本卷第 1、4、26、27、31 题已作教学修订或改编;以下解析与当前同名 TeX、PDF 对应。
答案速览
| 题号 |
答案 |
题号 |
答案 |
| 1 |
26 |
2 |
(5−1)/2 |
| 3 |
a=b=c=d=0 |
4 |
5/4 |
| 5 |
12600 |
6 |
11/18 |
| 7 |
((5+43)/2,(6−33)/2) |
8 |
四条射线 |
| 9 |
1 |
10 |
[5−6,−5] |
| 11 |
(3−3)/2 |
12 |
C |
| 13 |
1/4 |
14 |
(1,2) |
| 15 |
1/9 |
16 |
3π/4 |
| 17 |
98−743 或 98+743 |
18 |
214 |
| 19 |
y=x4−2x2,见正文特征 |
20 |
(−∞,−3]∪[0,1)∪(3,+∞) |
| 21 |
14365 |
22 |
7 |
| 23 |
充要条件 |
24 |
2 |
| 25 |
(17/4,8) |
26 |
14/3 |
| 27 |
9/10 |
28 |
A |
| 29 |
6 或 7 |
30 |
1128 |
| 31 |
OM∈[2/3,4/3];N(r) 见正文 |
32 |
B,{3,4,5} |
| 33 |
D,125 |
|
|
逐题解析
第 1 题
题目
【修订】 已知 p>0,抛物线 y2=2px 过焦点 F 的直线交抛物线于 A,B,且 AF=3FB。过 A 作准线的垂线,垂足为 A1,准线交 x 轴于 C。若三角形 CFA1 的面积为 123,求 p。
解答
焦点为 (p/2,0),准线为 x=−p/2。设焦点弦为 x=my+p/2,代入抛物线得 y2−2pmy−p2=0,所以 yAyB=−p2。向量关系给出 yA=−3yB,从而 ∣yA∣=3p。三角形的底 CF=p,高为 ∣yA∣,故
123=21p⋅3p,p=26.
这里使用的是三角形 CFA1 的面积,不能误算成包含顶点 A 的梯形面积。
第 2 题
题目
实数 x,y 满足 x2+2xy=1,求 x2+y2 的最小值。
解答
由条件 x=0,可写 y=(1/x−x)/2。于是
x2+y2=41(5x2+x21)−21≥25−1.
等号当且仅当 5x2=1/x2,即 x2=1/5;对应的 y 由上述表达式给出,确实满足约束。最小值为 (5−1)/2。
第 3 题
题目
已知 f(x)=asin(2πx)+bcos(2πx)+csin(4πx)+dcos(4πx),若 f(21+x)+f(x)=f(2x),则 a,b,c,d 中能确定的参数是哪些?
解答
将 x=0 代入函数等式得 d=b;将 x=1/4 代入得 −2d=d−b=0,故 b=d=0。原等式随之变为
(2c−a)sin4πx=csin8πx.
取 x=1/8 得 a=2c,再取 x=1/16 得 c=0,从而 a=0。所以四个参数都能确定,且 a=b=c=d=0。
第 4 题
题目
【修订】 设 a∈R。若三次方程 x3+ax2+4x+5=0 有一个非零纯虚根,求 a。
解答
设非零纯虚根为 it,其中 t∈R∖{0}。因为 a 为实数,代入并比较实虚部得
5−at2=0,−t3+4t=0.
后者给出 t2=4,故 a=5/4。此时多项式确可分解为 (x2+4)(x+5/4),有根 ±2i。
第 5 题
题目
求 (x2+x1+y3+y1)10 展开式中的常数项。
解答
分别选择 x2,x−1,y3,y−1 共 a,b,c,d 次。常数项要求 b=2a、d=3c、3a+4c=10。非负整数解只有 a=2,c=1,于是 b=4,d=3。常数项为
2!4!1!3!10!=12600.
