2017年山东省高中数学竞赛证书-高中数学椭圆双曲线第几章
第三章 不等式
定义:用不等号将两个解析式连结起来所成的式子。
3-1 不等式的最基本性质
①对称性:如果x>y,那么y<x;如果y<x,那么x>y;
②传递性:如果x>y,y>z;那么x>z;
③加法性质;
如果x>y,而z为任意实数,那么x+z>y
+z;
④乘法性质:
如果x>y,z>0,那么xz>yz;如果x>y,
z<0,那么xz<yz;(符号法则)
3-2 不等式的同解原理
①不等式F(x)< G(x)与不等式
G(x)>F(x)同
解。
②如果不等式F(x) <
G(x)的定义域被解析式H(
x )的定义域所包含,那么不等式
F(x)<G(x)与不等式
F(x)+H(x)<G(x)+H(x)同解。
③如果不等式F(x)<G(x) 的定义域被解析式H(x)
的定义域所包含,并且H(x)>0,那
么不等式F(x)<G(x)
与不等式H(x)F(x)<H( x )G(x)
同解;如果H(x)
<0,那么不等式F(x)<G(x)与不等式H
(x)F(x)>H
(x)G(x)同解。
④不等式F(x)G(x)>0与不等式
不等式解集表示方式
F(x)>0的解集为x大于大的或x小于小的
F(x)<0的解集为x大于小的或x小于大的
F(x)?0
G(x)?0
或
F(x)?0
G(x)?0
同解
3-3 重要不等式
3-3-1 均值不等式
1、调和平均数:
H
n?
n
111
(??...?)
a
1
a
2
a
n
1
n
2、几何平均数:
G
n
?(a
1
a
2
...a
n
)
3、算术平均数:
(a
1
?a
2
??a
n
)A
n
?
n
22
(a
1
?a
2
?...?a
2n
)
n
4、平方平均数:
Q
n
?
这四种平均数满足Hn≤Gn≤An≤Qn
a1、a2、… 、an∈R +,当且仅当a1=a2= … =an时
取“=”号
3-3-1-1均值不等式的变形
(1)对正实数a,b,有
a
取“=”号)
2
?
b
2
?
2ab
(当且仅当a=b时
(2)对非负实数a,b,有
a?b?
22
(6)对非负数a,b,有
a?b?(
2ab
a?b
2
)?ab
2
3
(7) 若
a,
b,c
?
R
?
,有
a?b?c
≥
3abc
(等号仅当
a?b?c
时
成立)
222
a
?
b
?
c
?
ab
?
bc
?
ac
(8)对非负数a,b,c,有
2a?ba
2
?b
2
?
(9)对非负数a,b,
11
?ab?
?22
ab
3-3-1-1最值定理
当两个正数的和一定时,其乘积有最大值;当两个正数的乘积一
定时,其和有最小值。
均值不等式求最值主要方法:
1.
常见构造条件的变换:加项变换,系数变换,平方
变换,拆项变
换,常量代换,三角代换等.
2.
当使用均值定理时等号不能成立时,<
/p>
应考虑函数的单调性(例如“对号”函数,导数法).
3-3-2
权方和不等式
m?1m?1
?1m?1
a(a?a?a?...?a)
a<
br>1
m?1
a
m
a
3123n
2n
???..
..??
mm
m
b
1
m
b
m
bb(b?b?b?...?b)
23n123n
a,b,n为正整数。m为正数。
3-4绝对值不等式
|
a
+
b
|≤|
a
|+|
b
|
|a?b|?|a|?|b|
3-5
不等式例题解析
3-5-1 绝对值不等式
1、求
|x
2
?5x?5|?1
的解
2、右边的常数变为代数式
(1)|
x
+1|>2-
x
;
(2)|
x
2
-2
x
-6|<3
x
形如|
f(x)
|<
g(x)
,|
f(x)
|>
g(x)
型不等式
这类不等式的简捷解法是等价命题法,即:
①|
f(x)
|<
g(x)
?
-
g(x)
<
f(x)
<
g(x)
②|
f(x)
|>
g(x)
?
f(x)
>
g(x)
或
f(x)
<-
g(x)<
br>
3、两个绝对值不等式
解不等式(1)|
x
-1|<|
x
+
a
|;(2)|x-2|+|x+3|>5.
