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2014年全国高中数学联赛福建赛区预赛试题参考答案

时间:2014-05-28


2014 年福建省高中数学竞赛 暨 2014 年全国高中数学联赛(福建省赛区)预赛试卷参考答案
(考试时间:2014 年 5 月 17 日上午 9:00-11:30,满分 160 分) 一、填空题(共 10 小题,每小题 6 分,满分 60 分。请直接将答案写在题中的横线上) 1.已知直线 l1 : ax ? 2 y ? 6 ? 0 , l2 : x ? (a ?1)

y ? a2 ?1 ? 0 ,若 l1 ? l2 ,则 a ? 【答案】
2 3 2 。 3

【答案】

2

【解答】设 PF1 ? 4t ,则 PF2 ? 3t , 4t ? 3t ? PF1 ? PF2 ? 2 。 于是, t ? 2 , PF1 ? 8 , PF2 ? 6 ,结合 F1F2 ? 10 知, △PF1F2 为直角三角形, PF1 ? PF2 。 ∴
6 ? 8 ? 10 ? 2。 2

△PF1F2 内切圆半径 r ?



5.已知集合 A ? ? x x 2 ? 2 x ? 8 ? 0 ? , B ? ? x x 2 ? 2ax ? 4 ? 0 ? 。若 a ? 0 ,且 A ? B 中恰有 1 个整 数,则 a 的取值范围为 【答案】 。

【解答】 l1 ? l2 ? a ?1 ? ?2(a ? 1) ? 0 ? a ? 2.函数 f ( x) ? 3 sin 2 x ? sin x cos x ? 【答案】

?1 3 5 ? ,? ? ? 6 2?

3 ?? ? ? ( x ? ? , ? )的值域为 2 ?12 2 ?



【解答】 A ? ? x x ? ?4 或 x ? 2 ? 。 设 f ( x) ? x2 ? 2ax ? 4 ,则 f ( x) 的轴对称 x ? a ? 0 。 由 f (?4) ? 16 ? 8a ? 4 ? 0 ,知 B ? ? x x ? ?4 ? ? ? 。因此, A ? B 中恰有的一个整数为 3。 ∴

? 1 ? x ? ?? , 1 ? 2 ? ? 1 ? cos 2 x 1 3 1 3 ? ? sin 2 x ? ? sin 2 x ? cos 2 x ? sin(2 x ? ) 。 2 2 2 2 2 3

【解答】 f ( x) ? 3 ?

? ? 2? 1 ? ?? ? ? 由 x ? ? , ? 知, ? ? 2 x ? ? , ? ? sin(2 x ? ) ? 1 。 6 3 3 2 3 ?12 2 ?
3.在三棱锥 D ? ABC 中, AB ? BC ? 2 , AB ? BC , BC ? CD , DA ? AB , ?CDA ? 60? 。则三 棱锥 D ? ABC 的体积为 【答案】
4 3

? ? 9 a6 ? ?4 0 ? f(3) 13 5 ?13 5 ? ,解得 ? a ? 。故, a 的取值范围为 ? , ? 。 ? 6 2 ? 1? 6 a? 8 ?4 0 ? 6 2? ? f(4)
p p ( p , q 为 正 整 数 ) 化 成 小 数 为 ? 0.198 q q

6.若分数
p?q ?

,则当 q 取最小值时,



。 121
p ? 0.198 q ? 1 p 1 ,知 ? , q ? 5 p ,记 q ? 5 p ? m ( m 为正整数) 。 5 q 5

【答案】 【解答】由 于是, ∴

【解答】如图,作 DE ? 面 ABC 于 E ,连 EA 、 EC 、 ED 。 ∵ ∴
B C? C D , DA ? AB , E C? C B , EA ? AB ,四边形 EABC 为矩形。

p ? 0.198 5p ? m

, 0.198(5 p ? m) ? p ? 0.199(5 p ? m) 。

由 AB ? BC 知,四边形 EABC 为正方形,且 DA ? DC 。 又 ?CDA ? 60? ,因此, △DAC 为正三角形, DA ? AC 。 ∴ ∴
2 2 EA ? ED ?

