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  • 2020届宝鸡质检[1-3]理数典题解析

    前言

    一检典例

    例11【2020届宝鸡市质量检测1理科数学第11题】已知双曲线(cfrac{x^2}{a^2}-cfrac{y^2}{b^2}=1(a>0,b>0))的左右焦点分别为(F_1)(F_2),过(F_2)的直线与双曲线的一条渐近线交于点(P),若(overrightarrow{PF_2}cdot overrightarrow{OP}=0)(|PF_1|=2|PF_2|),则该双曲线的离心率为【】

    $A.3$ $B.sqrt{21}$ $C.cfrac{sqrt{21}}{2}$ $D.cfrac{sqrt{21}}{3}$

    分析:如图所示,( riangle OPF_2)(Rt riangle)(angle OPF_2=cfrac{pi}{2})

    由于双曲线(cfrac{x^2}{a^2}-cfrac{y^2}{b^2}=1),则其渐近线为(OP:y=cfrac{b}{a}x)

    (tan heta=cfrac{b}{a}=cfrac{|PF_2|}{|OP|}),设(|PF_2|=bk),则(|OP|=ak)

    又由于(|OF_2|=c)(a^2+b^2=c^2),故(k=1),即(|PF_2|=b)(|OP|=a)

    (cos heta=cfrac{a}{c}),且(|PF_1|=2|PF_2|=2b)

    则在( riangle POF_1)中,(|PF_1|=2b)(|OF_1|=c)(|OP|=a)(cosangle F_1OP=-cos heta=-cfrac{a}{c})

    ((2b)^2=a^2+c^2+2 imes a imes c imes cos heta),即(4(c^2-a^2)=a^2+c^2+2 imes a imes c imes cfrac{a}{c})

    整理即得到,(3c^3=7a^2),即(e^2=cfrac{c^2}{a^2}=cfrac{7}{3}),故(e=cfrac{sqrt{21}}{3}),故选(D)

    解后反思:如果用常规方法求解(|PF_2|)(|OP|)的长,就会非常浪费时间。

    例12【2020届宝鸡市质量检测1理科数学第12题】已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{xlnx-2x,x>0}\{x^2+cfrac{3x}{2},xleqslant 0}end{array} ight.),若直线(y=kx-1)(f(x))的图像有且仅有四个不同的交点,则实数(k)的取值范围是【】

    $A.(-1,-cfrac{1}{2})$ $B.(-cfrac{3}{4},-cfrac{1}{2})$ $C.(-1,-cfrac{1}{3})$ $D.(-2,-cfrac{1}{2})$

    错误警示:如图所示,直线和曲线相切时,不一定直线刚好经过曲线的最低点,切记切记!这些切点我们都有办法求解的。

    分析:直线(y=kx-1)和二次函数(y=x^2+cfrac{3x}{2}(xleqslant 0))相切利用(Delta=0)求解,求得(k=-cfrac{1}{2})(舍去(k=cfrac{7}{2}));

    直线(y=kx-1)和函数(y=xlnx-2x(x>0))相切需要用到直曲线相切的求解思路[设切点求切点];具体如下:

    设切点为(P(x_0,y_0)),则(left{egin{array}{l}{k=lnx_-1}\{y_0=kx_0-1}\{y_0=x_0lnx_0-2x_0}end{array} ight.),解得(x_0=1,y_0=-2)(k=-1)

    结合图像有(-1<k<-cfrac{1}{2}),故选(A)

    解后反思:求解直线(y=kx-1)和二次函数(y=x^2+cfrac{3x}{2}(xleqslant 0))相切,也可以用直曲线相切的求解思路[设切点求切点]求解;

    例15【2020届宝鸡市质量检测1理科数学第15题】在( riangle ABC)中,(angle ABC=90^{circ})(AB=4)(BC=3),点(D)在线段(AC)上,若(angle BDC=60^{circ}),则(BD=) _________ ,(cosangle CBD=) _________ 。

    分析:由题可知,(sinC=cfrac{4}{5})(cosC=cfrac{3}{5})

    ( riangle BCD)中,由正弦定理可知,(cfrac{BD}{sinC}=cfrac{3}{sin60^{circ}}),解得(BD=cfrac{8sqrt{3}}{5})

    (cosangle CBD=cos[pi-(angle BDC+angle ACB)]=-cos(angle BDC+angle ACB)=-cos60^{circ}cdot cosangle ACB+)(sin60^{circ}cdot sinangle ACB)(=-cfrac{3}{10}+cfrac{4sqrt{3}}{10}=cfrac{4sqrt{3}-3}{10}).