形如|
f(x)
|<|
g(x)
|型不等式
1)此类不等式的简捷解法是利用平方法,即:
|
f(x)
|<|
g(x)
|
?
f
2
(x)?g
2
(x)
?
[f(x)?g(x)][f(x)?g(x)]
<0
2)所谓零点分段法,是指:
若数
x
1
,
x
2
,……,
x
n
分
别使含有
|
x
-
x
1
|,|
x
-
x
2
|,……,|
x
-
x
n
|的代数式中相应绝对
值为零,称
x
1
,
x
2
,……,
x
n为相应绝对值的零点,零点
x
1
,
x
2
,……,
x
n
将数轴分
为
m
+1段,利用绝对值的意义化去绝对值符号,得
到代数式在各
段上的简化式,从而化为不含绝对值符号的一般不等式来解,即令
每项等于零,得到的值作为讨论的分区点,然后再分区间讨论绝对
值不等式,最后应求出解集的并集。零
点分段法是解含绝对值符号
的不等式的常用解法,这种方法主要体现了化归、分类讨论等数学
思
想方法,它可以把求解条理化、思路直观化。
例题.不等式|x+3|-|2x-1|<
x
+1的解集为 。
2
解:
1
?
4?x(x?)
?
2
?
1
|x+3|-|2x-1|=
?
?
4x?2(?3?x?)
2?
?
x?4(x??3)
?
?
4、含参数绝对值不等式
解关于
x
的不等式
x
2
?
4
mx?4
m
2
?m?
3
[解题]原不等式等价于
|x?2m|?m?3
当
m?3?0
即
m??3
时,
x?2m?m?3或x?2m??(m?3)
∴
x?3m?3或x?m?3
当
m?3?0
即
m??3
时,
|x?6|?0
∴
x
??6
当
m?3?0
即
m??3
时,
x
?R
方法归纳:
形如|
f(x)
|<
a
,|
f(x)
|>
a
(
a?R
)型不等式
此类不等式的简捷解法是等价命题法,即:
①当
a
>0时,|
f(
x)
|<
a
?
-
a
<
f(x)
<
a
;|
f(x)
|>
a
?
f(x)
>
a<
br>或
f(x)
<-
a
;
②当
a
=0时,|<
br>f(x)
|<
a
无解,|
f(x)
|>
a
?
f(x)
≠0
③当
a
<0时,|
f(x)
|<<
br>a
无解,|
f(x)
|>
a
?
f(x)
有意
义。
4、含参数绝对值不等式有解、解集为空和恒成立的问题
若不等式|
x
-4|+|3-
x
|<
a
的解集为空集,求
a
的取值范围
。
[思路]此不等式左边含有两个绝对值符号,可考虑采用零点分
段法,即令
每一项都等于0,得到的值作为讨论的分区点,然后再
分区间讨论绝对值不等式,最后应求出解集的并集
,这是按常规去
掉绝对值符号的方法求解,运算量较大。若仔细观察不等式左边的
结构,利用绝
对值的几何意义用数形结合方法或联想到绝对值不等
式|
a
+
b
|≤
|
a
|+|
b
|,便把问题简化。
[解题]解法一
(1)当
a
≤0时,不等式的解集是空集。
(2)当
a
>0时,先
求不等式|
x
-4|+|3-
x
|<
a
有解时
a<
br>的取值
范围。
令
x
-4=0得
x
=4,令3-x
=0得
x
=3
① 当
x
≥4时,原不等式化为x
-4+
x
-3<
a
,即2
x
-7<
a
解不等式组
?
?
x?4
7?a
,∴
a
>1
?4?x?
2
?
2x?7?a
② 当3<
x
<4时
,原不等式化为4-
x
+
x
-3<
a
得
a
>1
③ 当
x
≤3时,原不等式化为4-
x
+3-
x<
a
即7-2
x
<
a
解不等
式
?
?
x?3
7?a7?a
??x?3??3
,∴
a
>1
22
?
