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10平面向量★★★★☆
在平面直角坐标系 xOyxOy 中,已知向量 a\boldsymbol{a},b\boldsymbol{b},∣a∣=∣b∣=1|\boldsymbol{a}| = |\boldsymbol{b}| = 1,a⋅b=0\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = 0,点 QQ 满足 OQ→=2(a+b)\overrightarrow{OQ} = \sqrt{2}(\boldsymbol{a} + \boldsymbol{b}). 曲线 C={P∣OP→=acos⁡θ+bsin⁡θ,0⩽θ<2π}C = \left\{P \mid \overrightarrow{OP} = \boldsymbol{a} \cos \theta + \boldsymbol{b} \sin \theta, 0 \leqslant \theta < 2\pi\right\},区域 Ω={P∣0<r⩽∣PQ→∣⩽R,r<R}\Omega = \left\{P \mid 0 < r \leqslant \left|\overrightarrow{PQ}\right| \leqslant R, r < R\right\}. 若 C∩ΩC \cap \Omega 为两段分离的曲线,则( )
\begin{solution} 取 a\boldsymbol{a},b\boldsymbol{b} 为平面内两条互相垂直的单位向量作为坐标基底,则点 PP 的坐标可表示为 (cos⁡θ,sin⁡θ)(\cos\theta,\sin\theta),点 QQ 的坐标为 (2,2)(\sqrt{2},\sqrt{2}). 因而 ∣PQ→∣2=(cos⁡θ−2)2+(sin⁡θ−2)2=5−22(cos⁡θ+sin⁡θ)=5−4cos⁡(θ−π4)\lvert\overrightarrow{PQ}\rvert^{2}=(\cos\theta-\sqrt{2})^{2}+(\sin\theta-\sqrt{2})^{2}=5-2\sqrt{2}(\cos\theta+\sin\theta)=5-4\cos\left(\theta-\dfrac{\pi}{4}\right).
所以 ∣PQ→∣\lvert\overrightarrow{PQ}\rvert 的最小值为 11,最大值为 33,且在圆 CC 上分别只有一个最小点和一个最大点. 若 r⩽1r\leqslant1,内边界不会截去最小点附近的弧段;若 R⩾3R\geqslant3,外边界不会截去最大点附近的弧段,这两种情形都不能得到两段分离的曲线. 只有 1<r<R<31<r<R<3 时,内、外两个边界分别截去最小点和最大点附近的弧段,剩余部分恰为两段分离的曲线,故选 A. \end{solution}
A.
1<r<R<31 < r < R < 3
B.
1<r<3⩽R1 < r < 3 \leqslant R
C.
r⩽1<R<3r \leqslant 1 < R < 3
D.
1<r<3<R1 < r < 3 < R