    解后反思:如果利用余弦定理求解(AD),再用正弦定理求解(sinangle ABD),利用(cos angle CBD=sinangle ABD),从而求得(cos angle CBD),这样的运算会很复杂。这个题目的求解也从另一个角度说明了公式(cos(alpha+eta))存在的必要性。

    例18【2020届宝鸡市质量检测1理科数学第18题】2019年女排世界杯比赛中,中国女排以(11)战全胜的傲人战绩强势夺冠,充分展现了团结协作、顽强拼搏的女排精神。为了备战(2020)年世界女排联赛分站赛与日本的比赛,根据以往比赛的数据分析可知,前四局比赛中国队获胜的概率都是(cfrac{3}{4}),第五届中国队获胜的概率为(cfrac{2}{3})。假设各局比赛结果相互独立。(赛制规定:两只排球队比赛使用五局三胜制,即先胜三局者获胜,比赛随即结束)

    (1).求中国队获胜的概率;

    思考:回想生活中的比赛的情形可知,中国队获胜分为以下情形:中(underline{3:0})日;中(underline{3:1})日;中(underline{3:2})日;

    [为了能顺利快速写出相关情形,我们建立一个小模型,以中(underline{3:2})日为例,其第五场[最后一场]比赛必须是中国队胜利,故第五场[最后一场]的概率为(cfrac{2}{3}),那么前四场中必然是日本队胜利了两场,具体是哪两场,又成了(4)次独立重复实验中日本队胜利恰好发生(2)次的模型,其他以此类推思考计算即可],故由此模型得到

    (P(中underline{3:0}日)=[C_2^2 imes (cfrac{3}{4})^2 imes (cfrac{1}{4})^0] imes cfrac{3}{4}=cfrac{3}{4} imescfrac{3}{4} imescfrac{3}{4}=cfrac{27}{64}=cfrac{108}{256})

    [注意,为了书写不出错,我们先写第三场的概率(cfrac{3}{4}),前两场看成(2)次独立重复实验中,中国队胜利的事件恰好发生了(2)次,具体计算方式就是上述中括号中的形式,又由于各局比赛是相互独立的,故使用概率乘法公式,其实我们知道各局的比赛多少会有士气上的影响,但此题目是将其作为数学模型来处理,故不需要思考这些情形]

    思考清楚了这些情形之后,我们正式作答如下:

    解答:设“中国队获胜”为事件(A),“中国队以(3:0)胜利”为事件(A_1),“中国队以(3:1)胜利”为事件(A_2),“中国队以(3:2)胜利”为事件(A_3),由题目可知各局比赛相互独立,故(A=A_1+A_2+A_3)

    (P(中underline{3:0}日)=[C_2^2 imes (cfrac{3}{4})^2 imes (cfrac{1}{4})^0] imes cfrac{3}{4}=cfrac{3}{4} imescfrac{3}{4} imescfrac{3}{4}=cfrac{27}{64}=cfrac{108}{256})

    (P(中underline{3:1}日)=[C_3^2 imes (cfrac{3}{4})^2 imes (cfrac{1}{4})^1] imes cfrac{3}{4}=cfrac{81}{256})

    (P(中underline{3:2}日)=[C_4^2 imes (cfrac{3}{4})^2 imes (cfrac{1}{4})^2] imes cfrac{2}{3}=cfrac{36}{256})

    所以(P(A)=P(A_1+A_2+A_3)=P(A_1)+P(A_2)+P(A_3)=cfrac{225}{256})

    (2).若比赛结果为(3:0)(3:1),则胜利方得(3)分,对方得(0)分;若比赛结果为(3:2),则胜利方得(2)分,对方得(1)分,求日本队得分(X)的分布列和数学期望;

    分析:日本队得分(X=0),即日(underline{0:3})中,日本败即中(underline{3:0})日,中国胜;或日(underline{1:3})中,日本败即中(underline{3:1})日,中国胜;

    日本队得分(X=1),即日(underline{2:3})中,日本败;

    日本队得分(X=2),即日(underline{3:2})中,日本胜;

    日本队得分(X=3),即日(underline{3:0})中,日本胜;或日(underline{3:1})中,日本胜;

    (P(X=0)=P(A_1)+P(A_2)=cfrac{108}{256}+cfrac{81}{256}=cfrac{189}{256})(P(X=1)=P(A_3)=cfrac{36}{256})

    (P(X=2)=[C_4^2 imes (cfrac{1}{4})^2 imes (cfrac{3}{4})^2] imes cfrac{1}{3}=cfrac{18}{256})

    (P(X=3)=[C_2^2 imes (cfrac{1}{4})^2 imes (cfrac{3}{4})^0] imes cfrac{1}{4}+[C_3^2 imes (cfrac{1}{4})^2 imes (cfrac{3}{4})^1] imes cfrac{1}{4}=cfrac{13}{256})

    (X)的分布列为

    (X) (0) (1) (2) (3)
    (P) (cfrac{189}{256}) (cfrac{36}{256}) (cfrac{18}{256}) (cfrac{13}{256})

