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04函数与初等函数★★☆☆☆
执行如图所示的程序框图,输出的 SS 值为( )
A.
22
B.
44
C.
88
D.
1616

2012 · 北京 · 文 · 第 4 题 · 选择题

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09解析几何★★☆☆☆
直线 y=xy = x 被圆 x2+(y−2)2=4x^2 + (y - 2)^2 = 4 截得的弦长为______.

2012 · 北京 · 文 · 第 9 题 · 填空题

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12指数函数与对数函数★★☆☆☆
已知函数 f(x)=lg⁡xf(x) = \lg x. 若 f(ab)=1f(ab) = 1,则 f(a2)+f(b2)=f(a^2) + f(b^2)=______.

2012 · 北京 · 文 · 第 12 题 · 填空题

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15三角函数★★★☆☆
已知函数 f(x)=(sin⁡x−cos⁡x)sin⁡2xsin⁡xf(x) = \dfrac{(\sin x - \cos x)\sin 2x}{\sin x}.
(1) 求 f(x)f(x) 的定义域及最小正周期; (2) 求 f(x)f(x) 的单调递减区间.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由分母不能为零,得 sin⁡x≠0\sin x\ne0,所以定义域为 {x∣x≠kπ, k∈Z}\{x\mid x\ne k\pi,\ k\in\mathbf{Z}\}. 在此定义域内,利用 sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x\sin2x=2\sin x\cos x,得
f(x)=2cos⁡x(sin⁡x−cos⁡x)=sin⁡2x−cos⁡2x−1=2sin⁡(2x−π4)−1f(x)=2\cos x(\sin x-\cos x)=\sin2x-\cos2x-1 =\sqrt{2}\sin\left(2x-\frac{\pi}{4}\right)-1
化简式的周期为 π\pi,所以 π\pi 是原函数的一个正周期. 另一方面,原函数的定义域排除了恰为 {kπ∣k∈Z}\{k\pi\mid k\in\mathbf{Z}\} 的点;若 TT 是原函数的周期,则平移 TT 必须把这组不可取点保持不变,从而 TT 必须是 π\pi 的整数倍. 因此原函数的最小正周期为 π\pi.
\item 由上式可得 f′(x)=22cos⁡(2x−π4)f'(x)=2\sqrt{2}\cos\left(2x-\frac{\pi}{4}\right). 函数递减时
cos⁡(2x−π4)<0\cos\left(2x-\frac{\pi}{4}\right)<0
即存在 k∈Zk\in\mathbf{Z},使
2kπ+π2<2x−π4<2kπ+3π22k\pi+\frac{\pi}{2}<2x-\frac{\pi}{4}<2k\pi+\frac{3\pi}{2}
解得 kπ+3π8<x<kπ+7π8k\pi+\frac{3\pi}{8}<x<k\pi+\frac{7\pi}{8}. 端点处导数为零,但函数在端点及其间的每一点均有定义,故可将递减区间写成相应闭区间;这些区间也不包含被排除的 kπk\pi. 所以单调递减区间为 [kπ+3π8,kπ+7π8]\left[k\pi+\frac{3\pi}{8},k\pi+\frac{7\pi}{8}\right](k∈Zk\in\mathbf{Z}). \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 北京 · 文 · 第 15 题 · 解答题

