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高考数学总复习系列--高中数学选修2-2资料

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-09-22 03:37
tags:高中数学选修2

女儿高中数学成绩上不去-高中数学命题符号d属于

2020年9月22日发(作者:童诗白)


《高考数学总复习系列》——高中数学选修2-2
第一章 导数及其应用


一、基础知识【理解去记】
1.极限定义:(1)若数列{u
n
}满足,对任意给定的正数ε,总存在正数m,当n>m且n∈N
时,恒有|u
n
-A |<ε成立(A为常数),则称A为数列u
n
当n趋向于无穷大时的极限,记为
x?? ?
limf(x),limf(x)
,另外
lim
?
f(x)
=A表示x大于x
0
且趋向于x
0
时f(x)极限为A,称右
x? ??
x?x
0
x?x
0
极限。类似地
lim
?f(x)
表示x小于x
0
且趋向于x
0
时f(x)的左极限。
2.极限的四则运算:如果
lim
f(x)=a,
lim
g(x)=b,那么
lim
[f(x)±g(x)]=a±b, x?x
0
x?x
0
x?x
0
x?x
0
lim
[f(x)?g(x)]=ab,
lim
x?x
0
f(x)a
?(b?0).

g( x)b
x?x
0
x?x
0
3.连续:如果函数f(x)在x=x0
处有定义,且
lim
f(x)存在,并且
lim
f(x)=f (x
0
),则称f(x)
在x=x
0
处连续。
4.最大值 最小值定理:如果f(x)是闭区间[a,b]上的连续函数,那么f(x)在[a,b]上有最大值
和 最小值。
5.导数:若函数f(x)在x0附近有定义,当自变量x在x
0
处取得一 个增量Δx时(Δx充分
小),因变量y也随之取得增量Δy(Δy=f(x
0
+Δx )-f(x
0
)).若
lim
?y
存在,则称f(x)在
? x?0
?x
dy
dx

x
0
x
0
处可导,此极限值称为f(x)在点x
0
处的导数(或变化率),记作
f'
( x
0
)或
y'x?x
0


f'(x
0< br>)?lim
x?x
0
f(x)?f(x
0
)
。由定义 知f(x)在点x
0
连续是f(x)在x
0
可导的必要条件。
x?x
0
若f(x)在区间I上有定义,且在每一点可导,则称它在此敬意上可导。导数的几何意义是 :
f(x)在点x
0
处导数
f'
(x
0
)等于曲线 y=f(x)在点P(x
0
,f(x
0
))处切线的斜率。
6.【必背】八大常用函数的导数:
(1)
(c)'
=0(c为常数);
a?1
(2)
(x
a
)'?ax
(a为任意常数);
(3)
(sinx)'?cosx;

(4)
(cosx)'??sinx
;


(5)
(a)'?alna
;
(6)
(e)'?e
;
(7)
(log
a
x)'
?
(8)
(lnx)'?
xx
xx
1
log
a
x

x
1
.

x
7.导数的运算法则:若u(x),v(x)在x处可导,且u(x)≠0,则
( 1)
[u(x)?v(x)]'?u'(x)?v'(x)
;(2)
[u(x)v(x )]'?u'(x)v(x)?u(x)v'(x)
;(3)
[
(c为常数);(4)
[cu(x)]'?c?u'(x)
1?u'(x)u(x)u(x)v'(x)?u'(x) v(x)
]'?
2
[]'?
;(5)。
2
u(x)u(x )
u(x)u(x)
8.****【必会】复合函数求导法:设函数y=f(u),u=
?
(x),已知
?
(x)在x处可导,f(u)
在对应的点u(u=
?
(x))处可导,则复合函数y=f[
?
(x)]在点x处可导,且
(f [
?
(x)]
)'
=
f'[
?
(x)]
?
'(x)
.
9.导数与函数的性质:单调性:(1)若f(x)在区间I上可导,则 f(x)在I上连续;(2)
若对一切x∈(a,b)有
f'(x)?0
,则f(x) 在(a,b)单调递增;(3)若对一切x∈(a,b)有
f'(x)?0
,则f(x)在(a ,b)单调递减。
10.极值的必要条件:若函数f(x)在x
0
处可导,且在x< br>0
处取得极值,则
f'(x
0
)?0.