1 9 .m 8 ? p?

3 9m .。 8

当 m ? 1 时, 20 ? p ? 39 ,取 p ? 20 , m ? 1 时, q 最小为 101。 又
20 ? 0.19801980 101

E 2A ?

2 ED ? EC ? 2 。 。于是, E C

符合要求。故,当 q 最小时, p ? q ? 121 。 。

1 1 4 三棱锥 D ? ABC 的体积为 ? ( ? 2 ? 2) ? 2 ? 。 3 2 3

7.随机地投掷 3 粒骰子,则其中有 2 粒骰子出现的点数之和为 7 的概率为 【答案】
5 12

4.已知 F1 、 F2 为双曲线 C : x 2 ? 若

y2 ? 1的左、右焦点, P 为双曲线 C 上一点,且点 P 在第一象限。 24

PF1 PF2

4 ? ,则 △PF1F2 内切圆半径为 3


1

【解答】投掷 3 粒骰子共有 63 ? 216 种可能。考虑 7 ? 1 ? 6 ? 2 ? 5 ? 3 ? 4 。 投掷三粒骰子,有两粒骰子出现 1 和 6 的可能有 6 ? 6 ? 6 ? 30 (种) 。

(分为 (1, 6, ?) ,(1, ?, 6) ,(6 ,, 1 ?) ,(6 , ?, 1) ,(? ,, 1 6) ,(? , 6, 1) 这 6 种可能,每类有 6 种情况。
6, 1) , (1, 1 6) , (6 ,, 1 1) , (6 ,, 其中, (1, 6, 6) , (1,, 1 6) , (6 , 6, 1) 重复出现)

10.若 a , b , c 为关于 x 的方程 x3 ? x2 ? x ? m ? 0 的三个实根,则 m 的最小值为 【答案】
? 5 27



同理,投掷三粒骰子,有两粒骰子出现 2 和 5 的可能与有两粒骰子出现 3 和 4 的可能均为 30 种。 ∴ 投掷 3 粒骰子,其中有 2 粒骰子出现的点数之和为 7 的有 3 ? 30 ? 90 种可能。 ∴
90 5 ? 。 所求概率为 216 12

【解答】依题意,有 x3 ? x2 ? x ? m ? ( x ? a)( x ? b)( x ? c) 。 ∴ ∴

x3 ? x2 ? x ? m ? 3 x (? a ? b ) ? c2 x( ? a b ? b? c )
a ?b ? c ) ? a ?b ? c ?1 ? ?1 ? ? ( ? ? ? ? 1 ? ab ? bc ? ca , ? ab ? bc ? ca ? ?1 。 ? m ? ? abc ? m ? ? abc ? ?

c a。 ?x

abc

8.已知点 A(1, ? 1) , B(4 , 0) , C (2 , 2) 。平面区域 D 由所有满足 AP ? ? AB ? ? AC ( 1 ? ? ? a ,
1 ? ? ? b )的点 P( x , y) 组成的区域。若区域 D 的面积为 8,则 a ? b 的最小值为

。 ∴

【答案】

4

b c? ? 1 ?( a b ? c)a ? ? 1 ?a ( b ? )c ? 1 ? ?a ( 1 ?2 a ) ?a 。 ?a 1? a2 ? b2 ? c2 ? (a ? b ? c)2 ? 2(ab ? bc ? ca) ? 3 。
a 2 ? 1 , b2 ? 1 , c2 ? 1 中至少有一个成立。不妨设 a 2 ? 1 , ?1 ? a ? 1 。

【 解 答 】 如 图 , 延 长 AB 至 点 N , 延 长 AC 至 点 M , 使 得

AN ? a AB , AM ? b AC 。
四边形 ABEC 、 ANGM 、 EHGF 均为平行四边形。由条件知,
y) 组成的区域 D 为图中的阴影部分,即四边形 EHGF (不含 点 P( x ,

∴ ∴

m ? ?a b c? ? ( a2 a ? a 1? )

? 3 ?a 2? a 。 ?a

设 m ? f (a) ? ?a3 ? a2 ? a ,则 f ?(a) ? ?3a2 ? 2a ? 1 ? ?(3a ? 1)(a ?1) 。 ∴
1 1 1? ? ? 1 ? ?1 ?a ? ? 时, f ?(a) ? 0 ;? ? a ? 1 时, f ?(a) ? 0 。 f (a ) 在 ? ?1, 在 ?? , ? ? 上为减函数, 1 3 3 3? ? ? 3 ? ?

