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华二附中高二期中考试数学试卷
2023.04
一、填空题(本大题共有 12题,满分 54分,第 1~6题每题 4分,第 7~12题每题 5分)
1. 四人互相传球,由甲开始发球,并作为第一次传球,经过3次传球后,球仍回到甲手中,则不同的传球
方式共有_______种
【答案】6
【解析】
【分析】经过3次传球回到甲手中,只需另外安排两人接第一次和第二次传球即可.
【详解】因为四人传球,由甲开始发球,经过3次传球回到甲手中,
只需从其余三人中安排两人分别接第一次和第二次传球,
共有A2 6种不同的传递方式.
3
故答案为:6.
2. 书架上某层有8本书,新买2本插进去,要保持原有8本书的顺序,则有________种不同的插法(具体
数字作答)
【答案】90
【解析】
【分析】利用定序相除法进行求解,先求10本书的所有排法,再求原来8本书的排法,相除可得结果.
【详解】原来的8本书,加上新买的2本书,随意排列共有P10种排法,
10
原来的8本书随意排列共有P8种排法,
8
P10
而原来特有的顺序只有1种,所以共有 10 10990种方法.
P8
8
故答案为:90.
3.
若x1n
的展开式中第3项与第9项的二项式系数相等,则n=______
【答案】10
【解析】
【分析】根据题意得到C2 C8,再求出n即可.
n n
【详解】因为x1n
的展开式中第3项与第9项的二项式系数相等,
所以C2 C8,解得n10.
n n
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故答案为:10.
4. 7个志愿者的名额分给3个班,每班至少一个名额,则有________种不同的分配方法(用数字作答)
【答案】15
【解析】
【分析】因为名额之间无差别,故采用隔板法即可求解.
【详解】7个志愿者的名额分配给3个班,每班至少一个名额,
采用隔板法可知,即从6个空中插入2个隔板,
共有C2 15种不同分法,
6
故答案为:15.
5. A、B、C、D、E五名同学站成一排合影,若A不站在两端,B和C相邻,则不同的站队方式共有____________
种(用数字作答)
【答案】24
【解析】
【分析】利用排列中的相邻问题捆绑法,特殊元素优先法即可求出结果.
【详解】因为B,C相邻,将B,C排在一起并看成一个整体,有P2种方法,
2
A不站两端,有2种方法,
D,E与BC,进行3个元素的全排列,有P3 6种方法,
3
故不同的站队方式共有P22P3 24种.
2 3
故答案为:24.
1
6. 设函数 f x x2 27lnx在区间 a,2a1 上严格减,则实数a的取值范围是________
3
9 2 2
【答案】0a≤
4
【解析】
【分析】利用导数先求出函数的单调减区间,结合条件建立不等关系即可求出结果.
1 2 27 2x2 81
【详解】易知x0,因为 f x x2 27lnx,所以 fx x ,
3 3 x 3x
9 2
由 fx0,得到0 x ,
2
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1
又函数 f x x2 27lnx在区间 a,2a1 上严格减,
3
a 0
9 2 2
所以 9 2 ,解得0a≤ ,
2a1 4
2
9 2 2
故答案为:0a≤ .
4
7. 6位大学毕业生分配到3家单位,每家单位至少录用1人,则不同的分配方法共有________种
【答案】540
【解析】
【分析】先将6人分成3组,利用排列与组合求出分组的数,再利用分步计数原理即可求出结果.
【详解】将6人分成3组,可分成3,2,1和4,1,1和2,2,2共3类,共有
C4C1 C2C2
C3C2 6 2 6 4 90种,
6 3 P2 P3
2 3
C4C1 C2C2
故不同的分配方案有C3C2 6 2 6 4 P3 540种,
6 3 P2 P3 3
2 3
故答案为:540.
π
8. 已知在四面体V-ABC中,VAVBVC 2, AB 1,ACB ,则该四面体外接球的表面积为
6
________.
16π 16
【答案】 ## π
3 3
【解析】
【分析】先判断出V在平面ABC的射影为 ABC的外心,求出四面体外接球的半径,即可求出四面体外接
球的表面积.
