2014高考数学 8 所以随机变量X的分布列是 X 1 2 3 4 P 135 4 35 27 47 随机变量X的数学期望EX=1×135+2×4 35 +3×27+4×47=175. 17.(2013天津,理17)(本小题满分13分)如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,侧棱A1A ⊥底面ABCD,AB∥DC,AB⊥AD,AD=CD=1,AA1=AB=2,E为棱AA1的中点. (1)证明B1C1⊥CE; (2)求二面角B1-CE-C1的正弦值; (3)设点M在线段C1E上,且直线AM与平面ADD1A1所成角的正弦值为 2 6 ,求线段AM的长. 解:(方法一) (1)证明:如图,以点A为原点建立空间直角坐标系,依题意得A(0,0,0),B(0,0,2),C(1,0,1),B1(0,2,2),C1(1,2,1),E(0,1,0). 易得11BC=(1,0,-1),CE=(-1,1,-1),于是11BC·CE =0, 所以B1C1⊥CE. (2)1BC =(1,-2,-1). 设平面B1CE的法向量m=(x,y,z), 则10,0,BCCE mm即20,0.xyzxyz 9 消去x,得y+2z=0,不妨令z=1,可得一个法向量为m=(-3,-2,1). 由(1),B1C1⊥CE,又CC1⊥B1C1,可得B1C1⊥平面CEC1, 故11BC =(1,0,-1)为平面CEC1的一个法向量. 于是cos〈m,11BC〉=1111427 7||||142 BCBC mm, 从而sin〈m,11BC〉=21 7 . 所以二面角B1-CE-C1的正弦值为21 7. (3)AE =(0,1,0),1EC=(1,1,1). 设EM=λ1EC=(λ,λ,λ),0≤λ≤1,有AM=AE+EM =(λ,λ+1,λ). 可取AB =(0,0,2)为平面ADD1A1的一个法向量. 设θ为直线AM与平面ADD1A1所成的角,则 sin θ=|cos〈AM,AB 〉|=AMABAMAB = 222 2 2(1)2 321 . 于是 226321 ,解得13 , 所以AM=2. (方法二) (1)证明:因为侧棱CC1⊥底面A1B1C1D1,B1C1平面A1B1C1D1, 所以CC1⊥B1C1. 经计算可得B1E=5,B1C1=2,EC1=3, 从而B1E2=2 2 111BCEC, 所以在△B1EC1中,B1C1⊥C1E, 又CC1,C1E平面CC1E,CC1∩C1E=C1, 所以B1C1⊥平面CC1E, 又CE平面CC1E,故B1C1⊥CE. (2)过B1作B1G⊥CE于点G,连接C1G. 由(1),B1C1⊥CE,故CE⊥平面B1C1G,得CE⊥C1G, 所以∠B1GC1为二面角B1-CE-C1的平面角. 10 在△CC1E中,由CE=C1E=3,CC1=2,可得C1G=26 3 . 在Rt△B1C1G中,B1G=423 , 所以sin∠B1GC1= 217 , 即二面角B1-CE-C1的正弦值为 217 . (3)连接D1E,过点M作MH⊥ED1于点H,可得MH⊥平面ADD1A1,连接AH,AM,则∠MAH为直线AM与平面ADD1A1所成的角. 设AM=x,从而在Rt△AHM中,有MH=26x,AH=346 x. 在Rt△C1D1E中,C1D1=1,ED1=2,得EH=1 23 MHx. 在△AEH中,∠AEH=135°,AE=1, 由AH2=AE2+EH2-2AE·EHcos 135°,得 221712 11893 xxx, 整理得5x2-22x-6=0,解得x=2. 所以线段AM的长为2. 18.(2013天津,理18)(本小题满分13分)设椭圆22 22=1xyab (a>b>0)的左焦点为F,离心率为33,过点F且与x轴垂直的直线被椭圆截得的线段长为43 3 . (1)求椭圆的方程; (2)设A,B分别为椭圆的左、右顶点,过点F且斜率为k的直线与椭圆交于C,D两点.若 AC·DB+AD· CB =8,求k的值. 解:(1)设F(-c,0),由3 3 ca,知3ac.