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16立体几何初步★★★☆☆
如图 1,在 Rt△ABC\mathrm{Rt}\triangle ABC 中,∠C=90∘\angle C = 90^\circ,DD,EE 分别是 ACAC,ABAB 的中点,点 FF 为线段 CDCD 上的一点,将 △ADE\triangle ADE 沿 DEDE 折起到 △A1DE\triangle A_1DE 的位置,使 A1F⊥CDA_1F \perp CD,如图 2.
(1) 求证:DE∥平面 A1CBDE\parallel\text{平面 }A_1CB; (2) 求证:A1F⊥BEA_1F\perp BE; (3) 线段 A1BA_1B 上是否存在点 QQ,使 A1C⊥平面 DEQA_1C\perp\text{平面 }DEQ?说明理由.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 因为 DD,EE 分别是 ACAC,ABAB 的中点,所以在折叠前 DE∥BCDE\parallel BC,折叠后 DEDE 和 BCBC 的位置均不变,仍有 DE∥BCDE\parallel BC. 又 BC⊂平面 A1CBBC\subset\text{平面 }A_1CB. 只需证明 DEDE 不在该平面内.
若 DE⊂平面 A1CBDE\subset\text{平面 }A_1CB,则平面 A1CBA_1CB 与折叠前的平面 ABCABC 都含有两条互相平行且不重合的直线 DEDE 和 BCBC,从而两平面重合,故 A1∈平面 ABCA_1\in\text{平面 }ABC. 由于 DE⊥ACDE\perp AC,且 DD 是 ACAC 的中点,点 AA 绕折痕 DEDE 后仍落在平面 ABCABC 内时只能处于原位置 AA 或关于 DEDE 的对称位置 CC. 这两种情形下 A1FA_1F 均与 CDCD 共线或退化,不可能满足 A1F⊥CDA_1F\perp CD. 因此 DE⊄平面 A1CBDE\not\subset\text{平面 }A_1CB,所以 DE∥平面 A1CBDE\parallel\text{平面 }A_1CB.
\item 由 AC⊥BCAC\perp BC 且 DE∥BCDE\parallel BC,得 DE⊥ACDE\perp AC,从而 DE⊥CDDE\perp CD. 折叠保持折痕 DEDE 与边 ADAD 的夹角,所以 DE⊥A1DDE\perp A_1D. 直线 A1DA_1D 与 DCDC 在 DD 处相交,且都在平面 A1DCA_1DC 内,故 DE⊥平面 A1DCDE\perp\text{平面 }A_1DC. 因为 F∈CDF\in CD,所以 A1F⊂平面 A1DCA_1F\subset\text{平面 }A_1DC,从而 DE⊥A1FDE\perp A_1F.
已知 A1F⊥CDA_1F\perp CD. 过 FF 作直线 ℓ∥DE\ell\parallel DE. 直线 ℓ\ell 和 CDCD 是平面 BCDEBCDE 内过 FF 的两条相交直线,且 A1F⊥ℓA_1F\perp\ell、A1F⊥CDA_1F\perp CD,所以 A1F⊥平面 BCDEA_1F\perp\text{平面 }BCDE. 由于 BE⊂平面 BCDEBE\subset\text{平面 }BCDE,故 A1F⊥BEA_1F\perp BE.
\item 取 PP,QQ 分别为 A1CA_1C,A1BA_1B 的中点. 在三角形 A1CBA_1CB 中,PQ∥CBPQ\parallel CB,而 DE∥CBDE\parallel CB,所以 PQ∥DEPQ\parallel DE. 平面 DEQDEQ 含有过 QQ 且平行于 DEDE 的直线 PQPQ,故 P∈平面 DEQP\in\text{平面 }DEQ,从而平面 DEQ=平面 DEPDEQ=\text{平面 }DEP.
折叠保持长度,且 DD 是 ACAC 的中点,所以 A1D=AD=DCA_1D=AD=DC. 因而三角形 A1DCA_1DC 是以 A1CA_1C 为底边的等腰三角形;PP 是底边 A1CA_1C 的中点,所以 DP⊥A1CDP\perp A_1C. 由上一步知 DE⊥平面 A1DCDE\perp\text{平面 }A_1DC,故 DE⊥A1CDE\perp A_1C. 又 PQ∥DEPQ\parallel DE,所以 PQ⊥A1CPQ\perp A_1C. 直线 DPDP 与 PQPQ 在 PP 处相交,且均在平面 DEPDEP 内,因此 A1C⊥平面 DEP=平面 DEQA_1C\perp\text{平面 }DEP=\text{平面 }DEQ. 所以存在这样的点 QQ,可取 QQ 为 A1BA_1B 的中点. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 北京 · 文 · 第 16 题 · 解答题

