(本题满分 18 分)本题共有 3 个小题,第 1 小题满…——2010 高考数学第 20 题答案解析

2010_上海卷 (2010·理)

2010 ?? 第 20 题 解答题 区分题
2010_上海卷 (2010·理)

22.(本题满分 18 分)本题共有 3 个小题,第 1 小题满分 3 分,第 2 小题满分 5 分,第 3 小题满分 1 0 分。

若实数 $x , y , m$ 满足 $|x-m|>|y-m|$ ,则称 $x$ 比 $y$ 远离 $m$ .
(1)若 $x^{2}-1$ 比 1 远离 0 ,求 $x$ 的取值范围;

(2)对任意两个不相等的正数 $a , b$ ,证明:$a^{3}+b^{3}$ 比 $a^{2} b+a b^{2}$ 远离 $2 a b \sqrt{a b}$ ;
(3)已知函数 $f(x)$ 的定义域 $\mathrm{D}=\left\{\mathrm{x} \left\lvert\, \mathrm{x} \neq \frac{\mathrm{k} \pi}{2}+\frac{\pi}{4}\right., \mathrm{k} \in \mathrm{Z}, \mathrm{x} \in \mathrm{R}\right\}$ 。任取 $x \in D, f(x)$ 等于 $\sin x$ 和 $\cos x$ 中远离 0 的那个值。写出函数 $f(x)$ 的解析式,并指出它的基本性质(结论不要求证明).

完整解析 · 逐步详解

解析:①$x \in(-\infty,-\sqrt{2}) \cup(\sqrt{2} .+\infty)$ ;
②对任意两个不相等的正数 $a , b$ ,有 $a^{3}+b^{3}>2 a b \sqrt{a b}, ~ a^{2} b+a b^{2}>2 a b \sqrt{a b}$ ,因为 $\left|a^{3}+b^{3}-2 a b \sqrt{a b}\right|-\left|a^{2} b+a b^{2}-2 a b \sqrt{a b}\right|=(a+b)(a-b)^{2}>0$ ,所以 $\left|a^{3}+b^{3}-2 a b \sqrt{a b}\right|>\left|a^{2} b+a b^{2}-2 a b \sqrt{a b}\right|$ ,即 $a^{3}+b^{3}$ 比 $a^{2} b+a b^{2}$ 远离 $2 a b \sqrt{a b}$ ;
(3)$f(x)=\left\{\begin{array}{ll}|\sin x|, & x \in\left(k \pi+\frac{\pi}{4}, k \pi+\frac{3 \pi}{4}\right) \\ |\cos x|, & x \in\left(k \pi-\frac{\pi}{4}, k \pi+\frac{\pi}{4}\right)\end{array}\right.$ ,
性质: $1^{\circ} f(x)$ 是偶函数,图像关于 $y$ 轴对称, $2^{\circ} f(x)$ 是周期函数,最小正周期 $T=\frac{\pi}{2}$ , $3^{\circ}$ 函数 $f(x)$ 在区间 $\left(\frac{k \pi}{2}-\frac{\pi}{4}, \frac{k \pi}{2}\right]$ 单调递增,在区间 $\left[\frac{k \pi}{2}, \frac{k \pi}{2}+\frac{\pi}{4}\right)$ 单调递减,$k \in \mathbf{Z}$ , $4^{\circ}$ 函数 $f(x)$ 的值域为 $\left(\frac{\sqrt{2}}{2}, 1\right]$ .
23 (本题满分 18 分)本题共有 3 个小题,第 1 小题满分 3 分,第 2 小题满分 6 分,第 3 小题满分 9分.

已知椭圆 $\Gamma$ 的方程为 $\frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1(a>b>0)$ ,点 P 的坐标为 $(-\mathrm{a}, \mathrm{b})$ .
(1)若直角坐标平面上的点 $\mathrm{M} , \mathrm{~A}(0,-$
b), $\mathrm{B}(\mathrm{a}, 0)$ 满足 $\overrightarrow{\mathrm{PM}}=\frac{1}{2}(\overrightarrow{\mathrm{PA}}+\overrightarrow{\mathrm{PB}})$ ,求点 $M$ 的坐标;
(2)设直线 $l_{1}: y=k_{1} x+p$ 交椭圆 $\Gamma$ 于 $C , D$ 两点,交直线 $l_{2}: y=k_{2} x$ 于点 $E$ .若

$k_{1} \cdot k_{2}=-\frac{b^{2}}{a^{2}}$ ,证明:$E$ 为 $C D$ 的中点;
(3)对于椭圆 $\Gamma$ 上的点 $Q$(a
$\cos \theta, \mathrm{b}$
$\sin \theta)(0<\theta<\pi)$ ,如果椭圆 $\Gamma$ 上存在不同的两个交点 $\mathrm{P}_{1} , \mathrm{P}_{2}$ 满足 $\overrightarrow{\mathrm{PP}}_{1}+\overrightarrow{\mathrm{PP}}_{2}=\overrightarrow{\mathrm{PQ}}$ ,写出求作点 $P_{1} , P_{2}$ 的步骤,并求出使 $P_{1} , P_{2}$ 存在的 $\theta$ 的取值范围.