【详解】∵VAVBVC 2,
∴V在平面ABC的射影为 ABC的外心O.
1
π r 1OA
又AB 1,ACB ,所以 ABC的外接圆的半径 π ;
6 2sin
6
2
VO 3,设四面体外接球的半径为R, 3R R2 1.
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2 3
解得R .
3
2
2 3 16π
所以外接球的表面积为4πR2 4π .
3 3
16π
故答案为: .
3
9. 用1、2、3、4、5组成没有重复数字的五位数abcde,其中满足abcd e的五位数有n个,则在
11 x1 1 x2 1 x3 1 xn 的展开式中,x2的系数是_______(用数字作答)
【答案】35
【解析】
【分析】先根据题意得到c1,由排列组合知识得到n6,再求出x2的系数.
【详解】abcde中abcd e,则c1,ab与de分别为定序排列,
从2、3、4、5中任选2个数为a,b,则剩余的2个数为d,e,
故这样的五位数有C2 6个,所以n6,
4
则11x1 1x2 1x3
1x6
的展开式中,
x2的系数为C2
2
C
3
2 C2
4
C
6
2 C3
3
C
3
2 C2
4
C
6
2 C3
7
35.
故答案为:35.
10. 已知函数 f x 的导函数 f x 的图像如图所示,给出以下结论:
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① f x 在区间 1,1 上严格增;
② f x 的图像在x2处的切线斜率等于0;
③ f x 在x1处取得极大值;
④ f x 在x=1处取得极小值.正确的序号是______
【答案】②④
【解析】
【分析】根据导函数图像得到导数的正负,从而得到函数的增减和极值情况,判断①②③,并根据导函数
的增减判断④.
【详解】根据 f x 的图像可知,在 2,3 上, fx0,仅在x1处有 f10,
所以 f x 在 2,3 上单调递减,故①错误;
f20,故②正确;
f x 在区间 2,3 上单调,没有极值点,故③错误;
由 f x的图像可知, f x 在 2,1 上单调递减,在 1,1 上单调递增,故④正确.
故答案为:②④.
11. 平面直角坐标系 xOy 中,已知点M 2,1 ,若直线 l:3x4y50上总存在 P、Q 两点,使得
π
PMQ 恒成立,则线段PQ长度的取值范围是_______
2
【答案】
6,
【解析】
π
【分析】要使得PMQ 恒成立,则点M在以PQ为直径的圆的内部,结合点到直线的距离公式,进而
2
得到圆的半径的最小值,即可求解.
π
【详解】解:要使得PMQ 恒成立,则点M在以PQ为直径的圆的内部,
2
点P、Q在直线3x4y50上,
645
点M 2,1 到直线l:3x4y50距离 d 3 ,
32 42
以PQ为直径的圆半径的最小值为d 3,
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所以PQ的最小值为6,则线段PQ长度的取值范围是
6,
,
故答案为:
6,
.
x
12. 设x、x 是函数 f xax2 exaR 的两个极值点,若 2 2,则a的最小值为_______
1 2 x
1
1
【答案】 ##log e
ln2 2
【解析】
x
【分析】由题意x,x 是关于x的方程 fx0的两根,根据 2 2可得a与x的函数关系,再结合x
1 2 x 1 1
1
的范围,可得a的最小值.
【详解】
fx2axex,x,x 是 f x 的两个极值点,
1 2
∴x,x 是关于x的方程2axex 0的两根且a0,
1 2
又当x0时,0e0 0,方程不成立,
ex 2 x
所以ex1 2ax ,ex 2 2ax ,两式作商得到: 2 ex 2 x 1,
1 2 ex 1 x
1
lnt
x
x x 1 t1
所以ex 2 x 1 2 ,令 2 t 2,则 ,
x x tlnt
1 1 x
2 t1
1
lnt 1 lnt
令ht ,t 2,则 ht t ,
t1 t12
1 1t
令ut1 lnt ,t 2,则ut 0,
t t2
1
所以ut 在 2, 上单调递减,所以utu2 ln20,
2
所以ht
在
2, 上单调递减,则hth2ln2,
则x 0,ln2
1
ex
1
所以a ,x 0,ln2 ,
2x 1
1
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ex exx1
令x ,0 x ln2,则x 0恒成立,
2x 2x2
1
所以x 在 0,ln2 上单调递减,则x≥ln2 ,
ln2
1
所以a ,
ln2
1
则a的最小值为 .