11.极值 的第一充分条件:设f(x)在x0处连续,在x
0
邻域(x
0
-δ,x0
+δ)内可导,(1)若当
x∈(x-δ,x
0
)时
f'(x )?0
,当x∈(x
0
,x
0
+δ)时
f'(x)?0,则f(x)在x
0
处取得极小值;(2)
若当x∈(x
0
-δ ,x
0
)时
f'(x)?0
,当x∈(x
0
,x
0
+δ)时
f'(x)?0
,则f(x)在x
0
处取得极大
值 。
12.极值的第二充分条件:设f(x)在x
0
的某领域(x
0
-δ,x
0
+δ)内一阶可导,在x=x
0
处二阶
可导,且
f'(x
0
)?0,f''(x
0
)?0
。(1)若
f'' (x
0
)?0
,则f(x)在x
0
处取得极小值;(2)

f''(x
0
)?0
,则f(x)在x
0
处取得极大值。
13.【了解】罗尔中值定理:若函数f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)上可导,且f(a) =f(b),
则存在ξ∈(a,b),使
f'(
?
)?0.

[证明] 若当x∈(a,b),f(x)≡f(a),则对任意x∈(a,b),
f'(x )?0
.若当x∈(a,b)时,
f(x)≠f(a),因为f(x)在[a,b]上连续,所 以f(x)在[a,b]上有最大值和最小值,必有一个
不等于f(a),不妨设最大值m>f(a)且 f(c)=m,则c∈(a,b),且f(c)为最大值,故
f'(c)?0


综上得证。
二、基础例题【必会】
1.极限的求法。
a
n2n
??
1
(
a?
0)
;(3)例1 求下列极限: (1)
lim
?
2
?
2
?
?
?
2
?
;(2)
lim
n
n??
n
n??
nn
?
1?a
?
?
1
?
11
?
;(4 )
limn(n?1?n).

lim
?
????
?
222
n??
n??
?
n?2n?n
??
n?1
[解](1)
lim
?
2n
?
n(n?1)
?
1< br>?
12
?
1
??
?
?lim
=
li m
?
??
?
?
?

22
2
n? ?
n
2
n??
n??
22n
nn
?
2n< br>???
2
a
n
11
(2)当a>1时,
lim?li m??1.

nn
n??
1?a
n
n??
?
1
??
1
?
?1lim
????
?1
n???
a
??
a
?
lima
a
n
0
n??
当0lim???0.

n
n??
1?a
n
1?0
1?lima
n??
n
a
n
11
?lim?.
当a=1时,
lim
n??
1?a
n
n??
1?12
(3)因为
n
n?n
2
?
1
n?1
2
?
1
n?2
2
?
?
?
1
n?n
2
?
n
n?1
2
.
< br>而
lim
n
n?n
2
n??
?lim
11?
1
n
n??
?1,lim
1
n?1
2n??
?lim
1
1?
1
n
2
n??
?1,

所以
lim
?
?
1
?
11
?
?1.

??
?
?
??
2
n??n
2
?2n
2
?n
??
n?1
(4)
lim
n??
n(n?1?n)?lim
n
n?1?n
2
2
n??
?lim
1
1?
2
n
n??
1?1
n
1
?.

2
例2 求下列极限:(1)
lim
(1+x)(1+x
2
)(1+
x
)…(1+
x< br>)(|x|<1);
n??
x
2
?1
1
??
3
?
(2)
lim
?

?
;(3)
l im
x?1
x?1
1?x
3
1?x
3?x?1?x
??
[解] (1)
lim
(1+x)(1+x
2
)(1+
x
)…(1+
x
)
n??
2
2
2
n< /p>


(1?x)(1?x)(1?x
2
)
?
(1?x
2
)1?x
2
?lim
=
lim
n??n??
1 ?x1?x
nn?1
?
1
.

1?x
?
3 ?1?x?x
2
??
1?x?1?x
2
?
1
??< br>3
??
(2)
lim
?

??lim
??
?lim
?
33
????
x?1
1?x
3< br>x?1x?1
1?x
?
1?x
?
???
1?x
?
=
lim
?
2?x
?
(1?x)(2?x)
?
?lim?1.

?
32
x?1x?1
1?x1?x?x< br>??
(3)
lim
x
2
?1
3?x?1?x
x?1
?lim
(x
2
?1)(3?x?1?x)
(3?x?1?x )(3?x?1?x)
x?1

=
lim
(x?1)(x?1)(3 ?x?1?x)?(x?1)(3?x?1?x)

?lim
x?1x?1
2(1?x)2
??22.