边界 EH 、 EF ) 。 ∵ ∴
cos ?CAB ?

3) , BC ? (?2 , AB ? ( 3 ,1, ) AC ? (1, 2) 。

AB ? 10 ,

AC ? 10 ,

BC ? 2 2



上为增函数。 ∴
1 5 1 1 5 1 5 1 m 有最小值 f ( ? ) ? ? 。此时, a ? ? , b ? ? , c ? 或 a ? ? , b ? , c ? ? 。 3 27 3 3 3 3 3 3

4 10 ? 10 ? 8 3 ? , sin ?CAB ? 。 5 2 ? 10 ? 10 5 4 ?8。 5

∴ ∴

四边形 EHGF 的面积为 (a ? 1) 10 ? (b ? 1) 10 ?
(a ? 1 )b(?
a?b ? a?( ? 1 ) ,1

二、解答题(共 5 小题,每小题 20 分,满分 100 分。要求写出解题过程) 11.已知 ? an ? 为递增的等比数列,且 a1 ? a2 ? 6 ,a3 ? a4 ? 24 。bn ? 和为 Tn ,求证:对一切正整数 n 均有, Tn ? 3 。 【解答】设 ? an ? 的公比为 q ,则 q ? 0 。
? a1 ? a1q ? 6 ? a1 ? 2 由 a1 ? a2 ? 6 , a3 ? a4 ? 24 ,知 ? ,? 。 2 3 q ? 2 a q ? a q ? 24 ? ? 1 1

1 1 ? 1) ? (a ? 1) ? ?2。 a ?1 a ?1

an ,数列 ? bn ? 的前 n 项 (an ? 1)2

由 a ? 1 , b ? 1 知,当且仅当 a ? 1 ? 1 ,即 a ? b ? 2 时, a ? b 取最小值 4。
2 3 ?8 ? ?8 ? ?8 ? 9. A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?9 ? ? 9 ? ? 9 ?

? 82014 ? ?? ? 被 63 除的余数为 ? 9 ?

。 (符号 ? x ? 表示不超过 x 的

∴ ∴

n 。 an ? 2 ? 2n ? 1 ? 2

…………………………… 5 分

最大整数。 ) 【答案】 【解答】∵ ∴ ∴ 56 对任意正整数 k ,
82 k ? 1 8 2 k 82 k ? 1 82 k ? ? 82 k ? 1 。 与 均不是整数,且 9 9 9 9

bn ?

an 2n 。 ? (an ? 1)2 (2n ? 1)2



n ? 2 时,

? 82 k ? 1 ? ? 82 k ? 82 k ? 1 82 k 对任意正整数 k , ? ?? ? ? ? ? 1 ? 82 k ? 1 ? 1 ? 7 ( mod 63 ) 。 ? 9 9 ? 9 ? ? 9 ?
2 3 ?8 ? ? 8 ? ?8 ? A?? ??? ??? ?? ? 9 ? ? 9? ? 9 ? 2 0 1 4 ?8 ? ?? ?1 0 0? 7 ? 7 ? ? 9?

bn ?