ln2
1
故答案为: .
ln2
【点睛】方法点睛:对于函数的极值问题,需要根据题意参变分离,利用构造函数,找到临界条件进行分
析.
二、选择题(本大题共有 4 题,满分 18 分,第 13~14 题每题 4 分,第 15~16 题每题 5 分)
13. 下列求导运算正确的是( )
A. lnx 3 1 3 B. x2ex 2xex
x x x2
C. 3xcos2x 3x(ln3cos2x2sin2x) D. ln 1 log x 2 1
2 2 xln2
【答案】C
【解析】
【分析】根据导数的运算法则求导后判断.
3 1 3
【详解】 lnx ,A错;
x x x2
x2ex (x2)ex x2(ex)2xex x2ex,B错;
3xcos2x (3x)cos2x3x(cos2x)3xln3cos2x23xsin2x3xln3cos2x2sin2x,C正
确;
1 1
ln log x ,D错.
2 2 xln2
故选:C.
xsinx
14. 函数 f(x) 在 , 上的图象大致为( )
ex ex
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A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】
构造函数gx xsinx,证明当x0, 时,gx g0
,即xsinx
0,从而当x0,
时,
f x0,排除B,C,D,即可得解.
【详解】记gx xsinx,x,
,
gx1cosx0,
gx
在
,
上单调递增,
又g00,
当x0, 时,gx g0
,即xsinx 0,
又ex ex 0,
当x0, 时, f x0,
故排除B,C,D
.
故选:A.
【点睛】本题考查了函数图象的判断以及利用导数证明不等式,考查了转化能力,属于中档题.
15. 设2x15 a a xa x2 a x3 a x4 a x5,则 a 2a 3a 4a 5a ( )
0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
A. 80 B. 242 C. 405 D. 810
【答案】D
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【解析】
【分析】将给定的等式两边求导,再利用赋值法计算作答.
【详解】将2x15 a a xa x2 a x3 a x4 a x5两边求导,
0 1 2 3 4 5
得102x14 a 2a x3a x2 4a x35a x4,显然a ,a ,a 均为正数,而a ,a 均为负数,
1 2 3 4 5 1 3 4 2 4
令x=1,得10214
a 2a 3a 4a 5a |a |2|a |3|a |4|a |5|a |,
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
所以 a 2a 3a 4a 5a 1034 810.
1 2 3 4 5
故选:D
16. 点P为抛物线C:y2 4x准线上的点,若存在过P的直线交抛物线C于A,B两点,且
PA AB ,则称点P为“Ω点”,那么下列结论中正确的是( )
A. 准线上的所有点都不是“Ω点”
B. 准线上的所有点都是“Ω点”
C. 准线上仅有有限个点是“Ω点”
D. 准线上有无穷多个点(不是所有的点)是“Ω点”
【答案】B
【解析】
【分析】根据题设方程分别设出A,P的坐标,进而得到B的坐标,把A,B的坐标代入抛物线方程,联
立消去y,求得判别式大于0恒成立,即可推断出方程有解,进而即可得到答案.
【详解】由题意可知抛物线C:y2 4x的准线方程为x=1,
因为 PA AB ,所以A为PB中点,
设Am,n ,P1,y ,则B2m1,2n y
由A,B在y2 4x上,则n2 4m,且2n y2 42m1,
消去m得,2n2 42n y2 ,
整理得关于n的方程2n2 4yn y2 40,
又 8y2 320恒成立,
所以方程2n2 4yn y2 40恒有实数解,
即对于任意的P点,都存在过P点的直线交抛物线C于A,B两点,使得 PA AB .