2.连续性的讨论。
例3 设f(x)在(-∞,+∞)内有定义,且恒满足f(x+1) =2f(x),又当x∈[0,1)时,
2
f(x)=x(1-x),试讨论f(x)在x=2 处的连续性。
2
[解] 当x∈[0,1)时,有f(x)=x(1-x),在f(x+1 )=2f(x)中令x+1=t,则x=t-1,当x∈
2
[1,2)时,利用f(x+1)= 2f(x)有f(t)=2f(t-1),因为t-1∈[0,1),再由f(x)=x(1-x)得
2 2
f(t-1)=(t-1)(2-t),从而t∈[1,2)时,有f(t)=2(t-1)?(2- t);同理,当x∈[1,2)时,令
2
x+1=t,则当t∈[2,3)时,有f(t)=2 f(t-1)=4(t-2)(3-t).从而
2
?
?
2(x?1)(2?x ),x?
?
1,2
?
;
f(x)=
?
所以 2
?
?
4(x?2)(3?x),x?
?
2,3
?.
x?2?
limf(x)?lim2(x?1)(2?x)
2
?0,l imf(x)?lim4(x?2)(3?x)
2
?0
x?2?x?2?x?2?,所以
x?2?
lim
f(x)=
lim
f(x)=f(2)= 0,所以f(x)在x=2处连续。
x?2?
3.利用导数的几何意义求曲线的切线方程。
[解] 因为点(2,0)不在曲线上,设切点坐标为(x
0
,y
0
),则
y
0
?
1
,切线的斜率为
x
0
x '|
x
??
0
1111
(x?x)y???(x?x
0)
。又因为此,所以切线方程为y-y,即
0
=
?
0
2 22
x
0
x
0
x
0
x
0
11??
2
(2?x
0
)
,所以x
0
=1,所以所 求的切线方程为y=-(x-2),
x
0
x
0
切线过点(2,0), 所以
?
即x+y-2=0.
4.导数的计算。


5x
2
?3x?x
cos2x
例5 求下列函数的 导数:(1)y=sin(3x+1);(2)
y?
;(3)y=e;
x
(4 )
y?ln(x?x
2
?1)
;(5)y=(1-2x)
x
(x>0且
x?
1
)。
2
[解] (1)
y'?cos(3x?1)?(3x?1)'?
3cos(3x+1).
(5 x
2
?3x?x)'?x?(5x
2
?3x?x)?(x)'
(2)
y'?

2
x
?
1
?
2
?10x ?3??x?5x?3x?x
??
2x
?

?
?
2
x
?5?
1
2x
3
.

cos2x
(3)
y'?e?(cos2x)'?ecos2x?(?sin2x)?(2x)'??2e
cos2x
?sin2x.

??
x
?
?(x?x?1) '??
?
?1
?
(4)
y'?
?

222
x?x?1x?x?1
?
x?1
?
1
2
1
?
1
x?1
2
.

xxln(1?2x)
(5)< br>y'?[(1?2x)]'?[e]'?e
xln(1?2x)
(xln(1?2x)) '

2x
??
?(1?2x)
x
?
ln(1?2x )?.

?
1?2x
??
5.用导数讨论函数的单调性。
例6 设a>0,求函数f(x)=
x
-ln(x+a)(x∈(0,+∞))的单调区间。
[解]
f'(x)?
1
2x
?
1
(x?0)< br>,因为x>0,a>0,所以
f'(x)?0?
x
2
+(2a-4)x +a
2
>0;
x?a
f'(x)?0?
x
2
+(2 a-4)x+a+<0.
(1)当a>1时,对所有x>0,有x+(2a-4)x+a>0,即f'
(x)>0,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
22
(2)当a=1时, 对x≠1,有x+(2a-4)x+a>0,即
f'(x)?0
,所以f(x)在(0,1)内 单调
22
递增,在(1,+∞)内递增,又f(x)在x=1处连续,因此f(x)在(0,+ ∞)内递增;(3)当
22
0f'(x)?0
,即x+(2a -4)x+a>0,解得x<2-a-
21?a
或x>2-a+
21?a
,因