    (E(X)=0 imes cfrac{189}{256}+1 imes cfrac{36}{256}+2 imes cfrac{18}{256}+3 imes cfrac{13}{256}=cfrac{111}{256})

    例21[定点问题]【2020届宝鸡市质检1理数第21题】已知动圆(Q)与直线(x+frac{1}{2}=0)相切,且与圆(x^2+y^2)(-2x+)(frac{3}{4})(=0)外切;

    (1).求动圆(Q)的圆心轨迹(C)的方程;

    [法1]:直接法,将圆(x^2+y^2-2x+frac{3}{4}=0)化为标准形式为((x-1)^2+y^2=frac{1}{4})

    设动圆的圆心(Q)坐标为(Q(x,y)),由动圆(Q)与直线(x+frac{1}{2}=0)相切,且与圆((x-1)^2+y^2=frac{1}{4})外切;

    可知(sqrt{(x-1)^2+y^2}=|x+frac{1}{2}|+frac{1}{2}=x+1),两边平方整理得到,(y^2=4x)

    所以动圆(Q)的圆心轨迹(C)的方程为(y^2=4x)

    [法2]:定义法,动圆心(Q(x,y))到定圆点((1,0))的距离为(r+frac{1}{2}),动圆心(Q(x,y))到定直线(x+frac{1}{2}=0)的距离为(r)

    则动圆心(Q(x,y))到定直线(x+1=0)的距离为(r+frac{1}{2})

    则动点(Q(x,y))到定点的距离与动点到定直线的距离相等,故动点的轨迹为形如(y^2=2px)的抛物线,

    (cfrac{p}{2}=1),则(p=2),故(y^2=4x)

    (2).已知过点(P(1,2)),过点(F(1,0))且斜率存在的直线与轨迹(C)交于(A)(B)两点,直线(AP)(BP)分别交直线(x+1=0)于点(S)(T)两点,求证:以(ST)为直径的圆过定点。

    分析:由题意可设直线(AB:x=my+1(m eq 0))

    则由(left{egin{array}{l}{x=my+1}\{y^2=4x}end{array} ight.quad) 消去(x)得到,(y^2-4my-4=0)

    (A(cfrac{y_1^2}{4},y_1))(B(cfrac{y_2^2}{4},y_2)),则由韦达定理可得,(y_1+y_2=4m)(y_1y_2=-4)

    设直线(AP)(BP)的斜率分别为(k_1)(k_2),结合点(P(1,2))

    则可知,(k_1=cfrac{y_1-2}{frac{y_1^2}{4}-1}=cfrac{4}{y_1+2}),同理(k_2=cfrac{4}{y_2+2})

    设点(S(-1,y_{ iny{S}})),点(T(-1,y_{ iny{T}})),又直线(AP)的方程为(y-y_{ iny{S}}=k_1(x+1)),则(y_{ iny{S}}=y-k_1(x+1))

    又由于此直线经过点(P(1,2)),则(y_{ iny{S}}=2-cfrac{4}{y_1+2} imes 2=2-cfrac{8}{y_1+2}=cfrac{2(y_1-2)}{y_1+2})

    同理(y_{ iny{T}}=2-cfrac{8}{y_2+2}=cfrac{2(y_2-2)}{y_2+2})

    从而(y_{ iny{S}}cdot y_{ iny{T}}=cfrac{2(y_1-2)}{y_1+2}cdot cfrac{2(y_2-2)}{y_2+2})

    (=cfrac{4[y_1y_2-2(y_1+y_2)+4]}{y_1y_2+2(y_1+y_2)+4})(=cfrac{4(-4+2 imes 4m+4)}{-4+2 imes 4m+4}=-4)

    (y_{ iny{S}}+ y_{ iny{T}}=(2-cfrac{8}{y_1+2})+(2-cfrac{8}{y_2+2}))

    (=4-8(cfrac{1}{y_1+2}+cfrac{1}{y_2+2})=4-cfrac{8[(y_1+y_2)+4]}{y_1y_2-2(y_1+y_2)+4})

    (=4-cfrac{8(4m+4)}{-4+2 imes 4m+4}=-cfrac{4}{m})

    又由于以(ST)为直径的圆的方程为:((x+1)^2+(y-y_{ iny{S}})(y-y_{ iny{T}})=0)

    (y^2-(y_{ iny{S}}+y_{ iny{T}})y+y_{ iny{S}}y_{ iny{T}}+(x+1)^2=0)

    (x^2+2x-3+y^2+cfrac{4}{m}y=0①),圆的方程与(m)的取值无关,故须有(y=0)

    由方程①可得,(x^2+2x-3=0),解得(x=-3)(x=1)

    从而以(ST)为直径的圆恒过定点((-3,0))((1,0)).

    解后反思:直径式方程((x-x_1)(x-x_2)+(y-y_1)(y-y_2)=0),[其中圆的直径的端点是(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))]

    二检典例

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