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10平面向量★★★★★
在平面内,定点 AA,BB,CC,DD 满足 ∣DA→∣=∣DB→∣=∣DC→∣\left|\overrightarrow{DA}\right|=\left|\overrightarrow{DB}\right|=\left|\overrightarrow{DC}\right|,且 DA→⋅DB→=DB→⋅DC→=DC→⋅DA→=−2\overrightarrow{DA}\cdot\overrightarrow{DB}=\overrightarrow{DB}\cdot\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{DC}\cdot\overrightarrow{DA}=-2,动点 PP,MM 满足 ∣AP→∣=1\left|\overrightarrow{AP}\right|=1,PM→=MC→\overrightarrow{PM}=\overrightarrow{MC},则 ∣BM→∣2\left|\overrightarrow{BM}\right|^2 的最大值是( )
\begin{solution} 令 u=DA→\boldsymbol{u}=\overrightarrow{DA},v=DB→\boldsymbol{v}=\overrightarrow{DB},w=DC→\boldsymbol{w}=\overrightarrow{DC},并设 ∣u∣2=∣v∣2=∣w∣2=r2|\boldsymbol{u}|^2=|\boldsymbol{v}|^2=|\boldsymbol{w}|^2=r^2.三个向量共面,故其 Gram 行列式为零:
det⁡(r2−2−2−2r2−2−2−2r2)=(r2−4)(r2+2)2=0\det\begin{pmatrix}r^2&-2&-2\\-2&r^2&-2\\-2&-2&r^2\end{pmatrix}=(r^2-4)(r^2+2)^2=0
因 r2>0r^2>0,故 r2=4r^2=4.又
∣u+v+w∣2=3r2+2(−2−2−2)=0|\boldsymbol{u}+\boldsymbol{v}+\boldsymbol{w}|^2=3r^2+2(-2-2-2)=0
所以 u+v+w=\bs0\boldsymbol{u}+\boldsymbol{v}+\boldsymbol{w}=\bs0.
设 z=AP→\boldsymbol{z}=\overrightarrow{AP},则 ∣z∣=1|\boldsymbol{z}|=1,且由于 MM 是 PCPC 的中点,
BM→=u+z+w2−v=z−3v2\overrightarrow{BM}=\frac{\boldsymbol{u}+\boldsymbol{z}+\boldsymbol{w}}{2}-\boldsymbol{v}=\frac{\boldsymbol{z}-3\boldsymbol{v}}{2}
于是
∣BM→∣2=14(∣z∣2+9∣v∣2−6z⋅v)=14(37−6z⋅v)|\overrightarrow{BM}|^2=\frac14\left(|\boldsymbol{z}|^2+9|\boldsymbol{v}|^2-6\boldsymbol{z}\cdot\boldsymbol{v}\right)=\frac14(37-6\boldsymbol{z}\cdot\boldsymbol{v})
由 z⋅v≥−∣z∣∣v∣=−2\boldsymbol{z}\cdot\boldsymbol{v}\geq-|\boldsymbol{z}||\boldsymbol{v}|=-2,得
∣BM→∣2≤37+124=494|\overrightarrow{BM}|^2\leq\frac{37+12}{4}=\frac{49}{4}
当 z\boldsymbol{z} 与 v\boldsymbol{v} 反向时取等号,所以最大值为 494\dfrac{49}{4},选 B. \end{solution}
A.
434\dfrac{43}{4}
B.
494\dfrac{49}{4}
C.
37+634\dfrac{37+6\sqrt3}{4}
D.
37+2334\dfrac{37+2\sqrt{33}}{4}