此,f(x)在(0,2-a-
21?a
)内单调递增,在(2-a+
21?a
,+∞)内也单调递增,而当
2-a-
21?a
21?a
时,x+(2a-4)x+a
2
<0,即
f'(x)? 0
,所以f(x)在
2
(2-a-
21?a
,2-a+
21 ?a
)内单调递减。
6.利用导数证明不等式。
例7 设
x?(0,
?
2
)
,求证:sinx+tanx>2x.
2
[证明] 设f(x)=sinx+tanx-2x,则
f'(x)
=c osx+secx-2,当
x?(0,
?
2
)
时,
coxs ?
112
?2coxs???2
(因为
22
cosxcosx
coxs
0f'(x)
=cosx+sec
2x-2=cosx+
1
?
?
??
?
?
0,.又f(x)在上连续,所以f(x)在
?2?0
???
0,
?
2
cosx
?
2
??
2
?
上单调递增,所以当x∈
?
0,
?
?
?
?
时,f(x)>f(0)=0,即 sinx+tanx>2x.
2
??
7.利用导数讨论极值。
2
例8 设f(x)=alnx+bx+x在x
1
=1和x
2=2处都取得极值,试求a与b的值,并指出这时f(x)
在x
1
与x
2
处是取得极大值还是极小值。
[解] 因为f(x)在(0,+∞)上连续,可导,又f( x)在x
1
=1,x
2
=2处取得极值,所以
2
?
a??,
?
a?2b?1?0,
?
a
?
?
3
解得
?

f'(1)?f'(2)?0
,又
f'(x)?
+2bx+1,所以
?
a
1
x
?4b?1?0,
?
b??.
?
?
2
?
6
?
所以
f(x)??
2121(x?1)(2?x)
.
lnx?x
2
?x,f'(x) ???x?1?
363x33x
所以当x∈(0,1)时,
f'(x)?0
, 所以f(x)在(0,1]上递减;
当x∈(1,2)时,
f'(x)?0
,所以f(x)在[1,2]上递增;
当x∈(2,+∞)时,
f'(x)?0
,所以f(x)在[2,+∞)上递减。 < br>综上可知f(x)在x
1
=1处取得极小值,在x
2
=2处取得极大值 。
例9 设x∈[0,π],y∈[0,1],试求函数f(x,y)=(2y-1)sinx+( 1-y)sin(1-y)x的最小值。
[解] 首先,当x∈[0,π],y∈[0,1]时,
f(x,y)=(2y-1)sinx+(1-y)sin(1-y)x=(1-y)x
2?
sin(1?y)x2y?1sinx
?
??
??
2
x
?
(1?y)
?
(1?y)x
=(1-y)x
2


?
sin(1?y)xsinxy
2
sinx
?
si nx
,令g(x)=,
???
??
2
x
xx
?< br>(1?y)
?
(1?y)x
g'(x)?
cosx(x?tanx)< br>?
(x?),

2
2
x

x?
?< br>0,
?
?
?
?
时,因为cosx>0,tanx>x,所以< br>g'(x)?0

2
??

x?
?
??
?
,
?
?
时,因为cosx<0,tanx<0,x-tan x>0,所以
g'(x)?0

?
2
?
又因为g(x)在 (0,π)上连续,所以g(x)在(0,π)上单调递减。
又因为0<(1-y)xg(x),即
sin(1?y)xsinx
??0

(1?y)xx
y
2
sinx
又因为
??0
,所以当x∈( 0,π),y∈(0,1)时,f(x,y)>0.
2
x
(1?y)
其次, 当x=0时,f(x,y)=0;当x=π时,f(x,y)=(1-y)sin(1-y)π≥0.
当y=1时,f(x,y)=-sinx+sinx=0;当y=1时,f(x,y)=sinx≥0.
综上,当且仅当x=0或y=0或x=π且y=1时,f(x,y)取最小值0。