2n 2n 2n 2 n ?1 1 1 , ? ? ? ? n ?1 ? n n 2 n n n n n ?1 n (2 ? 1) (2 ? 1)(2 ? 1) (2 ?1)(2 ? 2) (2 ?1)(2 ?1) 2 ?1 2 ?1
…………………………… 10 分
n ? 2 时,

5 6 ( m o。 d 63 )
2



Tn ? b1 ? (

1 1 1 1 ? 2 )?( 2 ? 3 )? 2 ?1 2 ?1 2 ?1 2 ?1

?(

1 2
n ?1

1 1 ) ? 2 ?1? n ? 3。 ?1 2 ?1 2 ?1 ?
n

即 (4 ? n)2 ? ∴

36 ? (?9) ? 0 , (4 ? n)2 ? 9 ? 0 , n ? 1 或 n ? 7 。 2 ?9t ? 3t (?6t ) ? 9(3t ? 4)
2

……………………………… 15 分 又 n ? 1 时, T1 ? b1 ? 2 ? 3 。 ∴ 对一切正整数 n 均有 Tn ? 3 。 …………………………… 20 分

0) 和 (7 , 以 MN 为直径的圆恒过 x 轴上两定点 (1 , 0) 。

………………… 20 分

注:若只求出或证明两定点中的一个不扣分。
0) 和 (7 , 也可以由特殊的直线 l ,如 x ? 1 ,得到圆与 x 轴的交点 (1 , 0) 后,再予以证明。

12.已知 F 为椭圆 C :
1 x ? m 的距离之比为 。 2

x2 y 2 ? ? 1 的右焦点,椭圆 C 上任意一点 P 到点 F 的距离与点 P 到直线 l : 4 3

13.如图,在五边形 ABCDE 中, BC∥AE , AB ? BC ? AE , ?ABC ? ?CDE , M 为 CE 中点, O 为 △BCD 的外心,且 OM ? MD 。延长 DM 至点 K ,使得 MK ? MD 。 (1)求证: ?BKC ? ?BDC ; (2)求证: ?ABC ? 2?BDA 。 【解答】 (1) ∵ ∴ ∴
M 为 KD 中点,且 OM ? MD ,

(1)求直线 l 方程; (2)设 A 为椭圆 C 的左顶点,过点 F 的直线交椭圆 C 于 D 、 E 两点,直线 AD 、 AE 与直线 l 分 别相交于 M 、 N 两点。以 MN 为直径的圆是否恒过一定点?若是,求出定点坐标;若不是,请说明理 由。
y) 为椭圆 C 上任意一点,依题意有 【解答】 (1) F (1, 0) ,设 P( x ,

O K? O D ,点 K 在 △BCD 的外接圆上。 ?B K C? ? B D。 C …………

5分
TD

(2)延长 AE 至点 T ,使得 ET ? BC 。联结 TB , TC ,
( x ? 1) 2 ? y 2 1 ? 。 x?m 2
TK , KE 。



由 AB ? BC ? AE 知, AT ? AB 。 又 BC∥AE 。 ∴ ∴
?C B T ? ? B T A ? ? A, B? T ABC ? 2?BTA ,且四边形 BCTE 为平行四边形。
M 也是 BT 中点。



2 2 4 (x ? 1 )? y 42 ? x( ? m。将 ) 4 y 2 ? 12 ? 3x2 代入,并整理得 (8 ? 2m) x ? m2 ?16 ? 0 。

y) 为椭圆上任意一点知,方程 (8 ? 2m) x ? m2 ?16 ? 0 对 ?2 ? x ? 2 的 x 均成立。 由点 P( x ,

∴ ∴

8? 2 m? 0 ,且 m2 ? 16 ? 0 。解得 m ? 4 。

…………… 10 分

直线 l 的方程为 x ? 4 。

…………………… 5 分

∴ ∴ ∴

四边形 BKTD 为平行四边形, ?BKD ? ?KDT 。
?BKC ? ?BKD ? ?CKD
? ?KDT ? ?KDE ? ?EDT 。

(2)易知直线 DE 斜率不为 0,设 DE 方程为 x ? ty ? 1。

四边形 KCDE 为平行四边形, ?CKD ? ?KDE 。

? x ? ty ? 1 ? 由 ? x2 y 2 ,得 (3t 2 ? 4) y2 ? 6ty ? 9 ? 0 。 ? ?1 ? 3 ? 4
设 D( x1 , y1 ) , E( x2 , y2 ) ,则 y1 ? y2 ?
0) ,知 AD 方程为 y ? 0 ? 由 A(?2 ,
?6t ?9 , y1 y2 ? 2 。 2 3t ? 4 3t ? 4