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17概率与统计★★★☆☆
近年来,某市为促进生活垃圾的分类处理,将生活垃圾分为厨余垃圾,可回收物和其他垃圾三类,并分别设置了相应的垃圾箱. 为调查居民生活垃圾分类投放情况,现随机抽取了该市三类垃圾箱中总计 1000 吨1000\text{ 吨} 生活垃圾,数据统计如下(单位:吨):
“厨余垃圾”箱“可回收物”箱“其他垃圾”箱
可回收物3024030
其他垃圾202060
(1) 试估计厨余垃圾投放正确的概率; (2) 试估计生活垃圾投放错误的概率; (3) 假设厨余垃圾在“厨余垃圾”箱,“可回收物”箱,“其他垃圾”箱的投放量分别为 aa,bb,cc,其中 a>0a > 0,a+b+c=600a + b + c = 600. 当数据 aa,bb,cc 的方差 s2s^2 最大时,写出 aa,bb,cc 的值(结论不要求证明),并求此时 s2s^2 的值.
(注:s2=1n[(x1−x‾)2+(x2−x‾)2+⋯+(xn−x‾)2]s^2 = \frac{1}{n}\left[(x_1 - \overline{x})^2 + (x_2 - \overline{x})^2 + \cdots + (x_n - \overline{x})^2\right],其中 x‾\overline{x} 为 x1x_1,x2x_2,⋯\cdots,xnx_n 的平均数)
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 三类厨余垃圾共 400+100+100=600400+100+100=600 吨,其中正确投放到“厨余垃圾”箱的有 400400 吨,所以估计正确投放的概率为 400600=23\dfrac{400}{600}=\dfrac{2}{3}.
\item 投放错误的垃圾量是所有非对角线数据之和,即 100+100+30+30+20+20=300100+100+30+30+20+20=300 吨. 因而估计生活垃圾投放错误的概率为 3001000=310\dfrac{300}{1000}=\dfrac{3}{10}.
\item 由于 aa,bb,cc 是投放量,bb,c⩾0c\geqslant0. 它们的平均数为 xˉ=a+b+c3=200\bar{x}=\dfrac{a+b+c}{3}=200,所以
s2=13[(a−200)2+(b−200)2+(c−200)2]=a2+b2+c2−1200003s^2=\frac{1}{3}\left[(a-200)^2+(b-200)^2+(c-200)^2\right] =\frac{a^2+b^2+c^2-120000}{3}
在 aa,bb,c⩾0c\geqslant0 且 a+b+c=600a+b+c=600 时, a2+b2+c2⩽(a+b+c)2=360000a^2+b^2+c^2\leqslant(a+b+c)^2=360000,等号当且仅当其中两个数为零. 结合 a>0a>0,方差最大时 a=600a=600,b=c=0b=c=0,并且 s2=360000−1200003=80000s^2=\dfrac{360000-120000}{3}=80000. \end{enumerate} \end{solution}