7?2x?a
综合①②③可知,当
a
>1时,原不等式有解,从而当0<
a
≤1
时,原不等式解集为空集。
由(1)(2)知所求
a
取值范围是
a
≤1
解法二由|<
br>x
-4|+|3-
x
|的最小值为1得当
a
>1时,|
x
-4|+|3
-
x
|<
a
有解
从而当
a
≤1时,原不等式解集为空集。
解法三: ∵
a
>|
x
-4|+|3-
x
|≥|
x
-4+3-
x<
br>|=1
∴当
a
>1时,|
x
-4|+|3-
x|<
a
有解
从而当
a
≤1时,原不等式解集为空集。
方法总结:
1)一题有多法,解题时需学会寻找最优解法。
2)
f
?
x
?
?a
有解
?a?f
?
x
?
min
;
f
?
x
?
?a
解集为空集
?a?f
?
x
?
min
;这两者互补。
f
?
x
?
?a
恒成立
?a?f
?
x
?max
。
f
?
x
?
?a
有解
?a?
f
?
x
?
min
;
f
?
x
??a
解集为空集
?a?f
?
x
?
min
;这两
者互补。
f
?
x
?
?a
恒成立
?a?f
?
x
?
max
。
f
?
x
?
?a<
br>有解
?a?f
?
x
?
max
;
f
?
x
?
?a
解集为空集
?a?f
?
x
?max
;这两者互补。
f
?
x
?
?a
恒成立<
br>?a?f
?
x
?
min
。
f
?
x
?
?a
有解
?a?f
?
x
?
max
;
f
?
x
?
?a
解集为空集
?a?f
?
x
?
max
;这两者互补。
f
?
x
??a
恒成立
?a?f
?
x
?
min
。
6、绝对值三参数不等式问题
2
f(x)?ax?bx?c(a,b,c?R),当
x?[?1,1]
时
|f(x)|?1
,求证:已知函数
(
1)|b|?1
;
(2)若
g(x)?bx
2
?ax?c(a,b
,c?R)
,则当
x?[?1,1]
时,求证:
|g(x)|?2
。
[思路]本题中所给条件并不足以确定参数a,b,c的值,但应该注
意到:所
要求的结论不是
b或g(x)
的确定值,而是与条件相对应的
“取值范围”,因此,我
们可以用
f
?
?1
?
、
f(0)
、
f<
br>?
1
?
来表示
a,b
,
c
。
因为由
已知条件得
|f(?1)|?1
,
|f(0)|?1
,
|f(1)|
?1
。
[解题]证明:(1)由
f
?
1
?
?a?
b?c,f
?
?1
?
?a?b?c?b?
1
[f
?
1
?
?f
?
?1
?
]
,
2
从而有
11
|b|?[f(1)?f(?1)]?(|f(1)|?|f(?1)|),<
br>Q
|f(1)|?1,|f(?1)|?1,
22
1
?|b
|?(|f(1)|?|f(?1)|)?1.
2
(2)由
f
?
1<
br>?
?a?b?c,f
?
?1
?
?a?b?c?b?
1
[f
?
1
?
?f
?
?1
?
],a
?c?
1
[f
?
1
?
?f
?
?1
?
],c?f(0),
22
从而
1
a?[f
?
1
?
?f
?
?1
?
]?f(0)
2
将以上三式代入
g(x)?bx
2
?ax?c(a,b,c?R)
,并整理得
|g(x)|?|f(0)(x
2
?1)?
11
f(1)(x?1)?f(?1)(1?x)|
22
11
?|f(0)(x
2
?1)|?|f(1)(x?1)|?|f(?1)(1?x)|
22
11
?
|f(0)|x
2
?1|?|f(1)||x?1|?|f(?1)||1?x|
<
br>22
1111
?|x
2
?1|?|x?1|?|1?x|?1?x2
?(x?1)?(1?x)?2?x
2
2222
?2
收获
1) 二次函数的一般式
y?ax
2
?bx?c
(c?0)
中有三个参数
a,b,c
.
解
题的关键在于:通过三个独立条件“确定”这三个参数.
2)本题变形技巧性强,同时运
用公式
|a?b|?|a|?|b|
,
|a?b|?|a|?|b|
<
br>及已知条件进行适当的放大。要求同学们做题时要有敏锐的数学观
察能力。
例题2.已知函数f(x)=
|f(a)-f(b)|<|a-b|。
分析:要证
|
考察左边,是否能产生|a-b|。
1
?a
2
?
1
?b
2
|
?
|
a?b
|<
br>,
1?a?1?b|?