?B D C ? ? B K C ? ? E。 D T ……… ? ?CDE ? ?ABC 。

15 分
BDC

…………… 10 分

∴ ∴ ∴ ∴ ∴

?B D T ? ? B D E ? ? EDT ? ? B D? E? ?BDT ? ?BAT ? ?ABC ? ?BAT ? 180? 。
B 、 A 、 T 、 D 四点共圆。 ?BDA ? ?BTA 。

y1 ? 0 6y ( x ? 2) ,点 M 坐标为 M (4 , 1 ) 。 x1 ? 2 x1 ? 2
………………… 15 分

6y 同理,点 N 坐标为 N (4 , 2 ) 。 x2 ? 2

?ABC ? 2?BTA ? 2?BDA 。

…………… 20 分

0) 在以 MN 为直径的圆上。 由对称性,若定点存在,则定点在 x 轴上。设 G(n ,

6y 6y 36 y1 y2 则 GM ? GN ? (4 ? n , 1 ) ? (4 ? n , 2 ) ? (4 ? n) 2 ? ? 0。 x1 ? 2 x2 ? 2 ( x1 ? 2)( x2 ? 2)


14.已知 f ( x) ? a ln( x ? 1) ?

1 ? 3x ? 1。 x ?1

(1)若 x ? 0 时, f ( x) ? 0 恒成立,求实数 a 的取值范围; (2)求证:
3

(4 ? n)2 ?

36 y1 y2 36 y1 y2 ? (4 ? n)2 ? 2 ?0。 (ty1 ? 3)(ty2 ? 3) t y1 y2 ? 3t ( y1 ? y2 ) ? 9

2 3 4 ? ? ? 2 2 4 ?1 ? 1 4 ? 2 ? 1 4 ? 32 ? 1

?

n ?1 1 ? ln(2n ? 1) 对一切正整数 n 均成立。 2 4 ? n ?1 4

【解答】 (1) f ?( x) ?

a 1 3( x ? 1)2 ? a( x ? 1) ? 1 3x 2 ? (a ? 6) x ? a ? 2 。 ? ? 3 ? ? x ? 1 ( x ? 1)2 ( x ? 1)2 ( x ? 1)2
…………………… 5 分

。 b2014 , b1 , b2 ,?, b2013 。对应的“循环和式”是同一个“循环和式” 因此, a1 , a2 , a3 ,?, a2014 的 2014 ! 个排列对应 2013! 个“循环和式” 。 ………………………… 5 分 记这 2013! 个“循环和式”为 P1 , P2 , P 3 ,?, P k 。其中 k ? 2013! 。 设这 2013! 个“循环和式”总和为 S ,即 S ? P 1?P 2 ?P 3? 现 2 ? 2013! 次。

若 a ? ?2 ,则 a ? 6 ? 0 , x ? 0 时, f ?( x) ? 0 。此时, f ( x) 在区间 ?0 , ? ?? 上为增函数。 ∴ ∴ ∴ ∴
x ? 0 时, f ( x) ? f (0) ? 0 。 a ? ?2 符合要求。

若 a ? ?2 , 则方程 3x2 ? (a ? 6) x ? a ? 2 ? 0 有两个异号的实根, 设这两个实根为 x1 , 且 x1 ? 0 ? x2 。 x2 ,

? Pk 。

0 ? x ? x2 时, f ?( x) ? 0 。 f ( x) 在区间 ?0 , x2 ? 上为减函数, f ( x2 ) ? f (0) ? 0 。
a ? ?2 不符合要求。

由于每一个 am ( m ? 1 ,2,3,?,2014)在每个“循环和式”中均出现两次,因此,在 S 中共出

? ?? 。 a 的取值范围为 ??2 ,

…………………… 10 分
1 ? 3x ? 1 ? 0 恒成立。 x ?1

(2)由(1)知, x ? 0 时,不等式 ?2 ln( x ? 1) ? ∴
x ? 0 时,



S? (

1 ? i? j ? 2 0 1 4

?

ai a j) ? 2? 2 0 1 ! 2 。

………………………… 10 分

1 ? 3x ? 1 ? 2 ln( x ? 1) 恒成立。 x ?1

(这里

1? i ? j ? 2014

?

ai a j ? a1a2 ? a1a3 ?

