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19立体几何初步★★☆☆☆
底面边长为 22 的正三棱锥 P−ABCP-ABC,其表面展开图是三角形 P1P2P3P_{1}P_{2}P_{3},如图,求 △P1P2P3\triangle P_{1}P_{2}P_{3} 的各边长及此三棱锥的体积 VV.
\begin{solution} 设正三棱锥的侧棱长为 ll. 由展开图,P1P_1,BB,P2P_2 共线,且 P1B=BP2=lP_1B=BP_2=l,所以 P1P2=2lP_1P_2=2l. 又因 P2P_2,CC,P3P_3 共线且 P2C=CP3=lP_2C=CP_3=l,有 P2P3=2lP_2P_3=2l;因 P3P_3,AA,P1P_1 共线且 P3A=AP1=lP_3A=AP_1=l,有 P3P1=2lP_3P_1=2l. 因此 △P1P2P3\triangle P_1P_2P_3 的三边相等.
在展开图中,AA、BB、CC 分别位于外三角形 P1P2P3P_1P_2P_3 的三边上,且每个点把相应边分成长度均为 ll 的两段,所以 AA、BB、CC 分别是三边的中点. 由三角形中位线定理,ABAB、BCBC、CACA 分别等于外三角形对应边长的一半,即 AB=BC=CA=lAB=BC=CA=l. 底面边长为 22,故 l=2l=2,于是 P1P2=P2P3=P3P1=2l=4P_1P_2=P_2P_3=P_3P_1=2l=4.
设底面中心为 OO. 正三角形 ABCABC 的高为 22−12=3\sqrt{2^2-1^2}=\sqrt3,所以其外接圆半径为 AO=233=233AO=\dfrac23\sqrt3=\dfrac{2\sqrt3}{3}. 正三棱锥的高 POPO 垂直于底面,且 PA=l=2PA=l=2. 在直角三角形 PAOPAO 中, PO=PA2−AO2=4−43=263PO=\sqrt{PA^2-AO^2}=\sqrt{4-\dfrac43}=\dfrac{2\sqrt6}{3}.
底面面积为 SABC=12×2×3=3S_{ABC}=\dfrac12\times2\times\sqrt3=\sqrt3,故三棱锥体积为 V=13SABC⋅PO=13×3×263=223V=\dfrac13S_{ABC}\cdot PO=\dfrac13\times\sqrt3\times\dfrac{2\sqrt6}{3}=\dfrac{2\sqrt2}{3}. \end{solution}

2014 · 上海 · 文 · 第 19 题 · 解答题

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20函数与初等函数★★☆☆☆
设常数 a⩾0a \geqslant 0,函数 f(x)=2x+a2x−af(x) = \dfrac{2^x + a}{2^x - a}.
(1) 若 a=4a = 4,求函数 y=f(x)y = f(x) 的反函数 y=f−1(x)y = f^{-1}(x); (2) 根据 aa 的不同取值,讨论函数 y=f(x)y = f(x) 的奇偶性,并说明理由.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 当 a=4a=4 时,函数定义域为 x≠2x\ne2. 设 y=2x+42x−4y=\dfrac{2^x+4}{2^x-4},则 y(2x−4)=2x+4y(2^x-4)=2^x+4,所以 (y−1)2x=4(y+1)(y-1)2^x=4(y+1),即 2x=4(y+1)y−12^x=\dfrac{4(y+1)}{y-1}. 因而 x=log⁡24(y+1)y−1x=\log_2\dfrac{4(y+1)}{y-1}. 当 0<2x<40<2^x<4 时,y<−1y<-1;当 2x>42^x>4 时,y>1y>1,所以值域为 (−∞,−1)∪(1,+∞)(-\infty,-1)\cup(1,+\infty). 交换自变量与因变量,得 f−1(x)=log⁡24x+4x−1f^{-1}(x)=\log_2\dfrac{4x+4}{x-1},定义域为 x∈(−∞,−1)∪(1,+∞)x\in(-\infty,-1)\cup(1,+\infty). \item 当 a=0a=0 时,f(x)=1f(x)=1,定义域为 R\mathbf{R},且 f(−x)=f(x)f(-x)=f(x),所以是偶函数. 当 a=1a=1 时,定义域为 R\{0}\mathbf{R}\mathbin{\backslash}\{0\},且 f(−x)=2−x+12−x−1=1+2x1−2x=−2x+12x−1=−f(x)f(-x)=\dfrac{2^{-x}+1}{2^{-x}-1}=\dfrac{1+2^x}{1-2^x}=-\dfrac{2^x+1}{2^x-1}=-f(x),所以是奇函数. 当 a>0a>0 且 a≠1a\ne1 时,定义域为 R\{log⁡2a}\mathbf{R}\mathbin{\backslash}\{\log_2a\},被排除的点不为 00,定义域不关于原点对称,因而既不是奇函数也不是偶函数. \end{enumerate} \end{solution}

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