22
1?x
2
,a,b
?R,且
a?b
,求证
证明:|f(a)-f(b)|=
|
(
1
1?a
2
?1?b
2
|a
2
?b
2
|
1?a
2
?1?b
2
?
|a?b
|?|a?b|
|a|?|b|
?
|a|?|b|
?
|<
br>a?b
|
?
|
a?b
|
|a|?|b|<
br>其中
?
1
?a
2
?a
2
?
|
a
|
,同理
1?b
2
?|b|,
∴
1
)
|a|?|b|
回顾:1、证题时,应注意式子两边代数式的联系,找出它们
的共同点
是证题成功的第一步。此外,综合运用不等式的性质是证
题成功的关键。如在本例中,用到了不等式的传
递性,倒数性质,
以及“三角形不等式”等等。
2、本题的背景知识与解析几
何有关。函数
y?
y
2
?x
2
?1
1?x
2
是双曲线,
的上支,而
|
y
1
?y
2
f
(a)?f(b)
,则表示该图象上任
|
(即
|
|
)
x
1
?x
2
a?b
意两点连线的斜率的绝对值。(学过有关知识后
),很显然这一斜率
的范围是在(-1,1)之间。
2.(1)已知不等式|x-3|+|x+1|值范围;
(2)已知不等式|x-3|+|x+1|分析:“有解”即“
解集非空”,可见(1)(2)两小题的答案
(集合)互为补集(全集为R)
?
2x
?2(x?3)
当然可以用|x-3|+|x+1|=
?
?
4(?1?x?3
)
这种“去绝对值”的方法
?
2?2x(x??1)
?
来解,但我们
考虑到“三角形不等式”:||a|-|b||≤|a
?
b|≤|a|+|b|
知|x-3|+|x+1|≥|x-3-x-1|=4
首先,若|x
1
-x
2
|≤
|f(x
1
)-f(x
2
)|<
1
成立。
2
1
2
,那么必有|f(x
1
)-f(x
2
)|<|x
1
-x
2
|≤
1
2
即
但若|x
1
-x2
|>
1
呢?考虑到0≤|x
1
-x
2
|≤1
,则1-|x
1
-x
2
|<
1
,看来
22
要证明的是|f(x
1
)-f(x
2
)|≤1-|x
1
-x
2
|<
1
成立!
2
证明:不妨设x
1
≤
x
2
,则0≤x
1
≤x
2
≤1
(1)当|x1
-x
2
|≤
|f(x
1
)-f(x
2
)|<
1
成立。
2
1
2
时,则有|f(x
1<
br>)-f(x
2
)|<|x
1
-x
2
|≤
1<
br>2
即
(2)当|x
1
-x
2
|>
1
时,即x
2
-x
1
>
1
时,∵0≤x
2
-
x
1
≤1
22
必有1-|x
1
-x
2
|<
1
即1-
x
2
+x
1
<
1
22
也可写成|1- x
2
|+|x
1
|<
1
(*)
2
另一方面|f(x
1
)-f(x
2
)|=|f(1)
-f(x
2
)+f(x
1
)-f(0)|≤
|f(1)-f(x2
)|+|f(x
1
)-f(0)|<|1-
x
2
|+|x
1
-0|
则由(*)式知|f(x
1
)-f(x
2
)|<
1
成立
2
综上所述,当x
1
,x
2
∈[0,1
]时都有|f(x
1
)-f(x
2
)|<
1
成立。
2
已知二次函数
f(x)?ax
2
?bx?c
,当?1?x?1
时,有
?1?f(x)?1
,
求证:当
?2?x?
2
时,有
?7?f(x)?7
.
分析:研究
f(x)
的性
质,最好能够得出其解析式,从这个意义上说,
应该尽量用已知条件来表达参数
a,b,c. 确定三个参数,只需三个独
立条件,本题可以考虑
f(1)
,
f(?
1)
,
f(0)
,这样做的好处有两个:
一是
a,b,c
的
表达较为简洁,二是由于
?1和0
正好是所给条件的区间
端点和中点,这样做能够较好
地利用条件来达到控制二次函数范围
的目的.
要考虑
f
?
x?
在区间
?
?7,7
?
上函数值的取值范围,只需考虑其最大值
,
也即考虑
f
?
x
?