? a1a2014 ? a2a3 ? a2a4 ?

? a2a2014 ?

? a2013a 2014 )
2 ? a2014 ),

令x?

2 ( k ? N* ) ,得 2k ? 1

1 2 ?1 2k ? 1

? 3?

2 2 ? 1 ? 2ln( ? 1) , 2k ? 1 2k ? 1

另一方面,由 2

1? i ? j ? 2014

?

ai a j ? (a1 ? a2 ? a3 ?

2 2 ? a2014 )2 ? (a12 ? a2 ? a3 ?

以及柯西不等式: (a1 ? a2 ? a3 ? …………………… 15 分
2 2 ? a3 ? 得 a12 ? a2 2 ? a2014 ?

? a2014 )2 ? (12 ?12 ?12 ?

2 2 ?12 )(a12 ? a2 ? a3 ?

2 ? a2014 ),

整理得 ∴

8k ? 8 2k ? 1 ? 2 ln 。 2 4k ? 1 2k ? 1

1 1 , 2 ? ai a j ? 1 ? 。 2014 2014 1 ? i ? j ? 2014

k ?1 1 2 k? 1 ? ln 。令 k ? 1 ,2,3,?, n ,得 2 4k ? 1 4 2 k ? 1



1? i ? j ? 2 0 1 4

?

ai a j ?

2013 。 2 ? 2014

……………………… 15 分

2 1 3 3 1 5 4 1 7 n ?1 1 2n ? 1 ? ln , ? ln , ? ln ,?, ? ln 。 2 2 2 2 4 ?1 ? 1 4 1 4 ? 2 ?1 4 3 4 ? 3 ?1 4 5 4 ? n ? 1 4 2n ? 1



S?

2013 2013 ! ?2 ?2 0 1 2 ? ! 。 2? 2 0 1 4 2014 S 1 1 ? 。设 Pl ? ,则对应的“循环和式” 2013! 2014 2014

将上述 n 个不等式的左右两边分别相加,得
2 3 4 ? ? ? 2 2 4 ?1 ? 1 4 ? 2 ? 1 4 ? 32 ? 1 ? n ?1 1 3 5 7 ? ln( ? ? ? 2 4 ? n ?1 4 1 3 5 ? ? 2n ? 1 1 ) ? ln(2n ? 1) 。 2n ? 1 4

∴ P1 , P2 , P 3 ,?, P k 中至少有一个不大于 为 Pl 的排列符合要求。 ∴



2 3 4 ? ? ? 2 2 4 ?1 ? 1 4 ? 2 ? 1 4 ? 32 ? 1

n ?1 1 ? ln(2n ? 1) 对一切正整数 n 均成立。 2 4 ? n ?1 4

存在一个 a1 , a2 , a3 ,?, a2014 的排列符合要求。

…………………… 20 分

…………………………… 20 分 15.给定 2014 个和为 1 的非负实数 a1 , a2 , a3 ,?, a2014 。 证 明 : 存 在 a1 , a2 , a3 , ? , a2014 的 一 个 排 列 x1 , x2 , x3 , ? , x2014 , 满 足
x1 x 2? x x 2 ? 3 ?x
2 0 1 3

x

?x 2

0 1 4

x ?

1 。1 2014
2 0 1 4

【解答】为方便起见,称和式 y1 y2 ? y2 y3 ? 的“循环和式” 。

? y 2013 y2014 ? y2014 y1 为 2014 个实数 y1 , y2 ,?, y2014

由于 2014 个排列:b1 ,b2 ,b3 , ?,b2014 ; b2 ,b3 , ?,b2014 ,b1 ; b3 ,b4 , ?,b2014 ,b1 ,b2 ; ??;
4


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