解析:(1)$M\left(\frac{a}{2},-\frac{b}{2}\right)$ ;

(2)由方程组 $\left\{\begin{array}{l}y=k_{1} x+p \\ \frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1\end{array}\right.$ ,消 $y$ 得方程 $\left(a^{2} k_{1}^{2}+b^{2}\right) x^{2}+2 a^{2} k_{1} p x+a^{2}\left(p^{2}-b^{2}\right)=0$ ,

因为直线 $l_{1}: y=k_{1} x+p$ 交椭圆 $\Gamma$ 于 $C , D$ 两点,

所以 $\Delta>0$ ,即 $a^{2} k_{1}^{2}+b^{2}-p^{2}>0$ ,
设 $C\left(x_{1}, y_{1}\right) , D\left(x_{2}, y_{2}\right), C D$ 中点坐标为 $\left(x_{0}, y_{0}\right)$ ,
则 $\left\{\begin{array}{l}x_{0}=\frac{x_{1}+x_{2}}{2}=-\frac{a^{2} k_{1} p}{a^{2} k_{1}^{2}+b^{2}} \\ y_{0}=k_{1} x_{0}+p=\frac{b^{2} p}{a^{2} k_{1}^{2}+b^{2}}\end{array}\right.$ ,
由方程组 $\left\{\begin{array}{l}y=k_{1} x+p \\ y=k_{2} x\end{array}\right.$ ,消 $y$ 得方程 $\left(k_{2}-k_{1}\right) x=p$ ,
又因为 $k_{2}=-\frac{b^{2}}{a^{2} k_{1}}$ ,所以 $\left\{\begin{array}{l}x=\frac{p}{k_{2}-k_{1}}=-\frac{a^{2} k_{1} p}{a^{2} k_{1}^{2}+b^{2}}=x_{0} \\ y=k_{2} x=\frac{b^{2} p}{a^{2} k_{1}^{2}+b^{2}}=y_{0}\end{array}\right.$ ,
故 $E$ 为 $C D$ 的中点;
(3)求作点 $P_{1} , P_{2}$ 的步骤: $1^{\circ}$ 求出 $P Q$ 的中点 $E\left(-\frac{a(1-\cos \theta)}{2}, \frac{b(1+\sin \theta)}{2}\right)$ ,
$2^{\circ}$ 求出直线 $O E$ 的斜率 $k_{2}=-\frac{b(1+\sin \theta)}{a(1-\cos \theta)}$ ,
$3^{\circ}$ 由 $\overrightarrow{P P_{1}}+\overrightarrow{P P_{2}}=\overrightarrow{P Q}$ 知 $E$ 为 $C D$ 的中点,根据②可得 $C D$ 的斜率 $k_{1}=-\frac{b^{2}}{a^{2} k_{2}}=\frac{b(1-\cos \theta)}{a(1+\sin \theta)}$ ,
$4^{\circ}$ 从而得直线 $C D$ 的方程:$y-\frac{b(1+\sin \theta)}{2}=\frac{b(1-\cos \theta)}{a(1+\sin \theta)}\left(x+\frac{a(1-\cos \theta)}{2}\right)$ ,
$5^{\circ}$ 将直线 $C D$ 与椭圆 $\Gamma$ 的方程联立,方程组的解即为点 $P_{1} , P_{2}$ 的坐标.
欲使 $P_{1} , P_{2}$ 存在,必须点 $E$ 在椭圆内,
所以 $\frac{(1-\cos \theta)^{2}}{4}+\frac{(1+\sin \theta)^{2}}{4}<1$ ,化简得 $\sin \theta-\cos \theta<\frac{1}{2}, \sin \left(\theta-\frac{\pi}{4}\right)<\frac{\sqrt{2}}{4}$ ,
又 $0<\theta<\pi$ ,即 $-\frac{\pi}{4}<\theta-\frac{\pi}{4}<\frac{3 \pi}{4}$ ,所以 $-\frac{\pi}{4}<\theta-\frac{\pi}{4}<\arcsin \frac{\sqrt{2}}{4}$ ,
故 $\theta$ 的取值范围是 $\left(0, \frac{\pi}{4}+\arcsin \frac{\sqrt{2}}{4}\right)$ .

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