三、趋近高考【必懂】

这些高考题取自2009-2010年各个热门省市,同学 一定重视,在此基础上,我会对这些高考
题作以删减,以便同学在最短时间内理解明白!
1. 已知直线y=x+1与曲线
y?ln(x?a)
相切,则α的值为( )
A.1 B. 2 C.-1 D.-2
答案 B
解:设切点
P(x
0
,y
0
)
,则
y
0
?x
0
?1,y
0
?ln( x
0
?a)
,又

y
'
|
x?x
0
?
1
?1
x
0
?a
?x
0
?a?1?y
0
?0,x0
??1?a?2
.故答案 选B
2
2. 已知函数
f(x)
在R上满足
f(x)?2f(2?x)?x?8x?8
,则曲线
y?f(x)
在点
(1,f(1))
处的切线方程是( )
A.
y?2x?1
B.
y?x
C.
y?3x?2
D.
y??2x?3
答案 A
解析 由
f(x)?2f(2?x)?x?8x?8
得几何
2


f(2?x)?2f(x)?(2?x)
2
?8(2?x)?8
, < br>即
2f(x)?f(2?x)?x?4x?4
,∴
f(x)?x
f(x)?2x
,∴切线方程
22
y?1?2(x?1)
,即
2 x?y?1?0
选A
3. 若存在过点
(1,0)
的直线与曲线
y ?x

y?ax
2
?

3
15
x?9
都相切,则
a
等于
4
( )
A.
?1

-
答案 A
25217257
B.
?1
或 C.
?

-
D.
?

7

6444644
3
3
解析 设过
(1,0)
的直线与
y?x
相切于点
(x
0
, x
0
)
,所以切线方程为
y?x
0
3
?3x0
2
(x?x
0
)

3

2
1525
2

x
0
?0
时,由
y?0

y?ax?x?9
相切可得
a??

464
327271 5

x
0
??
时,由
y?x?

y?ax
2
?x?9
相切可得
a??1
,所以选
A
. 2444
23

y?3x
0
x?2x
0
,又< br>(1,0)
在切线上,则
x
0
?0

x
0< br>??
4. 若
x
1
满足2x+
2
x
=5,
x
2
满足2x+2
log
2
(x-1)=5,
x
1
+
x
2

A.
( )
57
B.3 C. D.4
22
1
答案 C
解析 由题意
2x
1
?2
x
?5


2x
2
?2lo
2
g

x(??1)

5
2
所以
2
x
? 5?2x
1
,
x
1
?log
2
(5?2x
1
)

1
即2
x
1
?2log
2
(5?2x
1
)

令2x
1
=7-2t,代入上式得7-2t=2log
2
(2t -2)=2+2log
2
(t-1)
∴5-2t=2log
2
(t-1)与②式比较得t=x
2

于是2x
1
=7-2x
2
5. 设函数
f(x)?
1x?lnx(x?0),

y?f(x)

3

( )
1
e
1
B在区间
(,1),(1,e)
内均无零点。
e
1
C在区间
(,1)
内有零点,在区间
(1,e)
内无零点。
e
A在区间
(,1),(1,e)
内均有零点。


D在区间
(,1)
内无零点,在区间
(1,e)
内有 零点。
1
e
解析:由题得
f`(x)?
11x?3
,令< br>f`(x)?0

x?3
;令
f`(x)?0

??
3x3x
故知函数
f(x)
在区间
(0,3)
上为减函数, 在区间
(3,??)

0?x?3

f`(x)?0
x?3

为增函数,在点
x?3
处有极小值
1?ln3?0;又
f(1)?
1e11
,f
?
e
?
??1 ?0,f()??1?0
,故选择D。
33e3e
6.若曲线
f
?
x
?
?ax
2
?Inx
存在垂直于
y
轴的 切线,则实数
a
的取值范围是 .
1
。因为存在垂直于y
轴的切线,
x
1
?
故此时斜率为
0
,问题转 化为
x?0
范围内导函数
f
?
x
?
?2ax?存在零点。
x
1
解法(分离变量法)上述也可等价于方程
2ax??0

?
0,??
?
内有解,显然可得
x
1
a ??
2
?
?
??,0
?

2x
解析 由题 意该函数的定义域
x?0
,由
f
?
?
x
?
?2ax?
7. 设曲线
y?x

a
1
?a
2
?
答案 -2
n?1
(n?N
*
)
在点(1,1)处的切线与x轴的交点的 横坐标为
x
n
,令
a
n
?lgx
n
?a
99
的值为 .
解析:点(1,1)在函 数y?x
n?1
(n?N
*
)的图像上,?(1,1)为切点,
y? x
n?1
的导函数为y'?(n?1)x
n
?y'|
x?1
?n?1?切线是:y?1?(n?1)(x?1)
令y=0得切点的横坐标:x
n
?
n
n?1
1298991
a
1
?a
2
?. ..?a
99
?lgx
1
x
2
...x
99
?lg...?lg??2
2399100100
3


8 设
f(x)?x?
值范围.
1
2
x?2x?5
,当
x?[?2,2]
时,
f(x)?m?0
恒成立,求实数
m
的取< br>2
【解析】:
f

(x)?3x
2
?x?2
, 由
f

(x)?0

3x
2
?x?2?0
, 即
x??
2

x?1

3

f

(x)?0

3x
2
?x?2?0

?
2
?x?1
,所以函数单调增区间是
(??,?
2
)

3
3
(1,??)


