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21概率与统计★★★★★
为治疗某种疾病,研制了甲、乙两种新药,希望知道哪种新药更有效,为此进行动物试验. 试验方案如下:每一轮选取两只白鼠对药效进行对比试验. 对于两只白鼠,随机选一只施以甲药,另一只施以乙药. 一轮的治疗结果得出后,再安排下一轮试验. 当其中一种药治愈的白鼠比另一种药治愈的白鼠多 44 只时,就停止试验,并认为治愈只数多的药更有效. 为了方便描述问题,约定:对于每轮试验,若施以甲药的白鼠治愈且施以乙药的白鼠未治愈则甲药得 11 分,乙药得 −1-1 分;若施以乙药的白鼠治愈且施以甲药的白鼠未治愈则乙药得 11 分,甲药得 −1-1 分;若都治愈或都未治愈则两种药均得 00 分. 甲、乙两种药的治愈率分别记为 α\alpha 和 β\beta,一轮试验中甲药的得分记为 XX.
(1) 求 XX 的分布列; (2) 若甲药、乙药在试验开始时都赋予 44 分,pip_i(i=0i=0,11,⋯\cdots,88)表示“甲药的累计得分为 ii 时,最终认为甲药比乙药更有效”的概率,则 p0=0p_0=0,p8=1p_8=1,pi=api−1+bpi+cpi+1p_i=ap_{i-1}+bp_i+cp_{i+1}(i=1i=1,22,⋯\cdots,77),其中 a=P(X=−1)a=P(X=-1),b=P(X=0)b=P(X=0),c=P(X=1)c=P(X=1). 假设 α=0.5\alpha=0.5,β=0.8\beta=0.8.
(i) 证明:{pi+1−pi}\{p_{i+1}-p_i\}(i=0i=0,11,22,⋯\cdots,77)为等比数列; (ii) 求 p4p_4,并根据 p4p_4 的值解释这种试验方案的合理性.

2019 · 全国 · 一卷 · 理 · 第 21 题 · 解答题

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20导数及其应用★★★★★
已知函数 f(x)=13x3+ax2+bxf(x) = \frac{1}{3} x^3 + ax^2 + bx,且 f′(−1)=0f'(-1) = 0.
(1) 试用含 aa 的代数式表示 bb,并求 f(x)f(x) 的单调区间; (2) 令 a=−1a = -1,设函数 f(x)f(x) 在 x1x_1,x2x_2(x1<x2x_1 < x_2)处取得极值,记点 M(x1,f(x1))M(x_1, f(x_1)),N(x2,f(x2))N(x_2, f(x_2)),P(m,f(m))P(m, f(m)),x1<m<x2x_1 < m < x_2. 请仔细观察曲线 f(x)f(x) 在点 PP 处的切线与线段 MPMP 的位置变化趋势,并解释以下问题:
(i) 若对任意的 m∈(t,x2]m \in (t, x_2],线段 MPMP 与曲线 f(x)f(x) 均有异于 MM,PP 的公共点,试确定 tt 的最小值,并证明你的结论; (ii) 若存在点 Q(n,f(n))Q(n, f(n)),x1⩽n<mx_1 \leqslant n < m,使得线段 PQPQ 与曲线 f(x)f(x) 有异于 PP,QQ 的公共点,请直接写出 mm 的取值范围. (不必给出求解过程)
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由 f′(x)=x2+2ax+bf'(x)=x^2+2ax+b,f′(−1)=1−2a+b=0f'(-1)=1-2a+b=0 得b=2a−1b=2a-1.于是
f′(x)=x2+2ax+2a−1=(x+1)(x+2a−1)=(x+1)(x−(1−2a))f'(x)=x^2+2ax+2a-1=(x+1)(x+2a-1)=(x+1)(x-(1-2a))
当a>1a>1时,1−2a<−11-2a<-1,故f′(x)f'(x)在(−∞,1−2a)(-\infty,1-2a)和(−1,+∞)(-1,+\infty)上为正,在(1−2a,−1)(1-2a,-1)上为负.因此增区间为(−∞,1−2a)(-\infty,1-2a)和(−1,+∞)(-1,+\infty),减区间为(1−2a,−1)(1-2a,-1).
当a=1a=1时,f′(x)=(x+1)2⩾0f'(x)=(x+1)^2\geqslant0,所以f(x)f(x)在R\mathbf{R}上单调递增.
当a<1a<1时,−1<1−2a-1<1-2a,故f′(x)f'(x)在(−∞,−1)(-\infty,-1)和(1−2a,+∞)(1-2a,+\infty)上为正,在(−1,1−2a)(-1,1-2a)上为负.因此增区间为(−∞,−1)(-\infty,-1)和(1−2a,+∞)(1-2a,+\infty),减区间为(−1,1−2a)(-1,1-2a).
\item 令a=−1a=-1,则b=−3b=-3,故f(x)=13x3−x2−3xf(x)=\frac{1}{3}x^3-x^2-3x,f′(x)=(x+1)(x−3)f'(x)=(x+1)(x-3),所以x1=−1x_1=-1,x2=3x_2=3.
对曲线上横坐标为uu,vv的两个点作割线.由于f(x)f(x)的三次项系数为13\frac{1}{3},割线方程与曲线方程相减后所得三次方程的三个根为uu,vv,ww.该三次方程的首项为13x3\frac{1}{3}x^3,而二次项系数为−1-1,与13(x−u)(x−v)(x−w)\frac{1}{3}(x-u)(x-v)(x-w)比较可得−u+v+w3=−1-\frac{u+v+w}{3}=-1,即u+v+w=3u+v+w=3,所以第三个交点的横坐标为w=3−u−vw=3-u-v.
\begin{enumerate} \item 取u=x1=−1u=x_1=-1,v=mv=m,得w=4−mw=4-m.当m∈(t,3]m\in(t,3]时,线段MPMP与曲线有异于MM,PP的公共点,要求第三个交点的横坐标满足−1<w<m-1<w<m.代入w=4−mw=4-m得4−m<m4-m<m,即m>2m>2;当m=3m=3时仍有w=1w=1,满足条件.因此对所有m∈(2,3]m\in(2,3]均成立,而任意t<2t<2都会使m=2m=2落入(t,3](t,3],此时w=mw=m并无异于PP的第三个交点.故tt的最小值为22.
\item 取u=nu=n,v=mv=m,第三个交点横坐标为w=3−m−nw=3-m-n.它位于线段PQPQ内部当且仅当
n<3−m−n<m⟺3−2m<n<3−m2n<3-m-n<m \quad\Longleftrightarrow\quad 3-2m<n<\frac{3-m}{2}
还需满足−1⩽n<m-1\leqslant n<m.当m⩽1m\leqslant1时,3−2m⩾m3-2m\geqslant m,不存在这样的nn;当1<m<31<m<3时,上述不等式区间与[−1,m)[-1,m)有公共部分,可以选取这样的nn.所以mm的取值范围为(1,3)(1,3). \end{enumerate} \end{enumerate} \end{solution}

2009 · 福建 · 理 · 第 20 题 · 解答题

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