前言
典例剖析
【2021 届高三文科数学寒假作业 3】已知正方体 ABCD−A1B1C1D1 的棱长为 a, 点 E,F,G 分别为棱 AB、 AA1、 C1D1 的中点,下列结论中, 正确结论的序号是___________.

①. 过 E, F, G 三点作正方体的截面,所得截面为正六边形;
解析:延长 EF 分别与 B1A1, B1B 的延长线交于 N, Q, 连接 GN 交 A1D1 于点 H,设 HG 与 B1C1 的延长线交于 P,连接 PQ 交 CC1 于 I,交 BC 于 M,连 FH, HG, GI, IM,ME, EF,如图:

则截面六边形 EFHGIM 为正六边形,故①正确;
②. B1D1 // 平面 EFG;
解析:因为 B1D1 与 HG 相交,故 B1D1 与平面 EFG 相交,所以②不正确;
③. BD1⊥ 平面 ACB1;
解析:连接 BD ,则易知 AC⊥ 平面 BDD1,故可知 AC⊥BD1,同理可知,AB1⊥BD1,

又由于 AC⫋ 平面 ACB1, AB1⫋ 平面 ACB1,AB1∩AC=A,
故 BD1⊥ 平面 ACB1;
④. 异面直线 EF 与 BD1 所成角的正切值为 √22;
解析:连接 A1B,则在 Rt△A1BD1 中,可知直线 A1B 与 BD1 所成角的正切值为 √22,
又由于 EF//A1B,故异面直线 EF 与 BD1 所成角的正切值为 √22,即④正确;
⑤. 四面体 ACB1D1 的体积等于 12a3.
解析:法 1,割补法,VACB1D1=a3−4×13×[12×a2]×a=13a3;
法 2,公式法,VACB1D1=13⋅S⋅h=13[12×(√2a)2×√32]×2√33a=13a3;
补充说明:四面体 ACB1D1 为正方体内的正四面体;
【2021 届高三数学跟踪训练 5】下列给定的命题中:
(1). 若 x1 满足 2x+2x=5, x2 满足 2x+2log2(x−1)=5, 则 x1+x2=4;
(2). 函数 y=loga(x+3)−1 (a>0 且 a≠1) 的图象恒过定点 A, 若点 A 在 mx+ny+2=0 上,其中 mn>0,则 1m+1n 的最小值是 3+2√22;
(3). 设 g(x) 是定义在 R 上,以 1 为周期的函数,若 f(x)=2x+g(x) 在 [0,1] 上的值域为 [−1,3],则 f(x) 在区间 [0,3] 上的值域为 [−1,7];
(4). 已知曲线 y=√2x−x2 (0⩽x⩽2) 与直线 y=k(x−2)+2 仅有 2 个交点, 则 k∈(34,1);
(5). 函数 y=log22x4−x 图象的对称中心为 (2,1).
其中真命题序号为【】.
解析:对【1】而言,由题意可知 2x1+2x1=5①, 2x2+2log2(x2−1)=5②,
由①式可得 2x1=5−2x1,则指数式化为对数式得到 x1=log2(5−2x1),
即 2x1=2log2(5−2x1), 令 2x1=7−2t 此处的变形技巧性很强,为什么这样设元,原因是既要照顾到 2x1,还要考虑变形后要和②式一模一样,故此处的操作技巧型太强了 ,
代入上式得 7−2t=2log2[5−(7−2t)]
=2log2(2t−2)=2[1+log2(t−1)]=2+2log2(t−1),
则 5−2t=2log2(t−1),即 2t+2log2(t−1)=5, 与②式比照得到 t=x2,
于是 2x1=7−2x2,即 x1+x2=3.5,故 (1) 不正确;
对【2】而言,函数 y=loga(x+3)−1 (a>0 且 a≠1) 的图象恒过定点 A(−2,−1),
点 A 在 mx+ny+2=0 上,其中 mn>0, 所以 −2m−n+2=0,即 2m+n=2,
由 2m+n=2,mn>0 可知,m>0 且 n>0,
所以 1m+1n=12(2m+n)(1m+1n)
=32+n2m+mn⩾3+2√22,
当且仅当 n2m=mn 时取到等号,故 1m+1n 的最小值是 3+2√22;故 (2) 正确;
对【3】而言,由于 g(x) 是定义在 R 上,以 1 为周期的函数,故 g(x)=g(x−1)=g(x−2),
设 x∈[1,2] 由于函数 g(x) 的周期是 1,故每次取区间的宽度为 1 ,这样就能利用 g(x) 的周期性和解析式变形;,则 x−1∈[0,1],
则 f(x)=2x+g(x)=2(x−1)+g(x−1)+2=f(x−1)+2①注意 2(x−1)+g(x−1)=f(x−1) 的逆向思维,和 2x=2(x−1)+2 的变形技巧 ,
因为 x∈[0,1] 时, f(x)∈[−1,3], 所以对于①式有,
f(x−1)∈[−1,3], f(x)=f(x−1)+2∈[1,5],
同理,当 x∈[2,3], 则 x−2∈[0,1],
则 f(x)=2x+g(x)=2(x−2)+g(x−2)+4=f(x−2)+4②注意 2(x−2)+g(x−2)=f(x−2) 的逆向思维,和 2x=2(x−2)+4 的变形技巧 ,
因为 x∈[0,1] 时, f(x)∈[−1,3], 所以对于②式, f(x−2)∈[−1,3],