2016 · 四川 · 理 · 第 10 题 · 选择题

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21导数及其应用★★★★★
已知函数 f(x)=−2(x+a)ln⁡x+x2−2ax−2a2+af(x) = -2(x + a)\ln x + x^2 - 2ax - 2a^2 + a,其中 a>0a > 0.
(1) 设 g(x)g(x) 是 f(x)f(x) 的导函数,讨论 g(x)g(x) 的单调性; (2) 证明:存在 a∈(0,1)a \in (0,1),使得 f(x)⩾0f(x) \geqslant 0 在区间 (1,+∞)(1, +\infty) 内恒成立,且 f(x)=0f(x) = 0 在区间 (1,+∞)(1, +\infty) 内有唯一解.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 求导得 g(x)=f′(x)=2x−2ln⁡x−2ax−2a−2g(x)=f'(x)=2x-2\ln x-\frac{2a}{x}-2a-2,g′(x)=2(1−1x+ax2)=2(x2−x+a)x2g'(x)=2\left(1-\frac1x+\frac a{x^2}\right)=\frac{2(x^2-x+a)}{x^2}. 当 0<a<140<a<\dfrac14 时,x2−x+a=0x^2-x+a=0 的两个根为 α=1−1−4a2\alpha=\dfrac{1-\sqrt{1-4a}}2,β=1+1−4a2\beta=\dfrac{1+\sqrt{1-4a}}2. 因此 g(x)g(x) 在 (0,α)(0,\alpha) 和 (β,+∞)(\beta,+\infty) 上单调递增,在 (α,β)(\alpha,\beta) 上单调递减.
当 a⩾14a\geqslant\dfrac14 时,x2−x+a⩾0x^2-x+a\geqslant0,所以 g(x)g(x) 在 (0,+∞)(0,+\infty) 上单调递增. \item 对任意 a>0a>0,在 x>1x>1 时有
g′(x)=2(x2−x+a)x2>0g'(x)=\frac{2(x^2-x+a)}{x^2}>0
又 g(1)=−4a<0g(1)=-4a<0,且当 x→+∞x\to+\infty 时 g(x)→+∞g(x)\to+\infty,所以存在唯一的 c(a)>1c(a)>1 使 g(c(a))=0g(c(a))=0. 因而 ff 在 (1,c(a))(1,c(a)) 上递减,在 (c(a),+∞)(c(a),+\infty) 上递增,f(c(a))f(c(a)) 是 ff 在 (1,+∞)(1,+\infty) 上的最小值.
令 Φ(a)=f(c(a))\Phi(a)=f(c(a)). 函数 g(x,a)g(x,a) 关于 xx,aa 连续,且在每个根 c(a)>1c(a)>1 处有 ∂g∂x=g′(c(a))>0\dfrac{\partial g}{\partial x}=g'(c(a))>0,所以唯一根 c(a)c(a) 随 aa 连续变化,从而 Φ(a)\Phi(a) 连续. 进一步,对任意固定的 δ>0\delta>0,有
g(1+δ,0)=2(δ−ln⁡(1+δ))>0g(1+\delta,0)=2\bigl(\delta-\ln(1+\delta)\bigr)>0
由连续性,当 a>0a>0 充分接近 00 时仍有 g(1+δ,a)>0g(1+\delta,a)>0. 又 g(1,a)<0g(1,a)<0,且 gg 在 x>1x>1 上递增,故 1<c(a)<1+δ1<c(a)<1+\delta,从而 c(a)→1c(a)\to1(a→0+a\to0^+). 因此 Φ(a)→f(1,0)=1>0\Phi(a)\to f(1,0)=1>0. 另一方面,取 a=12a=\dfrac12,有 f(1)=0f(1)=0,且 g(1)=−2<0g(1)=-2<0,所以 ff 在 11 的右邻域内小于 00,即 Φ(12)<0\Phi\left(\dfrac12\right)<0. 由介值定理,存在 a0∈(0,12)⊂(0,1)a_0\in\left(0,\dfrac12\right)\subset(0,1) 使 Φ(a0)=0\Phi(a_0)=0.
对这个 a0a_0,函数 ff 先严格递减后严格递增,且在唯一极小点 c(a0)c(a_0) 处取值 00,所以 f(x)⩾0f(x)\geqslant0 在 (1,+∞)(1,+\infty) 内恒成立,且 f(x)=0f(x)=0 在该区间内只有唯一解 x=c(a0)x=c(a_0). \end{enumerate} \end{solution}

2015 · 四川 · 理 · 第 21 题 · 解答题

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21导数及其应用★★★★★
已知函数 f(x)=ex−ax2−bx−1f(x) = \mathrm{e}^{x} - ax^{2} - bx - 1,其中 aa,b∈Rb \in \mathbf{R},e=2.71828⋯\mathrm{e} = 2.71828\cdots 为自然对数的底数.
(1) 设 g(x)g(x) 是函数 f(x)f(x) 的导函数,求函数 g(x)g(x) 在区间 [0,1][0,1] 上的最小值; (2) 若 f(1)=0f(1)=0,函数 f(x)f(x) 在区间 (0,1)(0,1) 内有零点,证明:e−2<a<1\mathrm{e} - 2 < a < 1.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item g(x)=f′(x)=ex−2ax−bg(x)=f'(x)=\mathrm{e}^x-2ax-b,且 g′(x)=ex−2ag'(x)=\mathrm{e}^x-2a 严格递增. 若 a⩽12a\leqslant\frac12,则 g′(x)⩾0g'(x)\geqslant0(0⩽x⩽10\leqslant x\leqslant1),所以最小值为 g(0)=1−bg(0)=1-b. 若 \frac12<a<\frac\mathrm{e}2,则 g′(x)=0g'(x)=0 的解 x0=ln⁡(2a)x_0=\ln(2a) 在 (0,1)(0,1) 内,故最小值为
g(x0)=2a−2aln⁡(2a)−bg(x_0)=2a-2a\ln(2a)-b
若 a\geqslant\frac\mathrm{e}2,则 g′(x)⩽0g'(x)\leqslant0(0⩽x⩽10\leqslant x\leqslant1),所以最小值为 g(1)=e−2a−bg(1)=\mathrm{e}-2a-b. 综上,最小值为
\begin{cases} 1-b, & a\leqslant\frac12,\\ 2a-2a\ln(2a)-b, & \frac12<a<\frac\mathrm{e}2,\\ \mathrm{e}-2a-b, & a\geqslant\frac\mathrm{e}2. \end{cases}
\item 由 f(1)=0f(1)=0,得 a+b=e−1a+b=\mathrm{e}-1,即 b=e−1−ab=\mathrm{e}-1-a. 又 f(0)=0f(0)=0,设题设中 (0,1)(0,1) 内的零点为 x0x_0. 对区间 [0,x0][0,x_0] 和 [x0,1][x_0,1] 分别使用罗尔定理,得 g=f′g=f' 在 (0,1)(0,1) 内有两个不同的零点.
由于 g′(x)=ex−2ag'(x)=\mathrm{e}^x-2a 严格递增,且 gg 在 (0,1)(0,1) 内有两个不同的零点,罗尔定理表明 g′g' 在这两个零点之间有一个零点. 因而 gg 在该点左侧递减、右侧递增,两个零点之外函数值严格为正,从而 g(0)>0g(0)>0,g(1)>0g(1)>0. 因此 g(0)=1−b=a+2−e>0g(0)=1-b=a+2-\mathrm{e}>0,g(1)=e−2a−b=1−a>0g(1)=\mathrm{e}-2a-b=1-a>0. 于是 e−2<a<1\mathrm{e}-2<a<1. \end{enumerate} \end{solution}

2014 · 四川 · 文 · 第 21 题 · 解答题

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