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故选:B.
【点睛】关键点点睛:本题以新定义的形式考察直线和圆锥曲线的位置关系,将点在直线和抛物线上是否
满足一定条件的问题转化成方程解的存在性问题是解答本题的关键.
三、解答题(本大题共有 4题,满分 78分)
17. 如图,已知四棱锥PABCD的底面是菱形,对角线AC,BD交于点O,OA3,OB 4,OP3,
1
OP底面ABCD,设点M满足PM MC.
2
(1)求直线PA与平面BDM所成角的正弦值;
(2)求点P到平面BDM的距离.
10
【答案】(1)
10
3 5
(2)
5
【解析】
【分析】(1)以O为坐标原点,建立空间直角坐标系,求得平面BDM 的一个法向量n2,0,1和向量
PA3,0,3,结合向量的夹角公式,即可求解;
uuur
(2)求得OP0,0,3,结合向量的距离公式,即可求解.
【小问1详解】
解:因为平面ABCD是菱形,可得ACBD,
又因为OP底面ABCD,AC,BD平面ABCD,所以OP AC,OP BD,
所以AC,BD,OP两两垂直,
以O为坐标原点,以OA,OB,OP为坐标轴建立空间直角坐标系OABP,如图所示;
则A3,0,0 ,B0,4,0 ,C3,0,0 ,D0,4,0 ,P0,0,3
,
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所以PA3,0,3,DB0,8,0,PC 3,0,3,BP 0,4,3.
1 1
因为PM MC,所以PM PC 1,0,1,BM BPPM 1,4,2.
2 3
DBn 8y 0
设平面BDM 的法向量nx,y,z,则 ,
BM n x4y2z 0
令x2,可得y0,z1,所以平面BDM 的一个法向量n2,0,1,
PAn 3 10
cos PA,n
则 ,
PA n 3 2 5 10
10
所以直线PA与平面BDM 所成角的正弦值为 .
10
【小问2详解】
uuur
解:由OP0,0,3,
OPn
3 3 5
所以点P到平面BDM 的距离d
.
n 5 5
5
1
18. 已知 2x .
x
(1)求展开式中含x2的项的系数;
5
1
(2)设
2x
的展开式中前三项的二项式系数的和为M,1ax4
的展开式中各项系数的和为N,
x
若M =N,求实数a的值.
【答案】(1)80 (2)a 1或a3.
【解析】
【分析】(1)求出展开式的通项公式,令x的指数为2,可求出r值,从而得解;
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5
1
(2)求出
2x
的展开式中前三项的二项式系数和,再令x1,求出1ax4
的展开式中各项系数
x
的和,然后建立方程即可求解.
【小问1详解】
2x 1
5 的展开式的通项为T Cr2x5r
1
r 1r 25rCrx 5 3 2 r (r 0,1,2,3,4,5).
r1 5 5
x x
3r
令5 2,则r 2,
2
2
1
∴展开式中含x2的项为T C22x3
80x2,
21 5
x
∴展开式中含x2的项的系数为80.
【小问2详解】
由题意可知M C0 C1 C2 16,N 1a4 ,
5 5 5
∵M =N,
∴1a4
16,解得a 1或a3.
19. 已知直线l:y kxk 0 与圆C:x2 y2 2x30相交于A、B两点.
(1)若 AB 13,求k;
(2)在x轴上是否存在点M,使得当k变化时,总有直线MA、MB的斜率之和为0,若存在,求出点M
的坐标;若不存在,说明理由.
【答案】(1)k 3
(2)存在点M 3,0
【解析】
【分析】(1)由圆的方程确定圆心和半径,利用几何法求弦长公式和点到直线的距离公式计算即可求解;
(2)设Ax ,y ,Bx ,y ,假设存在点M m,0 满足题意,即k k 0,直线方程联立圆的方
1 1 2 2 AM BM
程,利用韦达定理表示x x 、x x ,结合两点求斜率公式,化简计算即可求解.