函数的单调减区间是
(?< br>2
,1)
。由
f(x)?m
恒成立,
?m
大于
f(x)
的最大值。
3

x?[?2,2]
时,(1)当
x?[?2,?
2
]
时,
f(x)
为增函数,所以
f(x)
max
?
3
2157

f(?)?
327
(2)当
x?[?
2
,1]
时,
f(x)
为减函数,所以< br>f(x)
max
?f(?
2
)?
157
;(3)当< br>x?[1,2]
时,
3
327
f(x)
为增函数,所以
f(x)
max
?f(2)?7
;因为
7?
157
,从而
m?7

27
第二章 推理与证明
本章只需重视综合法、分析法、反证法的特点。及数学归纳法的掌握!
一、基础知识【理解去记】
综合法:“执因导果” 分析法“执果导因” 反证法:倒着推【不常考】
1.
归纳法:由一些特殊事例推出一般结论的推理方法特点:特殊→一般.
2.
不完全归纳法: 根据事物的部分(而不是全部)特例得出一般结论的推理方法叫做不完全
归纳法
3.
完全归纳法: 把研究对象一一都考查到了而推出结论的归纳法称为完全归纳法
完全归纳法是一种在研究了事物的所有(有限种)特殊情况后得出一般结论的推理方法,
又叫做枚举法. 与不完全归纳法不同,用完全归纳法得出的结论是可靠的通常在事物包括的
特殊情况数不多时,采用完全 归纳法
4.
数学归纳法:对于某些与自然数
n
有关的命题常常采用下面的方 法来证明它的正确性:先
证明当
n
取第一个值
n
0
时命题成 立;然后假设当
n?k
(
k?N

k

n
0
)时命题成立,证
明当
n?k?1
命题也成立这种证明方法就叫做数学归纳 法.
*
5.
数学归纳法的基本思想:即先验证使结论有意义的最小的正整数
n
0
,如果当
n?n
0
时,
命题成立,再假设当
n ?k
(
k?N

k

n
0
)时,命题成立 .(这时命题是否成立不是确定
的),根据这个假设,如能推出当
n?k?1
时,命题 也成立,那么就可以递推出对所有不小

n
0
的正整数
n
0
?1

n
0
?2
,…,命题都成立.
*
6.
用数学归纳法证明一个与正整数有关的命题的步骤:
?
1< br>?
证明:当
n
取第一个值
n
0
结论正确;
?
2
?
假设当
n?k
(
k?N
*

k

n
0
)时结论正确,
证明当
n?k?1
时结论 也正确由
?
1
?

?
2
?
可知,命题对于 从
n
0
开始的所有正整数
n
都正确.
数学归纳法被用来证明 与自然数有关的命题:递推基础不可少,归纳假设要用到,结论写明
莫忘掉.
7.
?
1
?
用数学归纳法证题时,两步缺一不可;
?
2
?
证题时要注意两凑:一凑归纳假设,二凑
目标.
二、基础例题【必会】
用数学归纳法证明等式


例1. 用数学归纳法证明:
n?N
时,
?
11
??
1?33?5
?
1n
?

(2n?1)(2n?1)2n?1
点评:用数学归纳法证明,一是要切实理解原理,二是严格 按步骤进行,格式要规范,从
n=k到n=k+1时一定要用归纳假设,否则不合理。


用数学归纳法证明不等式
例2.证明
11
??
n?1n ?2
?
1
?1,(n?N)

3n?1
点评:用数学归纳法 证明不等式,推导n=k+1也成立时,证明不等式的常用方法,如比较
法、分析法、综合法均要灵活运 用,在证明的过程中,常常利用不等式的传递性对式子放缩
建立关系。同时在数学归纳法证明不等式里应 特别注意从n=k到n=k+1过程中项数的变化
量,容易出错。