所以 f(x)=f(x−2)+4∈[3,7],
综上所述,对以上三种情况求并集,得到 y=f(x) 在 [0,3] 上的值域为 [−1,7]. 故 (3) 正确;
对【4】而言,已知曲线 y=√2x−x2 (0⩽x⩽2),同解变形为 (x−1)2+y2=1(y⩾0),
在同一个坐标系中,做出两个函数的图像,由图像可知,直线和曲线仅有两个交点时, k∈(34,1],故 (4) 不正确;
详细求解如下,
直线 y=k(x−2)+2 经过点 (2,2) 和 (0,0) 时,斜率为 1;
当直线和曲线相切时,直线斜率的求法思路之一:令 ∠ABx=θ,
则 tanθ=2,由此求得 tan2θ=2tanθ1−tan2θ=−43,
故直线和曲线相切时的斜率 k=34,
由图像可知,直线和曲线仅有两个交点时, k∈(34,1],
当直线和半圆相切时,直线斜率的求法思路之二:利用导数求解,略;
当直线和半圆相切时,直线斜率的求法思路之三:利用点 (1,0) 到直线的距离 d=r=1 来求解,
点 (1,0) 到直线 y=k(x−2)+2,即直线 kx−y−2k+2=0 的距离 d=|k×1−0−2k+2|√k2+1=1,
化简为 |k−2|=√k2+1,解得 k=34,故直线和半圆相切时的斜率为 k=34 .
对【5】而言,验证函数 y=log22x4−x 的对称性的思路之一:
在函数 y=log22x4−x 的图象上任取一点 (a,b), 则 b=log22a4−a,
则点 (a,b) 关于点 (2,1) 的对称点的坐标为 (4−a,2−b),
[注意,此时不能直接将点 (4−a,2−b) 代入函数 y=log22x4−x,原因是我们并不知道点 (4−a,2−b) 在不在这个函数图像上]
又由于 b=log22a4−a, 得到 −b=log24−a2a,
故 2−b=2+log24−a2a=log22(4−a)a=log22(4−a)4−(4−a),
即点 (4−a,2−b) 在函数 y=log22x4−x 上 ,
由于点 (a,b) 的任意性,可知函数图象的对称中心为 (2,1), 故 (5) 正确.
验证函数 y=log22x4−x 的对称性的思路之二:
由于 y=f(x)=log22x4−x,
故 f(4−x)=log22(4−x)4−(4−x)=log22(4−x)x,
则 f(x)+f(4−x)=log22x4−x+log22(4−x)x=log24=2,
即函数满足 f(x)+f(4−x)=2,故函数 y=f(x) 关于点 (2,1) 对称; 故 (5) 正确.
故真命题的序号为: (2). (3). (5).
【2020 高三文科数学】已知 0<α<β<π2,且 tanα,tanβ 是方程 x2−kx+2=0 的两不等实根,则下列结论正确的是【】
A.tanα+tanβ=−k B.tan(α+β)=−k C.k>2√2 D.k+tanα⩾4
分析:由 tanα,tanβ 是方程 x2−kx+2=0 的两不等实根,
由韦达定理可知,tanα+tanβ=k,tanα⋅tanβ=2,
故选项 A 错误;选项 B 正确;
tan(α+β)=tanα+tanβ1−tanα⋅tanβ=k−1=−k;
又由于 0<α<β<π2,则 tanα>0,tanβ>0,
则 tanα+tanβ=k⩾2√tanα⋅tanβ=2√2,
当且仅当 tanα=tanβ 时取到等号,故等号取不到;故选项 C 正确;
则 k+tanα=2tanα+tanβ⩾2√2tanα⋅tanβ=4,
当且仅当 2tanα=tanβ 时取到等号,故等号取不到;故选项 D 正确;
综上所述,故选项 B,C,D 正确;
【多项选择题】如果向量 →a、→b、→c 都是非零向量,下来判断正确的是【】
A. 若 →a//→b,→b//→c,则 →a//→c
B.→a⋅→b=→b⋅→c,则 →a=→c
C. 若 |→a+→b|=|→a−→b|,则 →a⊥→c
D. 若 →a|→a|=→b|→b|,则 →a//→b
分析:对于 A,由非零向量平行的传递性,可知正确;若题目中不限制非零向量,那么若 →b=→0,则满足 →a//→b,→b//→c,但不一定能推出 →a//→c,故是错误的。
对于 B,由 →a⋅→b=→b⋅→c,两边约去 →b,得到 →a=→c,这是错误的,原因是向量运算不满足消去律;应该这样变形,由题得到 →b(→a−→c)=0,当 →b=→0 时,或者 →a−→c=→0 或者 →b⊥(→a−→c) 时都满足条件,故不能得到 →a=→c,故 B 错误;
对于 C,给 |→a+→b|=|→a−→b| 两边平方,得到 |→a+→b|2=|→a−→b|2,整理得到,
→a⋅→b=0,故 →a⊥→b,故 C 正确;
对于 D,由 →a|→a|=→b|→b|,则 →a 与 →b 是共线向量,则 →a//→b,故 D 正确;
综上所述,选 ACD。
正方体 ABCD−A1B1C1D1 的棱长为 1, 动点 P,Q 分别在棱 BC,CC1 上, 过点 A, P, Q 的平面截该正方体所得的截面记为 S,设 BP=x, CQ=y,其中 x, y∈[0,1],下列命题:

①当 x=0 时, S 为矩形,其面积最大为 1;

分析:当 x=0 时, S 为矩形,其面积最大时为矩形 ABC1D1,故最大面积为 √2,故①错误;
②当 x=y=12 时, S 为等腰梯形;

分析:如上图,由于 x=y=12,容易证明 AP=D1Q,而 PQ//AD1,故截面 S 为等腰梯形;故②正确;
③当 x=12,y∈(12,1) 时,设 S 与棱 C1D1 的交点为 R,则 RD1=2−1y;

分析:设 S 与棱 C1D1 的交点为 R,延长 DD1,使 DD1∩QR=N,
连接 AN 交 A1D1 于 T,连接 TR,可证 AN//PQ 一个平面和两个平行平面都相交,则所得的交线互相平行;,
故可知 △PCQ∼△AD1N,则 PCAD=CQDN=12,
即 yDN=12,故 DN=2y,则 D1N=2y−1;
又由于 △NRD1∼△QRC1,可得 C1RD1R=C1QD1N,
令 RD1=x,即 1−xx=1−y2y−1,利用合比定理,得到
1−x+xx=1−y+2y−12y−1,即 1x=y2y−1
可得 x=RD1=2−1y,故③正确;
④当 y=1 时, 以 B1 为顶点,S 为底面的棱锥的体积为定值 13; 其中正确的命题为_______________.

分析:当 y=1 时, 以 B1 为顶点,S 为底面的棱锥 B1−PC1MA 的体积为
VB1−PC1MA=2VB1−PC1M=2VP−B1C1M=2×13×12×1×1×1=13,故④正确;
综上所述,正确的命题为②③④;
正方体 ABCD−A1B1C1D1 的棱长为 1,P 为 BC 中点,Q 为线段 CC1 上的动点,过点 A,P, Q 的平面截该正方体所得的截面记为 S,则下列命题中正确的是【】
A. 当 0<CQ<12 时,S 为四边形
B. 当 CQ=12 时,S 为等腰梯形
C. 当 CQ=34 时,S 与 C1D1 的交点 R 满足 C1R=13
D. 当 14<CQ<1 时,S 为六边形
E. 当 CQ=1 时,S 的面积为 √62
分析:由图可知,
选项 A,
B 正确;
已知在棱长为 1 的正方体 ABCD−A1B1C1D1 中, 点 P、Q、R 分别是表面 A1B1C1D1 、 BCC1B1 、 ABB1A1 的中心, 给出下列四个结论:
(1). PR 与 BQ 是异面直线;
(2). RQ⊥ 平面 BCC1B1;
(3). 平面 PQR// 平面 D1AC;
(4). 过 P 、 Q 、 R 的平面截该正方体所得的截面是边长为 √2 的等边三角形。以上结论中正确的是____________(写出所有正确结论的序号)