在区间端点和顶点处的函数值.
证明:由题意知:
f(?1)?a?b?c,f(0)?c,f(1)?a?b?c
,
1
2
?
x
2
?x
??
x
2
?x
?
2
2
???
∴
f(x)?ax?bx?c
?f(1)
?
.
?f(?1)?f(0
)1?x
?
2
??
2
?
????
∴
a?
(f(1)?f(?1)?2f(0)),b?
(
f
(1)
?f
(<
br>?
1)),
c?f
(0)
,
1
2
??由
?1?x?1
时,有
?1?f(x)?1
,可得
f(1)?
1,f
?
?1
?
?1,f
?
0
?
?1.
∴
f(2)?3f
?
1
?
?f
??1
?
?3f
?
0
?
?3f
?
1?
?f(?1)?3f(0)?7
,
f(?2)?f
?
1?
?3f
?
?1
?
?3f
?
0
??f
?
1
?
?3f(?1)?3f(0)?7
.
b
(1)若
??
?
?
2,2
?
,则f
?
x
?
在
?
?2,2
?
上单调,故
当
x?
?
?2,2
?
时,
2a
f(x)
m
ax
?max(f(?2),f(2))
∴ 此时问题获证.
b
(2)
若
??
?
?
2,2
?
,则当
2a
?
b
?
f(x)
max
?max(f(?2),f(2),f
??
?
)
?
2a
?
x?
?
?
2,2
?
时,
又
b
2
bbbf(1)?f(
?1)1?1
?
b
?
f
?
?
?
?c??c
???f
?
0
?
???1?2??2?7
2a4a2a22a44<
br>??
,
∴ 此时问题获证.
综上可知:当
?2?x?2
时,有
?7?f(x)?7
.
评析:因
为二次函数
f
(
x
)
?ax
2
?bx?c
?
a?
0
?
在区间
(??,?
[?
b
]<
br>和区间
2a
b
,??)
上分别单调,所以函数
f
?<
br>x
?
在闭区间上的最大值、最小值
2a
必在区间端点或顶点处取得;函
数
f(x)
在闭区间上的最大值必在
区间端点或顶点处取得.
7、 绝对值不等式与其它知识的横向联系
已知
c?0
.设P:
函数
y?c
x
在R上单调递减.
Q:
不等式
x?|x?2c|?1
的
解集为R.如果
P
和
Q
有且仅有
一个正确,求
c
的取值范围.
[思路] 此题虽是一道在老教材之下的高考试题,但
揭示了“解
不等式”一类高考试题的命题方向.在新教材中,绝对值不等式的
解法和二次不等式
的解法与集合运算、命题判断都有一定联系,属
于对于学生提出的基本要求内容的范畴,本题将这几部分
知识内容
有机地结合在一起,在考查学生基础知识、基本方法掌握的同时,
考查
了学生命题转换,分类讨论等能力,在不同的方法下有不同的
运算量,较好地体现出了“多考一点想,少
考一点算”的命题原则.
[解题]:函数
y?c
x
在R上单调递减
?0?c?1
,
不等式
x?|x?2c|?1
的解集为R
?
函数
y?x?|
x?2c|
在R上恒大
于1,
x?2c,
?
2x?2c,
∵
x?|x?2c|?
?
2c,x?2c,
?
∴函数y?x?|x?2c|
在R上的最小值为
2c
,
∴不等式
x?
|x?2c|?1
的解集为R
?
2c?1
,即
c?
,
若
P
正确,且
Q
不正确,则
0?c?
;
若
Q
正确,且
P
不正确,则
c?1
;
??
)
.
所以
c
的取值范围为
(0,
]
?
[1
,
1
2
1
2
1
2
[收获]
“解不等式”一类的命题可以有形式上的更新和内容上的变化.
结合
简易逻辑的概念和集合的语言来命题,借助集合的运算性质和
四个命题的关系来作答,是这个命题的基本
特征,在求解时则主要
以化归思想为解题切入点.复习中对于此类问题要引起足够的重视.
3-5-2 均值不等式
1、
y?x1?x
2
?
7
?
已知
a,b,x,y?R
?
(<
br>a,b
为常数),
小值
ab
??1
,求
x?y的最
xy
2.