1 2 1 2
【小问1详解】
因为圆C:x12 y2 4,
所以圆心坐标为C1,0 ,半径为r 2,因为 AB 13,
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AB 13 3
所以C到AB的距离为d r2 ( )2 4 ,
2 4 2
k 3
由点C到直线y kx的距离为:d ,解得k 3;
k2 1 2
【小问2详解】
设Ax ,y ,Bx ,y ,l的方程为y kx,
1 1 2 2
y kx
则 ,得 1k2 x2 2x30,
x2 y2 2x30
2 3
因为412
1k2
0,所以x x ,x x ,
1 2 1k2 1 2 1k2
设存在点M m,0 满足题意,即k k 0,
AM BM
y y kx kx
所以k k 1 2 1 2 0,
AM BM x m x m x m x m
1 2 1 2
因为k 0,
所以x x m x x m2x x mx x 0,
1 2 2 1 1 2 1 2
6 2m
所以 0,解得m3.
1k2 1k2
所以存在点M 3,0 符合题意.
x2 3
20. 已知椭圆C: y2 1a 1的离心率为 .
a2 2
(1)求椭圆C的方程;
(2)若直线l: y kx2与椭圆C交于两个不同点D、E,以线段DE为直径的圆经过原点,求实数k
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的值;
(3)设A、B为椭圆C的左、右顶点,H 为椭圆C上除A、B外任意一点,线段BH 的垂直平分线分别
交直线BH 和直线AH 于点P和点Q,分别过点P和Q作x轴的垂线,垂足分别为M 和N ,求证:线段
MN 的长为定值.
x2
【答案】(1) y2 1
4
(2)k 2
(3)证明见解析
【解析】
【分析】(1)根据椭圆的离心率公式可得出关于a的等式,解出a的值,即可得出椭圆C的方程;
(2)设点Dx ,y 、Ex ,y ,将直线l的方程与椭圆C的方程联立,列出韦达定理,由题意可得出
1 1 2 2
ODOE 0,利用平面向量数量积的坐标运算以及0可求得k的值;
1 4
(3)计算出k k ,设设直线BH 的方程为xmy2m0 ,则直线AH 的方程为x y2,
BH AH 4 m
求出点H 的坐标,可求点线段BH 的中点的坐标,可求得直线PQ的方程,联立直线AH 、PQ的方程,可
求得点Q的横坐标,由此可求得 MN 的值.
【小问1详解】
3 c2 a2 1 3
解:因为a2 b2 c2,e ,所以e2 ,解得a2,c 3,
2 a2 a2 4
x2
所以椭圆C的方程为 y2 1.
4
【小问2详解】
解:设Dx ,y 、Ex ,y ,
1 1 2 2
y kx2
联立方程组 x2 ,可得 4k21 x216kx120,
y2 1
4
162k2 412 4k2 1 16 16k2 12k2 3 16 4k2 3 0,
16k 12
则由韦达定理可得,x x ,x x ,
1 2 4k2 1 1 2 4k2 1
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44k2
则y y kx 2kx 2k2x x 2kx x 4 ,
1 2 1 2 1 2 1 2 4k2 1
又以线段DE为直径的圆经过原点,所以ODOE 0,
164k2
即ODOE x x y y 0,解得k 2,满足0,
1 2 1 2 4k2 1
因此,k 2.
【小问3详解】
证明:由题意A2,0 、B2,0
,
y y
设Hx ,y ,2 x 2,则k 0 ,k 0 ,
0 0 0 BH x 2 AH x 2
0 0
x2
1 0
所以, y2 4 1,
k k 0
BH AH x2 4 x2 4 4
0 0
4
设直线BH 的方程为xmy2m0 ,则直线AH 的方程为x y2,
m
xmy2
联立 可得 m2 4 y2 4my 0,
x2 4y2 4
4m 82m2 82m2 4m
解得y ,x my 2 ,即点H , ,
0 m2 4 0 0 m2 4 m2 4 m2 4
8 2m
由中点坐标公式可得P , ,
m2 4 m2 4
2m 8
所以,直线PQ的方程为y m x ,
m2 4 m2 4
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4
x y2
m 2 8
联立直线PQ和AH 的方程 可得x ,
2m 8 Q 3 m2 4
y m x
m2 4 m2 4
2 8 8 2
所以, MN x x ,所以线段MN 的长为定值.