用数学归纳法证明整除问题
例3.用数学归纳法证明:
(3n?1)?7?1,(n?N)
能被9整除。
点评:用数学归纳法证明整除问题时,首先要从要证的式子中拼凑出假设成立的式子,然后
证明剩下的 式子也能被某式(或数)整除,拼凑式关键。

n?
第三章 数系的扩充与复数

一、基础知识【理解去记】
2
1.复数的定义:设i为 方程x=-1的根,i称为虚数单位,由i与实数进行加、减、乘、除
等运算。便产生形如a+bi(a ,b∈R)的数,称为复数。所有复数构成的集合称复数集。通
常用C来表示。
2.复数的几 种形式。对任意复数z=a+bi(a,b∈R),a称实部记作Re(z),b称虚部记作Im(z). z=ai称为代数形式,它由实部、虚部两部分构成;若将(a,b)作为坐标平面内点的坐标,那
么z与坐标平面唯一一个点相对应,从而可以建立复数集与坐标平面内所有的点构成的集合
之间的一一映 射。因此复数可以用点来表示,表示复数的平面称为复平面,x轴称为实轴,
y轴去掉原点称为虚轴,点 称为复数的几何形式;如果将(a,b)作为向量的坐标,复数z又
对应唯一一个向量。因此坐标平面内 的向量也是复数的一种表示形式,称为向量形式;另外
设z对应复平面内的点Z,见图15-1,连接O Z,设∠xOZ=θ,|OZ|=r,则a=rcosθ,b=rsin
θ,所以z=r(cosθ+i sinθ),这种形式叫做三角形式。若z=r(cosθ+isinθ),则θ称为z
的辐角。若0≤ θ<2π,则θ称为z的辐角主值,记作θ=Arg(z). r称为z的模,也记作|z|,
由勾股定 理知|z|=
a
2
?b
2
.如果用e表示cosθ+isinθ,则 z=re,称为复数的指数形
iθiθ
式。
3.共轭与模,若z=a+bi,(a, b∈R),则
z?
a-bi称为z的共轭复数。模与共轭的性质有:


?
z
1
(1)
z
1
?z
2
?z
1< br>?z
2
;(2)
z
1
?z
2
?z
1
?z
2
;(3)
z?z?|z|
;(4)
?
?z
?
2
2
?
z
1
?

??
?
z
2
(5)
|z
1
?z
2
|?|z
1
|?|z
2
|
;(6)
|
2222< br>z
1
|z
1
|
;(7)||z
1
|-|z< br>2
||≤|z
1
±z
2
|≤|z
1
|+|z
2
|;
|?
z
2
|z
2
|
1
z
(8)|z
1
+z
2
|+|z
1
-z
2
|=2|z
1
|+2|z
2
|;(9)若|z|= 1,则
z?
4.复数的运算法则:(1)按代数形式运算加、减、乘、除运算法则与实数范围内 一致,运
算结果可以通过乘以共轭复数将分母分为实数;(2)按向量形式,加、减法满足平行四边形和三角形法则;(3)按三角形式,若z
1
=r
1
(cosθ
1
+isinθ
1
), z
2
=r
2
(cosθ< br>2
+isinθ
2
),则
z
1?
?z
2=r
1
r
2
[cos(θ
1

2
) +isin(θ
1

2
)];若
z
2
?0,z
1
r
1
[cos(θ
1

2
)+ isin(θ
1

?
z
2
r
2
2
)],用指数形式记为z
1
z
2
=r
1
r
2e
i(θ1+θ2)
,
z
1
r
1
i(
?
1
?
?
2
)
?e.

z
2r
2
nn
5.【部分省市考】棣莫弗定理:[r(cosθ+isinθ)]=r (cosnθ+isinnθ).
6.开方:若
w?
r(cosθ+isinθ), 则
w?
n
r(cos
k=0,1,2,…,n-1。
7.单位根: 若w=1,则称w为1的一个n次单位根,简称单位根,记Z
1
=
cos
n< br>n
?
?2k
?
n
?isin
?
?2k
?
n
)

2
?
2
?