第 6 题
题目
计算 n→+∞lim(1⋅41+2⋅51+⋯+n(n+3)1)。
解答
利用 1/[k(k+3)]=(1/k−1/(k+3))/3,有
k=1∑nk(k+3)1=31(1+21+31−n+11−n+21−n+31).
令 n→∞,得 11/18。
第 7 题
题目
点 (4,5) 绕点 (1,1) 顺时针旋转 60∘,求所得点坐标。
解答
相对旋转中心的向量为 (3,4)。顺时针旋转 60∘ 后成为
(3cos60∘+4sin60∘,−3sin60∘+4cos60∘)=(23+23,2−233).
再加回中心 (1,1),坐标为 ((5+43)/2,(6−33)/2)。
第 8 题
题目
极坐标方程 5ρcosθ=4ρ+3ρcos2θ(ρ≥0)表示何种曲线?
解答
题面校注: 原参考答案写“两条射线”,漏掉了关于极轴对称的方向。
ρ=0 时原点在曲线上;ρ>0 时除以 ρ,得
5cosθ=4+3cos2θ⟺(3cosθ−1)(2cosθ−1)=0.
故 cosθ=1/3 或 1/2,对应 θ=±arccos(1/3) 或 ±π/3(模 2π)。因此是从原点出发的四条射线,也可写为 y=±22x、y=±3x,均限于 x≥0。
第 9 题
题目
设 x,y∈[−4π,4π],且
x3+cos(x+23π)−2a=0,4y3+sinycosy+a=0,求 cos(x+2y)。
解答
令 h(t)=t3+sint。两式分别给出 h(x)=2a、h(2y)=−2a,故 h(x)=h(−2y)。在 [−π/2,π/2] 上,h′(t)=3t2+cost>0,因此 h 严格递增。x 与 −2y 均在此区间内,所以 x=−2y,从而 cos(x+2y)=1。
第 10 题
题目
实数 x,y 满足 x2+y2=1。若 ∣x+2y−a∣+∣a+6−x−2y∣ 的值与 x,y 无关,求 a 的取值范围。
解答
令 t=x+2y,由单位圆上的投影可知 t 取遍 [−5,5]。表达式变为 ∣t−a∣+∣t−(a+6)∣,它在 [a,a+6] 上恒为 6,在左侧严格递减、右侧严格递增。因此它在整个 t 区间上恒定,当且仅当
[−5,5]⊆[a,a+6],
即 5−6≤a≤−5。
第 11 题
题目
在 △ABC 中,cos∠BAC=31。O 为内心,且 AO=xAB+yAC,求 x+y 的最大值。
解答
记对边为 a=BC,b=CA,c=AB。内心的重心坐标给出 x=b/(a+b+c)、y=c/(a+b+c)。余弦定理得
a2=b2+c2−32bc=(b+c)2−38bc≥31(b+c)2,
其中用了 bc≤(b+c)2/4。于是
x+y=a+b+cb+c≤1+1/31=23−3.
当 b=c 时可以达到,且该等腰三角形的顶角余弦为 1/3,符合条件。
第 12 题
题目
已知直线 m:y=xcosa 与 n:3x+y=c,判断:A. m,n 可能重合;B. m,n 不可能垂直;C. m 上存在一点 P,使 n 以 P 为中心旋转后与 m 重合;D. 以上都不对。
解答
两直线斜率分别为 cosa∈[−1,1] 与 −3,故不会重合,A 错。取 cosa=1/3,斜率乘积为 −1,两线垂直,B 错。它们总有唯一交点,取该交点为旋转中心,按两线的夹角旋转即可重合,故选 C。
第 13 题
题目
抛物线 3y2=x 的焦点为 F,A 在抛物线上,A 点处切线与 AF 夹角为 30∘,求 A 的横坐标。
解答
设 A=(3t2,t),焦点为 F=(1/12,0)。切线方向向量可取 (6t,1),而 FA=(3t2−1/12,t)。两向量行列式的绝对值为 3t2+1/12,FA 的长度也为 3t2+1/12,所以两直线夹角 α 满足
sinα=36t2+11.