Q P 3 m2 4 m2 4 3
【点睛】方法点睛:求定值问题常见的方法有两种:
(1)从特殊入手,求出定值,再证明这个值与变量无关;
(2)直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值.
21. 已知函数 f x xlnx3.
(1)求曲线y f x 在x1处的切线方程;
(2)函数 f x 在区间k,k1kN上有零点,求k的值;
(3)记函数gx x2 bx3 f x ,设x、x x x 是函数gx 的两个极值点,若b2,且
1 2 1 2
gx gx m恒成立,求实数m的最大值.
1 2
【答案】(1)y=2
3
(2)0或4 (3)m ln2
max 4
【解析】
【分析】(1)求出函数的导函数,即可求出切线的斜率,从而求出切线方程;
(2)求出函数的单调区间,利用零点存在性定理求出零点所在区间,即可得解;
(3)求出函数的导函数gx ,即可得到方程2x2 b1x10两根为x,x x x ,列出韦达
1 2 1 2
x 1 x x x
定 理 , 即 可 表 示 出 gx gx ln 1 1 2 , 设 t 1 , 则 0t 1, 令
1 2 x 2 x x x
2 2 1 2
1 1
Gtlnt t ,0t 1,利用导数说明函数的单调性,再结合b的范围求出t的方程,从而求出
2 t
m的范围,即可得解.
【小问1详解】
因为 f x xlnx3,
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1
所以 fx1 ,所以切线斜率为 f10,
x
又 f (1) =-2,切点为 (1,-2) ,所以切线方程为y=2.
【小问2详解】
1
令 fx1 0,得x1,
x
当0 x1时, fx0,函数 f x 单调递减;
当x1时, f¢(x)>0,函数 f x 单调递增,
所以 f x 的极小值为 f 120,
1 1 1 1
又 f ln 3 0,当x0时 f x,
e3 e3 e3 e3
所以 f x 在区间 0,1 上存在一个零点x,此时k 0;
1
因为 f 44ln431ln40,
f 55ln532ln50,
所以 f x 在区间 4,5 上存在一个零点x ,此时k 4.
2
综上,k的值为0或4.
【小问3详解】
∵gxlnx x2 b1x,
1 2x2 b1x1
∴gx 2xb1 ,
x x
若b2,则b12 4b3b10恒成立,
所以2x2 b1x10两根为x,x x x ,
1 2 1 2
b1 1
∴x x ,xx ,
1 2 2 1 2 2
x
gx gx ln 1 x2 x2 (b1)x x
1 2 x 1 2 1 2
2
x 1
ln 1 b1x x
x 2 1 2
2
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x 1x x x x
ln 1 1 2 1 2
x 2 x x
2 1 2
x 1 x x
ln 1 1 2 ,
x 2 x x
2 2 1
∵0x x ,
1 2
x
设t 1 ,则0t 1,
x
2
1 1
令Gtlnt t ,0t 1,
2 t
1 1 1
t12
则Gt 1 0,
t 2 t2 2t2
∴Gt
在
0,1
上单调递减;
∵b2,
∴b12≥9,
b1 2 x2 2x x x2
∵
x x 2 1 1 2 2
2 1 2 2x x
1 2
1 x x 1 1
1 2 2 t 2 ,
2 x x 2 t
2 1
1 9
∴t 2≥ ,
t 2
∴2t2 5t20,
1
∴0t ,
2
1 1 3
∴当t 时,Gt G ln2,
2 min 2 4
3 3
∴m≤ ln2,即实数m的最大值为m ln2.
4 max 4
【点睛】方法点睛:导函数中常用的两种常用的转化方法:一是利用导数研究含参函数的单调性,常化为
不等式恒成立问题.注意分类讨论与数形结合思想的应用;二是函数的零点、不等式证明常转化为函数的
单调性、极(最)值问题处理.
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