( 15 )(本小题满分12分)
化简并求函数的值域和最小正周期.
[答案]
解:
∴ ,,
∴的值域是,最小正周期是.
( 16 ) (本小题共14分)
如图3所示,在四面体中,已知,
.是线段上一点,,点在线段上,且.
(Ⅰ)证明:;
(Ⅱ)求二面角的大小.
[答案]
(Ⅰ)证明:在中, ∵
∴
∴△PAC是以∠PAC为直角的直角三角形,
同理可证,△PAB是以∠PAB为直角的直角三角形,
△PCB是以∠PCB为直角的直角三角形.
在中,∵
∴ ∴
又∵
∴
(II)
解法一:由(I)知PB⊥CE,PA⊥平面ABC
∴AB是PB在平面ABC上的射影,故AB⊥CE
∴CE⊥平面PAB,而EF平面PAB,
∴EF⊥EC,
故∠FEB是二面角B-CE-F的平面角,
∵
∴,
∴二面角B-CE-F的大小为.
解法二:如图,以C点的原点,CB、CA为x、y轴,
建立空间直角坐标系C-xyz,则
,,,,
∵为平面ABC的法向量,
为平面ABC的法向量,
∴,
∴二面角B-CE-F的大小为.
|
在平面直角坐标系中,抛物线上异于坐标原点的两不同动点A、B满足(如图4所示)
(Ⅰ)求得重心(即三角形三条中线的交点)
的轨迹方程;
(Ⅱ)的面积是否存在最小值?若存在,请求出
最小值;若不存在,请说明理由.
[答案]
解法一:
(Ⅰ)∵直线的斜率显然存在,∴设直线的方程为,
,依题意得
,①
∴,② ③
∵,∴,即 ,④
由③④得,,∴
∴设直线的方程为
∴①可化为 ,∴ ⑤,
设的重心G为,则
⑥ , ⑦,
由⑥⑦得 ,即,这就是得重心的轨迹方程.
(Ⅱ)由弦长公式得
把②⑤代入上式,得 ,
设点到直线的距离为,则,
∴ ,
∴ 当,有最小值,
∴的面积存在最小值,最小值是 .
解法二:
(Ⅰ)∵ AO⊥BO, 直线,的斜率显然存在,
∴设AO、BO的直线方程分别为,,
设,,依题意可得
由得 ,由得 ,
设的重心G为,则
① , ②,
由①②可得,,即为所求的轨迹方程.
(Ⅱ)由(Ⅰ)得,,,
∴
,
当且仅当,即时,有最小值,
∴的面积存在最小值,最小值是 .
解法三:(I)设△AOB的重心为G(x , y) ,A(x1, y1),B(x2 , y2 ),则
…(1)
不过∵OA⊥OB ,
∴,即, …(2)
又点A,B在抛物线上,有,
代入(2)化简得,
∴,
∴所以重心为G的轨迹方程为,
(II),
由(I)得,
当且仅当即时,等号成立,
所以△AOB的面积存在最小值,存在时求最小值1 .
( 18 ) (本小题共12分)
箱中装有大小相同的黄、白两种颜色的乒乓球,黄、白乒乓球的数量比为.现从箱中每次任意取出一个球,若取出的是黄球则结束,若取出的是白球,则将其放回箱中,并继续从箱中任意取出一个球,但取球的次数最多不超过n次.以表示取球结束时已取到白球的次数.
(Ⅰ)求的分布列;
(Ⅱ)求的数学期望.
[答案]
解:(Ⅰ)取出黄球的概率是,取出白球的概率是,则
, , ,
……, , ,
∴的分布列是
|
0 |
1 |
2 |
… |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
(Ⅱ)
… ①
… ②
①-②得
…
∴
∴的数学期望是.
( 19 ) (本小题共14分)
设函数在上满足,,且在闭区间[0,7]上,只有.
(Ⅰ)试判断函数的奇偶性;
(Ⅱ)试求方程在闭区间上的根的个数,并证明你的结论.
[答案]
解:(Ⅰ)∵,
∴
即 ,
∵在[0,7]上,只有,
∴,∴,
∴是非奇非偶函数.
(Ⅱ)由,令,得 ,
由,令,得 ,
∴,
∴是以10为周期的周期函数,
由得,的图象关于对称,
∴在[0,11]上,只有,
∴10是的最小正周期,
∵在[0,10]上,只有,
∴在每一个最小正周期内只有两个根,
∴在闭区间上的根的个数是.
( 20 ) (本小题共14分)
在平面直角坐标系中,已知矩形的长为2,宽为1,、边分别在轴、轴的正半轴上,点与坐标原点重合(如图5所示).将矩形折叠,使点落在线段上.
(Ⅰ)若折痕所在直线的斜率为,试写出折痕所在直线的方程;
(Ⅱ)求折痕的长的最大值.
[答案]
解:(Ⅰ)( i ) 当时,此时A点与D点重合, 折痕所在的直线方程,
( ii ) 当时,设A点落在线段上的点,
,则直线的斜率,
∵
∴,∴ ,∴
又∵折痕所在的直线与的交点坐标(线段的中点)
为,
∴折痕所在的直线方程,即,
由( i ) ( ii )得折痕所在的直线方程为:
(Ⅱ)折痕所在的直线与坐标轴的交点坐标为
由(Ⅰ)知,,∵,∴,
设折痕长度为d,所在直线的倾斜角为,
( i ) 当时,此时A点与D点重合, 折痕的长为2 ;
( ii )当时,
设,,
时,l与线段AB相交,此时,
时,l与线段BC相交,此时,
时,l与线段AD相交,此时,
时,l与线段DC相交,此时,
∴将k所在的分为3个子区间:
①当时,折痕所在的直线l与线段DC、AB相交,
折痕的长,
∴,
②当时,折痕所在的直线l与线段AD、AB相交,
令,即,即,
即 ,
∵,∴解得
令, 解得 ,
故当时,是减函数,当时,是增函数,
∵,,
∴,
∴当时,,
,
∴当时, ,
③当时,折痕所在的直线l与线段AD、BC相交,
折痕的长,
∴,即,
综上所述得,当时,折痕的长有最大值,为.