由 α=30∘ 得 t2=1/12,故横坐标为 3t2=1/4。
第 14 题
题目
P 为直线 x−1y−64=0 上一点,且 P 到 A(2,5)、B(4,3) 的距离相同,求 P 的坐标。
解答
行列式方程为 4x+y−6=0。AB 的中点为 (3,4)、斜率为 −1,因此垂直平分线为 y=x+1。联立两线得 P=(1,2)。
第 15 题
题目
从 {1,2,…,9} 中取 x,y 且 y=x,连接原点 O 与 A(x,y),B(y,x),求 ∠AOB=2arctan31 的概率。
解答
两射线关于 y=x 对称,故半夹角的正切为 ∣x−y∣/(x+y)。题意等价于 3∣x−y∣=x+y,也就是较大数为较小数的两倍。无序数对为 (1,2),(2,4),(3,6),(4,8),共 4 对;等可能无序数对共 (29)=36 对。因此概率为 1/9。按有序抽取计算则为 8/72,结果相同。
第 16 题
题目
计算 arcsin814+32+arcsin43。
解答
题面校注: 原件分子是 14+32,不是 14+32,现已恢复。
令 B=arcsin(3/4),则 π/4<B<π/2、cosB=7/4。于是 π/4<3π/4−B<π/2,且
sin(43π−B)=2247+2243=814+32.
因为该角在反正弦主值区间内,第一项就等于 3π/4−B,两项之和为 3π/4。
第 17 题
题目
三棱锥 P−ABC 的体积为 10.5,且 AB=6,AC=BC=4,AP=BP=10,求 CP。
解答
题面校注: 题面与原件一致;原参考答案 7 或 73 来自三角函数计算错误,不满足给定体积。
取 AB 中点为原点,令 A=(−3,0,0)、B=(3,0,0)、C=(0,7,0)。由 AP=BP=10,可设 P=(0,t,h),且 t2+h2=91。底面面积为 37,故
31⋅37⋅∣h∣=221⟹h2=463,t2=91−463=4301.
因此
CP2=(t−7)2+h2=98−27t=98±743.
两种 t 的符号都产生符合全部边长及体积条件的三棱锥,故
CP=98−743 或 98+743.
第 18 题
题目
在 △ABC 中,AB=9,BC=6,CA=7,求 BC 边上中线的长。
解答
设 M 为 BC 中点,则 BM=3。由中线定理,
AB2+AC2=2AM2+2BM2,AM2=281+49−18=56.
所以中线长为 214。
第 19 题
题目
若 f(x)=x2−1,画出 f(f(x)) 的大致图像。
解答
复合函数为 y=(x2−1)2−1=x4−2x2。它关于 y 轴对称,零点为 −2,0,2;在原点与 x 轴相切,在另外两个零点穿过 x 轴。
导数为 4x(x2−1),所以依次在 (−∞,−1) 递减、(−1,0) 递增、(0,1) 递减、(1,+∞) 递增。极小点为 (−1,−1)、(1,−1),极大点为 (0,0),两端均趋于 +∞。据此画出中间在原点触轴的“W”形图像即可。
第 20 题
题目
定义 fM(x)=1(x∈M),fM(x)=−1(x∈/M),并令 M⊗N={x∣fM(x)fN(x)=−1}。已知 A={x∣x<2−x},B={x∣x(x+3)(x−3)>0},求 A⊗B。
解答
由定义,M⊗N 是恰好属于两集合之一的元素集合,即对称差。求 A 时先有 x≤2;x<0 时不等式自动成立,x≥0 时可平方,得到 (x+2)(x−1)<0,故 A=(−∞,1)。由乘积符号得 B=(−3,0)∪(3,+∞)。删去两集合公共的 (−3,0),得到
A⊗B=(−∞,−3]∪[0,1)∪(3,+∞).