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18导数及其应用★★★☆☆
已知函数 f(x)=ax2+1f(x) = ax^2 + 1 (a>0a > 0),g(x)=x3+bxg(x) = x^3 + bx.
(1) 若曲线 y=f(x)y = f(x) 与曲线 y=g(x)y = g(x) 在它们的交点 (1,c)(1, c) 处具有公共切线,求 aa,bb 的值; (2) 当 a=3a = 3,b=−9b = -9 时,若函数 f(x)+g(x)f(x) + g(x) 在区间 [k,2][k, 2] 上的最大值为 28,求 kk 的取值范围.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 因为 (1,c)(1,c) 同时在两条曲线上,所以 a+1=c=1+ba+1=c=1+b,从而 a=ba=b. 两条曲线在该点具有公共切线,说明导数值相等,即 f′(1)=2af'(1)=2a,g′(1)=3+bg'(1)=3+b,所以 2a=3+b2a=3+b. 联立 a=ba=b 得 a=b=3a=b=3.
\item 令 h(x)=f(x)+g(x)=x3+3x2−9x+1h(x)=f(x)+g(x)=x^3+3x^2-9x+1,则 h′(x)=3x2+6x−9=3(x+3)(x−1)h'(x)=3x^2+6x-9=3(x+3)(x-1). 因此 hh 在 (−∞,−3)(-\infty,-3) 上递增,在 (−3,1)(-3,1) 上递减,在 (1,+∞)(1,+\infty) 上递增. 又 h(−3)=28h(-3)=28,h(1)=−4h(1)=-4,h(2)=3h(2)=3. 区间 [k,2][k,2] 要有意义,需 k⩽2k\leqslant2. 当 k⩽−3k\leqslant-3 时,区间 [k,2][k,2] 包含 x=−3x=-3,且由上述单调性,h(x)h(x) 在该区间上的最大值为 h(−3)=28h(-3)=28. 当 −3<k⩽2-3<k\leqslant2 时,区间不含 −3-3,在 [k,1][k,1] 上函数递减、在 [1,2][1,2] 上函数递增,且 h(k)<28h(k)<28、h(2)=3<28h(2)=3<28,故最大值严格小于 2828. 所以 k∈(−∞,−3]k\in(-\infty,-3]. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 北京 · 文 · 第 18 题 · 解答题

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19解析几何★★★★☆
已知椭圆 C:x2a2+y2b2=1C: \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1 (a>b>0a > b > 0)的一个顶点为 A(2,0)A(2, 0),离心率为 22\frac{\sqrt{2}}{2},直线 y=k(x−1)y = k(x - 1) 与椭圆 CC 交于不同的两点 MM,NN.
(1) 求椭圆 CC 的方程; (2) 当 △AMN\triangle AMN 的面积为 103\frac{\sqrt{10}}{3} 时,求 kk 的值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由于 A(2,0)A(2,0) 是长轴顶点,所以 a=2a=2. 设焦半距为 cc,由离心率 e=ca=22e=\frac{c}{a}=\frac{\sqrt{2}}{2} 得 c=2c=\sqrt{2}. 再由 b2=a2−c2b^2=a^2-c^2,得 b2=4−2=2b^2=4-2=2. 所以椭圆方程为 x24+y22=1\frac{x^2}{4}+\frac{y^2}{2}=1.
\item 令 M(x1,y1)M(x_1,y_1),N(x2,y2)N(x_2,y_2). 将 y=k(x−1)y=k(x-1) 代入椭圆方程,得到
(1+2k2)x2−4k2x+2k2−4=0(1+2k^2)x^2-4k^2x+2k^2-4=0
因此
∣x1−x2∣=(−4k2)2−4(1+2k2)(2k2−4)1+2k2=26k2+41+2k2|x_1-x_2|=\frac{\sqrt{(-4k^2)^2-4(1+2k^2)(2k^2-4)}}{1+2k^2} =\frac{2\sqrt{6k^2+4}}{1+2k^2}
线段 MNMN 在直线 y=k(x−1)y=k(x-1) 上,所以 ∣MN∣=∣x1−x2∣1+k2|MN|=|x_1-x_2|\sqrt{1+k^2}. 点 A(2,0)A(2,0) 到该直线的距离为 ∣2k−k∣1+k2=∣k∣1+k2\dfrac{|2k-k|}{\sqrt{1+k^2}}=\dfrac{|k|}{\sqrt{1+k^2}}. 从而
[△AMN]=12∣MN∣⋅∣k∣1+k2=∣k∣6k2+41+2k2[\triangle AMN]=\frac{1}{2}|MN|\cdot\frac{|k|}{\sqrt{1+k^2}} =\frac{|k|\sqrt{6k^2+4}}{1+2k^2}
令 u=k2u=k^2,由题设面积得
u(6u+4)(1+2u)2=109\frac{u(6u+4)}{(1+2u)^2}=\frac{10}{9}
即 7u2−2u−5=07u^2-2u-5=0. 因而 u=1u=1 或 u=−57u=-\frac{5}{7}. 因为 u=k2⩾0u=k^2\geqslant0,所以 u=1u=1,故 k=±1k=\pm1. \end{enumerate} \end{solution}

