2022年全国高中数学联合竞赛一试A卷解答题解析

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[引言]2010年起,国内数学高联赛分为一试和二试(加试)。一试考试时间为每年9月中旬第一个周日上午800—920,共80分钟。包括8道填空题(每题8分)和3道解答题(分别为16分、20分、20分),满分120分。

[题目9]若△ABC的内角A,B,C满足sinA=cosB=tanC,求cos3A+cos2A-cosA的值.

[答案]1/2

[解析]由于sinA=cosB,所以A=π/2±B。又由于tanC有意义,所以C不为直角,即只能为A=π/2+B。于是,

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从而,有

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展开,得

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将上式乘开,并整理得

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即所求表达式的值为1/2

[题目10]给定正整数m(m3)。设正项等差数列{an}与正项等比数列{bn}满足:{an}的首项等于{bn}的公比,{bn}的首项等于{an}的公差,且am=bm。求am的最小值,并确定当am取到最小值时a1b1的比值。

[答案](m-1)2

[解析]根据题设,设数列{an}的首项为a,公差为b,数列{bn}的首项为b,公差为a,其中,a,b0
则数列{an}和数列{bn}的通项为

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又根据am=bm,记为λ,则有

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将上式两边乘以(m-1)2,并利用多元均值不等式,有

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从而,解得

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当且仅当(m-1)2b=λ-(m-1)b时取等,即

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此时,有

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于是,当am取到最小值时,即λ取得最小值时,a1b1的比值为

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即值为(m-1)2

[题目11]在平面直角坐标系中,双曲线Г:x2/3-y2=1。对平面内不在Г上的任意一点P,记ΩP为过点P且与Г有两个交点的直线的全体。对任意直线l∈ΩP,记M,Nl与Г的两个交点,定义fP(l)=|PM||PN|。若存在一条直线l0∈ΩP,满足:l0与Г的两个交点位于y轴异侧,且对任意直线l∈ΩPll0,均有fP(l)fP(l0),则称P为“好点”。求所有好点所构成的区域的面积。

[答案]4

[解析]P(a,b)为好点,下面求取a,b需满足的充要条件。

对任意直线l∈ΩP,设直线l的倾角为θ(0≤θ<π),则直线l的参数方程为,

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将其代入曲线Г的方程,并整理得

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根据题设,上述二次方程有两个不同的解,因此3sin2θ-cos2θ≠0

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以及

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解得

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于是,满足上述条件θ,根据参数t的几何意义有

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由于点P不在Г上,所以|3b2-a2+3|0

l与Г交于y轴异侧两点时,由双曲线Г的性质可知θ∈[0,π/6)(5π/6,π)。此时3sin2θ-cos2θ<0,于是有

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当θ=0时,fP(l)取得最小值

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这时,直线l0y=b

l与Г交于y轴同侧两点时,由双曲线Г的性质可知θ∈(π/6,5π/6)。若存在符合题意的l,有

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对于后者,有

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即θ∈(π/6,π/4)(3π/4,5π/6)
换句话讲,对于θ∈[π/4,3π/4]a,b不满足前述条件,即

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上式中,令θ=π/4,得

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令θ=3π/4,得

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从而,有

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反之,若上式成立,且θ∈[π/4,3π/4],注意到,此时sinθ≥|cosθ≥0,则有

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综上,P(a,b)为好点的充分必要条件为|a|+|b|≤√2。所求的面积为4



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