”-bx-a,H(k)=ke“-b,J(x)=0=x=m,A()- 1-1mk)-a.
o(b)=b(1-1m2),则o2(6)=-m,(b)-(k)=k.故a>k.
令
x=m2+,则e′-t=1m+十
再令 .右端最小值仍在b=a处取得,
所以两根距离最小时仍有b=a.
4、更高级的方法:
u=x+6,
方程e*=bx+a还可以化到LambertW函数.令
e=bu→me?“= e.
则
21于是x--m-1。 =-(一)
.两根分别对应两个分支:
=--m(一。)
存在两根当且仅当一—。(20)=1mb+景>1
这和我这里得到的核心参数μ=Inb+“完全一致,只是表达方式更高一级.
锤子点评:这题第一问很容易把大家绕在逻辑表述里,但真正的入口其实很简单
:必要条件先翻译,拿x=t代进去,问题就已经确定成f(x)在(0,+∞)上的单
调性了.第二问我觉得出得尤其好.表面上看是零点问题,实际上是直线y=bx+a
和指数函数y=e的交点问题.先看最小值点x=Inb,再把变量平移成x=Inb+t
原来分散在式子里的参数b很快就被整理成了μ=Inb+6后面两根距离的最小值,
x?,x?
就不再是围着 展开复杂计算,而是转化成一个单变量最值问题了.我觉得这
一步非常值得大家反复体会,因为它不是单纯的计算技巧,而是看结构、抓核心
参数的能力.会了这一题,后面很多直线与指数函数交点类题目,处理起来都会简
单不少.
22