2014 · 安徽 · 理 · 第 10 题 · 选择题

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14解析几何★★★★☆
设 F1F_{1},F2F_{2} 分别是椭圆 E:x2+y2b2=1E: x^{2} + \frac{y^{2}}{b^{2}} = 1(0<b<10 < b < 1)的左,右焦点,过点 F1F_{1} 的直线交椭圆 EE 于 AA,BB 两点,若 ∣AF1∣=3∣BF1∣|AF_{1}| = 3|BF_{1}|,AF2⊥xAF_{2} \perp x 轴,则椭圆 EE 的方程为______.
\begin{solution} 设椭圆焦半距为 cc,则 c2=1−b2c^{2}=1-b^{2},且 F1=(−c,0)F_{1}=(-c,0),F2=(c,0)F_{2}=(c,0). 由 AF2⊥xAF_{2}\perp x 轴,点 AA 的横坐标为 cc. 将 x=cx=c 代入椭圆方程,得 y2=b4y^{2}=b^{4},所以 A=(c,±b2)A=(c,\pm b^{2}). 对上方情形 A=(c,b2)A=(c,b^{2}) 作如下计算;下方情形只需将 b2b^{2} 换成 −b2-b^{2},代入后的交点方程仍相同,所得距离比也相同.
参数化直线 F1AF_{1}A:X(t)=(−c,0)+t(2c,b2)X(t)=(-c,0)+t(2c,b^{2}),其中 t=1t=1 对应点 AA. 代入椭圆方程,得 c2(2t−1)2+b2t2=1c^{2}(2t-1)^{2}+b^{2}t^{2}=1. 该方程的一个根为 11,另一个根 tBt_B 满足 tB=c2−14c2+b2=−b24c2+b2t_B=\dfrac{c^{2}-1}{4c^{2}+b^{2}}=-\dfrac{b^{2}}{4c^{2}+b^{2}}. 因而 BB 在 F1F_1 的另一侧,且 ∣BF1∣=b24c2+b2∣AF1∣\lvert BF_1\rvert=\dfrac{b^{2}}{4c^{2}+b^{2}}\lvert AF_1\rvert. 由 ∣AF1∣=3∣BF1∣\lvert AF_1\rvert=3\lvert BF_1\rvert,得 4c2+b2=3b24c^{2}+b^{2}=3b^{2},即 b2=2c2b^{2}=2c^{2}. 再结合 b2+c2=1b^{2}+c^{2}=1,得 b2=23b^{2}=\dfrac23. 所以椭圆方程为 x2+32y2=1x^{2}+\dfrac{3}{2}y^{2}=1. \end{solution}