解:如图,在 (1) 中, PR 与 BQ 是异面直线错误; 因为点 P 、 Q 、 R 分别是表面 A1B1C1D1 、 BCC1B1 、 ABB1A1 的中心, 所以在 △A1BC1 中, P, R 分别是 A1B, A1C1 的中点, 所以 PR//BQ;
在 (2) 中,RQ⊥ 平面 BCC1B1 错误; 与 (1) 同理可得 RQ//AC, 所以 RQ 与平面 BCC1B1 所成的角是角 ACB 为 45∘;
在 (3) 中,平面 PQR// 平面 D1AC 正确, 因为与 (1) 同理得到 RQ//AC, PR//AD1, 所以 (3) 正确;
在 (4) 中,过 P、Q、R 的平面截该正方体所得的截面是边长为 √2 的等边三角形,因为正方体的棱长为 1, 所以 AC=√2, 又点 P、Q、R 分别是表面 A1B1C1D1 、 BCC1B1 、 ABB1A1 的中心, 所过 P、Q、R 的截面即为面 A1C1B, 故 (4) 正确.
因此答案为: (3)(4).
数学美的表现形式不同于自然美或艺术美那样直观,它蕴藏于特有的抽象概念、公式符号、推理论证、思维方法等之中, 揭示了规律性, 是一种科学的真实美。 在平面直角坐标系中, 曲线 C:x2+y2=2|x|+2|y| 就是一条形状优美的曲线, 对于此曲线, 下列说法正确的有【】
A. 曲线 C 围成的图形有 4 条对称轴
B. 曲线 C 围成的图形的周长是 4√3π
C. 曲线 C 上的任意两点间的距离不超过 6
D. 若 T(a,b) 是曲线 C 上任意一点,则 |4a+3b−18| 的最小值是 11−5√2
解:首先遇到的难点是要化简 x2+y2=2|x|+2|y|,更多关于绝对值的化简,请参阅含有绝对值符号的问题,则
① 当 x≥0,y≥0 时,x2+y2=2x+2y,化简得 (x−1)2+(y−1)2=2,表示圆心为 (1,1),半径 r=√2 的半圆;
② 当 x≥0,y<0 时,x2+y2=2x−2y,化简得 (x−1)2+(y+1)2=2,表示圆心为 (1,−1),半径 r=√2 的半圆;
③ 当 x<0,y≥0 时,x2+y2=−2x+2y,化简得 (x+1)2+(y−1)2=2,表示圆心为 (−1,1),半径 r=√2 的半圆;
④ 当 x<0,y<0 时,x2+y2=−2x−2y,化简得 (x+1)2+(y+1)2=2,表示圆心为 (−1,−1),半径 r=√2 的半圆。
作出曲线 C:x2+y2=2|x|+2|y| 的图像如图所示:
对于选项 A, 易知曲线图像有 4 条对称轴, 则选项 A 正确;
对于选项 B,曲线图形由 4 个半圆组成,故其周长为 2×2π×r=4√2π, 则选项 B 错误;
对于选项 C,由图可知, 曲线 C 上的任意两点间的最大距离为 4r=4√2≈5.66 , 则选项 C 正确;
对于选项 D,圆心 (1,1) 到直线 4x+3y−18=0 的距离为 d1=|4+3−18|√42+32=115,
T(a,b) 到直线 4x+3y−18=0 的距离 d2=|4a+3b−18|√42+32=|4a+3b−18|5,
若使 d2 最小, 则有 d2=d1−r=115−√2,所以 |4a+3b−18|5=115−√2,
得 |4a+3b−18|=11−5√2, 则选项 D 正确。
故选: ACD.
【解后反思】:关于 |4a+3b−18| 的最小值的求解思路选择,还可以考虑用三角函数求解,比如 T(a,b) 是曲线 C 上任意一点,则但点 T 在半圆 (x−1)2+(y−1)2=2 上时,则 a=√2cosθ+1, b=√2sinθ+1,θ∈[−π4,3π4],代入计算,其他半圆上的情形用同法处理;当然这个思路明显没有从形上思考快捷。比如本题目的解法中将 |4a+3b−18| 看成点 T(a,b) 到直线 4x+3y−18=0 的距离的一部分,这个做法要引起注意。
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2018-03-29 用图像解不等式