过点F且与x轴垂直的直线为x=-c,代入椭圆方程有22 2 2()1cyab, 解得63by,于是264333 b,解得2b, 又a2-c2=b2,从而a=3,c=1, 所以椭圆的方程为22 =132 xy. (2)设点C(x1,y1),D(x2,y2),由F(-1,0)得直线CD的方程为y=k(x+1), 由方程组221, 13 2ykxxy 消去y,整理得(2+3k2)x2+6k2x+3k2-6=0. 求解可得x1+x2=22623kk,x1x2=22 36 23kk. 因为A(3,0),B(3,0), 11 所以AC·DB+AD·CB =(x1+3,y1)·(3-x2,-y2)+(x2+3,y2)·(3-x1,-y1) =6-2x1x2-2y1y2=6-2x1x2-2k2(x1+1)(x2+1) =6-(2+2k2)x1x2-2k2(x1+x2)-2k2 =22 212623kk. 由已知得22 212 623kk =8,解得k=2. 19.(2013天津,理19)(本小题满分14分)已知首项为 3 2 的等比数列{an}不是..递减数列,其前n项和为Sn(n∈N*),且S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列. (1)求数列{an}的通项公式; (2)设Tn=1 nn SS (n∈N*),求数列{Tn}的最大项的值与最小项的值. 解:(1)设等比数列{an}的公比为q, 因为S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列, 所以S5+a5-S3-a3=S4+a4-S5-a5, 即4a5=a3,于是2 5314 aqa . 又{an}不是递减数列且132a,所以1 2 q. 故等比数列{an}的通项公式为1 1313(1)222 nnnna. (2)由(1)得11,121121,.2n nnnnSn 为奇数,为偶数 当n为奇数时,Sn随n的增大而减小,所以1<Sn≤S1=3 2 , 故11113250236 nnSSSS . 当n为偶数时,Sn随n的增大而增大,所以3 4 =S2≤Sn<1, 故221134704312nnSSSS . 综上,对于n∈N*,总有715126nnSS. 所以数列{Tn}最大项的值为56,最小项的值为7 12 . 20.(2013天津,理20)(本小题满分14分)已知函数f(x)=x2ln x. (1)求函数f(x)的单调区间; (2)证明:对任意的t>0,存在唯一的s,使t=f(s); 12 (3)设(2)中所确定的s关于t的函数为s=g(t),证明:当t>e2时,有2ln()15ln2 gtt. 解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞). f′(x)=2xln x+x=x(2ln x+1),令f′(x)=0,得1 e x. 当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表: x 10,e 1 e 1,e f′(x) - 0 + f(x) 极小值 所以函数f(x)的单调递减区间是10, e,单调递增区间是1,e . (2)证明:当0<x≤1时,f(x)≤0. 设t>0,令h(x)=f(x)-t,x∈[1,+∞). 由(1)知,h(x)在区间(1,+∞)内单调递增. h(1)=-t<0,h(et)=e2tln et-t=t(e2t-1)>0. 故存在唯一的s∈(1,+∞),使得t=f(s)成立. (3)证明:因为s=g(t),由(2)知,t=f(s),且s>1,从而 2ln()lnlnlnlnln()ln(ln)2lnln(ln)2lngtsssu tfsssssuu , 其中u=ln s. 要使 2ln()15ln2gtt成立,只需0ln2 uu. 当t>e2时,若s=g(t)≤e,则由f(s)的单调性,有t=f(s)≤f(e)=e2,矛盾. 所以s>e,即u>1,从而ln u>0成立. 另一方面,令F(u)=ln 2uu ,u>1.F′(u)=11 2 u,令F′(u)=0,得u=2. 当1<u<2时,F′(u)>0;当u>2时,F′(u)<0. 故对u>1,F(u)≤F(2)<0. 因此ln 2 u u 成立. 综上,当t>e2时,有 2ln()15ln2 gtt.