第 21 题
题目
方程 3x+4y+12z=2020 的非负整数解有多少组?
解答
模 4 考察可知 x=4u;代入后模 3 考察得 y=3v+1。原方程遂化为 u+v+z=168,其中 u,v,z 都是非负整数,而且此变换双向唯一。因此由隔板法,解数为
(2170)=14365.
第 22 题
题目
已知 m,n∈Z 且 0≤n≤11。若 22020+32021=12m+n,求 n。
解答
模 3 的余数为 1,模 4 的余数为 3,所以 n≡1(mod3)、n≡3(mod4)。在 0≤n≤11 内唯一符合的是 7。
第 23 题
题目
若四边形 ABCD 为凸四边形,则 ∠BAC=∠BDC 是 ∠DAC=∠DBC 的什么条件?
解答
凸四边形中,A,D 位于弦 BC 的同侧;∠BAC=∠BDC 由圆周角定理的逆定理等价于四点共圆。同样,∠DAC=∠DBC 也等价于四点共圆。因此两个命题等价,是充要条件。
第 24 题
题目
设 f(x)=3x−3−x 的反函数为 f−1,则 g(x)=f−1(x−1)+1 在 [−3,5] 上的最大值与最小值之和为多少?
解答
f(x)=3x−3−x 为奇函数,且导数 (ln3)(3x+3−x)>0,因此反函数也是递增奇函数。g 的最小值、最大值分别为 f−1(−4)+1、f−1(4)+1,二者相加为 2。
第 25 题
题目
若 k>4,直线 kx−2y−2k+8=0、2x+k2y−4k2−4=0 与坐标轴围成四边形,求其面积的取值范围。
解答
两直线交于 P=(2,4),与正坐标轴构成的四边形另外三个顶点为 O=(0,0)、B=(2−8/k,0)、A=(0,4+4/k2)。沿 OP 分成两个三角形,面积为
S=21(4+k24)2+21(2−k8)4=8−k16+k24.
令 t=1/k∈(0,1/4),则 S=8−16t+4t2 在此区间严格递减,两个极限为 8 与 17/4,均不取到。因此 S∈(17/4,8)。
第 26 题
题目
【修订】 凸四边形 ABCD 的四个顶点按 A,B,C,D 的顺序位于同一个圆上,且 AB=1,CD=2,AD=4,BC=5。直线 AD,BC 交于 P,求 PA。
解答
因为 AD,BC 是凸四边形的两条对边,交点 P 不在任一边的内部。由圆周角关系,△PAB∼△PCD,对应关系为 PA↔PC、PB↔PD,相似比为 AB/CD=1/2。
设 PA=x>0,PB=y>0,则 PC=2x,PD=2y。同一割线上的两圆周点位于 P 的同侧,因此
∣2y−x∣=AD=4,∣2x−y∣=BC=5.
写成 2y−x=4ε、2x−y=5δ,其中 ε,δ∈{−1,1}。解得
x=34ε+10δ,y=38ε+5δ.
x>0 强迫 δ=1,继而 y>0 强迫 ε=1,所以 PA=14/3。这一分类避免了未经证明便预设各点先后顺序。
第 27 题
题目
【修订】 给定定义在 R 上的 5 个不同函数,每个都不恒为零,其中恰有 3 个奇函数、2 个偶函数。从中等可能地选取 3 个,求所选函数中既有奇函数又有偶函数的概率。
解答
一个定义在 R 上的函数若同时为奇函数和偶函数,则对所有 x 都有 f(x)=f(−x)=−f(x),只能恒为零。题目排除了这种情形,所以五个函数恰好分为互不重叠的三奇、两偶两组。
总选法为 (35)=10;不同时包含两类时,只能选出全部三个奇函数,恰有 1 种。因此概率为 9/10。
第 28 题
题目
下列不等式恒成立的是:A. x2+x21≥x+x1;B. ∣x−y∣+x−y1≥2;C. ∣x−y∣−x−y1≥2;D. ∣x−y∣≥∣x−z∣+∣y−z∣。
解答
在各表达式定义域内,A 的左边减右边为
x2+x21−x−x1=x2(x−1)2(x2+x+1)≥0.