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20函数与初等函数★★★★★
设 AA 是如下形式的 2 行 3 列的数表,
abcdef\begin{array}{ccc} a & b & c \\ d & e & f \end{array}
满足性质 PP:aa,bb,cc,dd,ee,f∈[−1,1]f \in [-1, 1],且 a+b+c+d+e+f=0a + b + c + d + e + f = 0. 记 ri(A)r_i(A) 为 AA 的第 ii 行各数之和 (i=1i = 1,22),cj(A)c_j(A) 为 AA 的第 jj 列各数之和 (j=1j = 1,22,33);记 k(A)k(A) 为 ∣r1(A)∣|r_1(A)|,∣r2(A)∣|r_2(A)|,∣c1(A)∣|c_1(A)|,∣c2(A)∣|c_2(A)|,∣c3(A)∣|c_3(A)| 中的最小值.
(1) 对如下数表 AA,求 k(A)k(A) 的值;
11−0.80.1−0.3−1\begin{array}{ccc} 1 & 1 & -0.8 \\ 0.1 & -0.3 & -1 \end{array}
(2) 设数表 AA 形如
11−1−2ddd−1\begin{array}{ccc} 1 & 1 & -1 - 2d \\ d & d & -1 \end{array}
其中 −1⩽d⩽0-1 \leqslant d \leqslant 0. 求 k(A)k(A) 的最大值; (3) 对所有满足性质 PP 的 2 行 3 列的数表 AA,求 k(A)k(A) 的最大值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 该数表的两行和分别为 1.21.2 和 −1.2-1.2,三列和分别为 1.11.1,0.70.7 和 −1.8-1.8. 所以 k(A)=min⁡{1.2,1.2,1.1,0.7,1.8}=0.7k(A)=\min\{1.2,1.2,1.1,0.7,1.8\}=0.7.
\item 该数表的行和、列和分别为 r1=1−2dr_1=1-2d,r2=−1+2dr_2=-1+2d,c1=c2=1+dc_1=c_2=1+d,c3=−2−2dc_3=-2-2d. 因为 −1⩽d⩽0-1\leqslant d\leqslant0,有 ∣r1∣=∣r2∣=1−2d⩾1+d⩾0|r_1|=|r_2|=1-2d\geqslant1+d\geqslant0,且 ∣c3∣=2(1+d)⩾1+d|c_3|=2(1+d)\geqslant1+d. 因此 k(A)=1+dk(A)=1+d,其最大值在 d=0d=0 时取得,最大值为 11.
\item 交换两行、交换三列以及同时将全部元素变号,都不改变 k(A)k(A). 三个列和的总和为零,所以至少有两个列和同为非负数或同为非正数;通过交换列并在必要时将全部元素变号,可设所选两列为 c1⩾0c_1\geqslant0、c2⩾0c_2\geqslant0. 再交换两行,可设 r1⩾0r_1\geqslant0. 因而 k(A)⩽r1k(A)\leqslant r_1,k(A)⩽c1k(A)\leqslant c_1,k(A)⩽c2k(A)\leqslant c_2,从而
3k(A)⩽r1+c1+c2=(a+b+c)+(a+d)+(b+e)=a+b−f⩽33k(A)\leqslant r_1+c_1+c_2 =(a+b+c)+(a+d)+(b+e) =a+b-f\leqslant3
所以 k(A)⩽1k(A)\leqslant1. 第(2)问取 d=0d=0 时,数表仍满足性质 PP,且 k(A)=1k(A)=1,故所有满足性质 PP 的数表中 k(A)k(A) 的最大值为 11. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 北京 · 文 · 第 20 题 · 解答题

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