已知
x?0
,
y?0
,且
x?y?1
,求
2x?1?2y?1
的最大值.
x
2
?3x?1
3
3.
求最小值
?
1
?<
br>f(x)?
?
x??1
?
;
?
2
?
y?sin
2
x?
2
x?1
sinx
4.
?
1
?
设
x?0
,
y?0
,且
xy?(x?y)?1
,则
A.
x?y?22?2
B.
x?y?22?2
C.
x?y?
?
2?1
D.
x?y?
?
2
?
2?1
?
2
y
2
32
?
2
?
已知
x
≥
0
,
y
≥
0
,且
x??1
,求证:
x1?y
2
≤
4
2
2
?
3
?
若
a?b?0
,
求
a
2
?
16
的最小值
b(a?b)
3-5-3
分式不等式
解分式不等式的基本思路:等价转化为整式不等式(组):
(1
)
f
?
x
?
?0?f
?
x
?
?g
?
x
?
?0
g
?
x
?
?
f
?
x
?
?
f
?
x
?
?g
?
x
?
?0
?0?
?
g
?
x
?
?
?
g
?
x
?
?0
(2)
解题方法
穿针引线法,又称“数轴穿根法”或“数轴标根法”
第一步:通过不等式的诸多性质对不等式进行移项,使得
右侧为0。(注意:一
定要保证x前的系数为正数)
例如:将x^3-2x^2-x+2>0化为(x-2)(x-1)(x+1)>0
第二步:将不等号换成等号解出所有根。
例如:(x-2)(x-1)(x+1)=0的根为:x1=2,x2=1,x3=-1
第三步:在数轴上从左到右依次标出各根。
例如:-1 1 2
第三步:画穿根线:以数轴为标准,从“最右根”的右上
方穿过根,往左下画线,然后又穿过“次右跟”
上去,一上一
下依次穿过各根。
第四步:观察不等号,如果不等号为“>”,则取数轴
上
方,穿跟线以内的范围;如果不等号为“<”则取数轴下方,
穿跟线以内的范围。
例如:
若求(x-2)(x-1)(x+1)>0的根。
在数轴上标根得:-1 1 2
画穿根线:由右上方开始穿根。
因为不等号威“>”则取数轴上方,穿跟线以内的范围。
即:-1
奇透偶不透即假如有两个解都是同一个数字
这个数字
要按照两个数字穿~~~如(x-1)^=0 两个解都是1
那么穿的
时候不要透过1。
解题步骤: (1)首项系数化为“正”
(2)移项通分,不等号右侧化为“0”
(3)因式分解,化为几个一次因式积的形式
(4)数轴标根。
x
2
?3x?2
?0
例2、解不等式:
2
?x?7x?12
系数非正,小于等于
解略
点评:“≤或≥”标根时,分子实心,分母空心。
x
2
?9x?11
?7
例3、解不等式:
2
x?2x?1
右侧非0
点评:1、不能随便去分母
2、移项通分,必须保证右侧为“0”
3、注意重根问题
分子,分母有公因式
x
2
?5x?6
?0(?0)
例4、解不等式:
2
x?3x?2
点评:1、不能随便约去因式
2、重根空实心,以分母为准
例5、解不等式:
点评:不等式左右不能随便乘除因式。
例6、解不等式:
2?3x
?3
2
x?x?1
不能十字相乘分解
因式;无法分解因式
不等号左右有公因式
2x?12x?1
?
x?33x?2
二次三项式,a>0,△
<0,恒正也可利用配
方法判定二次三项式
的正负
点评:
十字相乘法分解因式受阻
△≥0 △<0
求根公式法分解因式 恒正或恒负
练习:解不等式:
1、
x?3
?0
(首相系数化为正,空实心)
2?x
2、
x
2
?3x?2
?0
(因式分解)
3、
2
x?2x?3
2x?1
?1
(移项通分,右侧化为0)
x?3
x
2
?2x?1
?0
(求根公式法因式分解)
4、
x?2
?
x?1
?
?
x
2
?x?6
?
5、
?0
(恒正式,重根问题)
2
?
x?3
?
3
x
?
x?3
?
?0
(不能随便约分)
6、
2
9?x
7、
0?x??1
(取交集)
含参分类讨论
1
x
例7、解不等式:
a
?
x?1
?
?1
x?2
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