这里 x=0 且 x2+x+1>0,所以 A 恒成立。B 取 x−y=−1,左端为 0;C 取 x−y=1,左端为 0;D 取 x=y=0,z=1,得到 0≥2,均不成立。因此选 A。
第 29 题
题目
向量数列 {an} 满足 an+1=an+d,且 ∣a1∣=3,a1⋅d=−23。令 Sn=a1⋅(∑i=1nai),求 Sn 取最大值时的 n。
解答
由等差向量数列,ai=a1+(i−1)d,所以
Sn=9n−232n(n−1)=43(−n2+13n).
抛物线顶点横坐标为 13/2,最近的两个正整数为 6,7,对应值相等且最大。故 n=6 或 7。
第 30 题
题目
安排甲、乙、丙等 7 人完成连续 7 天值班,每人一天。甲不在第一天,乙不在第二天,甲和丙相邻,求不同安排数。
解答
按甲丙占据的相邻日分类。若占第 1,2 天,只能丙在前、甲在后,此时乙自动不在第 2 天,其余五人可任排,共 5!=120 种。若占第 2,3 天,甲丙可交换,乙仍自动满足限制,共 2⋅5!=240 种。
若相邻日从第 3,4,5,6 天开始,共 4 种位置;每种有甲丙的 2 种次序,余下五个位置中乙有 4 个可选,再排其余四人,得 4⋅2⋅4⋅4!=768 种。总数为 120+240+768=1128。
第 31 题
题目
【修订】 平面内两条直线 l1,l2 交于 O,较小夹角为 60∘。点 M 到它们的距离分别为 p,q,且 p+q=2。
- 求 OM 的取值范围;
- 对每个实数 r≥0,记同时满足 p+q=2 与 OM=r 的不同点 M 的个数为 N(r),求 N(r)。
解答
取两直线的锐角平分线为 x 轴,O 为原点,则两直线方程为 y=±x/3。设 M=(x,y),点到直线的距离公式给出
p+q=2∣3y−x∣+∣3y+x∣=max{∣x∣,3∣y∣}.
这里用了恒等式 ∣u−v∣+∣u+v∣=2max{∣u∣,∣v∣},可按 ∣u∣≥∣v∣ 与反向不等式两类验证。因此 p+q=2 的轨迹是矩形
∣x∣≤2,∣y∣≤32
的边界。原点在其中心,到边界的最短距离为 2/3,到四个顶点的距离为 4+4/3=4/3。沿任一水平边移动可取遍这两个距离之间的全部值,故
OM∈[32,34].
再数圆 x2+y2=r2 与矩形边界的交点。两条水平边上有 x2=r2−4/3:r=2/3 时共两个点,2/3<r≤4/3 时共四个点。两条竖直边上有 y2=r2−4:r=2 时共两个点,2<r≤4/3 时共四个点。到达 r=4/3 时,这两组交点都是同一组四个顶点,必须去重。因此
N(r)=⎩⎨⎧0,2,4,6,8,4,0≤r<2/3 或 r>4/3,r=2/3,2/3<r<2,r=2,2<r<4/3,r=4/3.
第 32 题
题目
Given A={1,2,3,4,5} and B={3,4,5,6,7}, the intersection of A and B is: A. {1,2}; B. {3,4,5}; C. {1,2,3,4,5,6,7}; D. {6,7}.
解答
交集由同时属于两个集合的元素组成,因此 A∩B={3,4,5},选 B。
第 33 题
题目
Which number is the number 5 the cubic root of? A. 3; B. 5; C. 25; D. 125.
解答
若 5 是某数的立方根,则该数为 53=125,选 D。