2014 · 安徽 · 理 · 第 14 题 · 填空题

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15平面向量★★★★★
已知两个不相等的非零向量 a\boldsymbol{a},b\boldsymbol{b},两组向量 x1\boldsymbol{x}_{1},x2\boldsymbol{x}_{2},x3\boldsymbol{x}_{3},x4\boldsymbol{x}_{4},x5\boldsymbol{x}_{5} 和 y1\boldsymbol{y}_{1},y2\boldsymbol{y}_{2},y3\boldsymbol{y}_{3},y4\boldsymbol{y}_{4},y5\boldsymbol{y}_{5} 均由 2 个 a\boldsymbol{a} 和 3 个 b\boldsymbol{b} 排列而成,记 S=x1⋅y1+x2⋅y2+x3⋅y3+x4⋅y4+x5⋅y5S = \boldsymbol{x}_{1} \cdot \boldsymbol{y}_{1} + \boldsymbol{x}_{2} \cdot \boldsymbol{y}_{2} + \boldsymbol{x}_{3} \cdot \boldsymbol{y}_{3} + \boldsymbol{x}_{4} \cdot \boldsymbol{y}_{4} + \boldsymbol{x}_{5} \cdot \boldsymbol{y}_{5}. Smin⁡S_{\min} 表示 SS 所有可能取值中的最小值. 则下列命题正确的是______. (写出所有正确命题的编号)
① SS 有 5 个不同的值; ② 若 a⊥b\boldsymbol{a} \perp \boldsymbol{b},则 Smin⁡S_{\min} 与 ∣a∣|\boldsymbol{a}| 无关; ③ 若 a∥b\boldsymbol{a} \parallel \boldsymbol{b},则 Smin⁡S_{\min} 与 ∣b∣|\boldsymbol{b}| 无关; ④ 若 ∣b∣>4∣a∣|\boldsymbol{b}| > 4|\boldsymbol{a}|,则 Smin⁡>0S_{\min} > 0; ⑤ 若 ∣b∣=2∣a∣|\boldsymbol{b}| = 2|\boldsymbol{a}|,Smin⁡=8∣a∣2S_{\min} = 8|\boldsymbol{a}|^2,则 a\boldsymbol{a} 与 b\boldsymbol{b} 的夹角为 π4\frac{\pi}{4}.
\begin{solution} 把每个向量的五个分量看作五个位置. 设 MM 是所有五对 (xi,yi)(\boldsymbol{x}_i,\boldsymbol{y}_i) 中两个对应分量同时为 a\boldsymbol{a} 的位置总数. 因为五个 xi\boldsymbol{x}_i 中共有 1010 个 a\boldsymbol{a} 分量,所以在 xi\boldsymbol{x}_i 中为 a\boldsymbol{a}、而在 yi\boldsymbol{y}_i 中为 b\boldsymbol{b} 的位置共有 10−M10-M 个;同理,在 xi\boldsymbol{x}_i 中为 b\boldsymbol{b}、而在 yi\boldsymbol{y}_i 中为 a\boldsymbol{a} 的位置也有 10−M10-M 个. 再由五对向量共有 2525 个对应位置,两个分量均为 b\boldsymbol{b} 的位置数为 5+M5+M.
因此 S=M∣a∣2+2(10−M)a⋅b+(5+M)∣b∣2=5∣b∣2+20a⋅b+M∣a−b∣2S=M\lvert\boldsymbol{a}\rvert^{2}+2(10-M)\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}+(5+M)\lvert\boldsymbol{b}\rvert^{2}=5\lvert\boldsymbol{b}\rvert^{2}+20\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}+M\lvert\boldsymbol{a}-\boldsymbol{b}\rvert^{2}. 因 a≠b\boldsymbol{a}\neq\boldsymbol{b},有 ∣a−b∣2>0\lvert\boldsymbol{a}-\boldsymbol{b}\rvert^{2}>0. 每一对向量中两个 a\boldsymbol{a} 的位置交集可有 00,11,22 个;五对向量的排列彼此独立,因此取若干对使交集分别为 22,至多再取一对使交集为 11,其余取 00,即可使总数 MM 取得 00 到 1010 的每一个整数. 因而 SS 实际有 1111 个不同的值,命题 \circled1\circled{1} 错误,且 Smin⁡=5∣b∣2+20a⋅bS_{\min}=5\lvert\boldsymbol{b}\rvert^{2}+20\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}.
若 a⊥b\boldsymbol{a}\perp\boldsymbol{b},则 Smin⁡=5∣b∣2S_{\min}=5\lvert\boldsymbol{b}\rvert^{2},与 ∣a∣\lvert\boldsymbol{a}\rvert 无关,命题 \circled2\circled{2} 正确. 若 a∥b\boldsymbol{a}\parallel\boldsymbol{b},则 a⋅b=±∣a∣∣b∣\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}=\pm\lvert\boldsymbol{a}\rvert\lvert\boldsymbol{b}\rvert,所得 Smin⁡=5∣b∣2±20∣a∣∣b∣S_{\min}=5\lvert\boldsymbol{b}\rvert^{2}\pm20\lvert\boldsymbol{a}\rvert\lvert\boldsymbol{b}\rvert 仍与 ∣b∣\lvert\boldsymbol{b}\rvert 有关,命题 \circled3\circled{3} 错误. 若 ∣b∣>4∣a∣\lvert\boldsymbol{b}\rvert>4\lvert\boldsymbol{a}\rvert,由柯西不等式得 Smin⁡⩾5∣b∣2−20∣a∣∣b∣=5∣b∣(∣b∣−4∣a∣)>0S_{\min}\geqslant5\lvert\boldsymbol{b}\rvert^{2}-20\lvert\boldsymbol{a}\rvert\lvert\boldsymbol{b}\rvert=5\lvert\boldsymbol{b}\rvert(\lvert\boldsymbol{b}\rvert-4\lvert\boldsymbol{a}\rvert)>0,命题 \circled4\circled{4} 正确. 若 ∣b∣=2∣a∣\lvert\boldsymbol{b}\rvert=2\lvert\boldsymbol{a}\rvert 且 Smin⁡=8∣a∣2S_{\min}=8\lvert\boldsymbol{a}\rvert^{2},则 a⋅b=−35∣a∣2\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}=-\dfrac35\lvert\boldsymbol{a}\rvert^{2},从而夹角余弦为 −310-\dfrac{3}{10},不等于 cos⁡π4\cos\dfrac{\pi}{4},命题 \circled5\circled{5} 错误. 所以正确命题的编号为 \circled2\circled{2}\circled4\circled{4},故填 \circled2\circled4\circled{2}\circled{4}. \end{solution}

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