?isi n
nn
则全部单位根可表示为1,
Z
1
,
Z
1,?,Z
1
2n?1
k
.单位根的基本性质有(这里记
Z
k
?Z
1

k=1,2,…,n-1):(1)对任意整数k,若k=nq +r,q∈Z,0≤r≤n-1,有Z
nq+r
=Z
r
;(2)对任
?
0,当n|m,
mmm
1?Z?Z???Z
意整数m,当n≥2时,有特别 1+Z
1
+Z
2
+…+Z
n-1
=0;(3)
12 n?1
=
?
n,当n|m,
?
x+x+…+x+1=(x-Z
1
)(x-Z
2
)…(x-Z
n-1
)=(x-Z
1)(x-
Z
1
)…(x-
Z
1
).
n-1n -2
2n?1
8.复数相等的充要条件:(1)两个复数实部和虚部分别对应相等;(2)两个 复数的模和辐
角主值分别相等
9.复数z是实数的充要条件是z=
z
;z是 纯虚数的充要条件是:z+
z
=0(且z≠0).
10.代数基本定理:在复数范围内,一元n次方程至少有一个根。
11.实系数方程虚根成 对定理:实系数一元n次方程的虚根成对出现,即若z=a+bi(b≠0)
是方程的一个根,则
z
=a-bi也是一个根。
22
12.若a,b,c∈R,a≠0,则关于x的方 程ax+bx+c=0,当Δ=b-4ac<0时方程的根为
x
1,2
?
?b ???i
.

2a
二、基础例题【必会】
1.模的应用。
2n2n
例1 求证:当n∈N
+
时,方程(z+1)+(z-1)=0只有纯虚根。


[证明] 若z是方程的根,则(z+1)=-(z-1),所以|(z+1)|=| -(z-1)|,即|z+1|=|z-1|,
即(z+1)(
z
+1)=(z-1) (
z
-1),化简得z+
z
=0,又z=0不是方程的根,所以z是纯虚数。
2
例2 设f(z)=z+az+b,a,b为复数,对一切|z|=1,有|f(z)|=1,求a,b的值。
[解] 因为4=(1+a+b)+(1-a+b)-(-1+ai+b)-(-1-ai+b)
=|f(1)+f(-1)-f(i)-f(-i)|

≥|f(1)|+|f(-1)|+|f(i)|+|f(-i)|=4,其中等号成立。
所以f(1),f(-1),-f(i),-f(-i)四个向量方向相同,且模相等。
所以f(1)=f(-1)=-f(i)=-f(-i),解得a=b=0.
2.复数相等。
2
例3 设λ∈R,若二次方程(1-i)x+(λ+i)x+1+λi=0有两个虚根,求λ满足的充要条件。
2
?
?
x?
?
x?1?0
[解] 若方程有实根 ,则方程组
?
有实根,由方程组得(λ+1)x+λ+1=0.若λ
2
??
x?x?
?
?0
2n2n2n2n22
=-1,则方程x-x +1=0中Δ<0无实根,所以λ≠-1。所以x=-1, λ=2.所以当λ≠2时,方
程无实根。所以方程有两个虚根的充要条件为λ≠2。
3.三角形式的应用。
n
例4 设n≤2000,n∈N,且存在θ满足(sin θ+icosθ)=sinnθ+icosnθ,那么这样的n有
多少个?
[解] 由题设得
2
[cos(?
?
)?isin(?
?
)]n
?cosn(?
?
)?isin(?
?
)?cos(?n?
)?isin(?n
?
)
222222
,所以n=4k+1. 又因为0≤n≤2000,所以1≤k≤500,所以这样的n有500个。
4.******【常考】二项式定理的应用。

例5 计算:(1)
C< br>100
?C
100
?C
100
???C
100
;(2)
C
100
?C
100
?C
100
??? C
100

??????
[解] (1+i)=[(1+i)]=(2i) =-2,
=
1002505050
由二项式定理(1+i)=
)+(
100
0
C
100
?C
100
i?C
100i
2
???C
100
i?C
100
i
0241 00
(C
100
?C
100
?C
100
???C< br>100

50
C
100
?C
100
?C
100
???C
100
)i,比较实部和虚部,得
C
100
?C
100
?C
100
???C
100
=-2,
13599
C
100
?C
100
?C
100
??? C
100
=0。
5.复数乘法的几何意义。
例6 以定长线段BC为一 边任作ΔABC,分别以AB,AC为腰,B,C为直角顶点向外作等腰
直角ΔABM、等腰直角ΔAC N。求证:MN的中点为定点。
[证明] 设|BC|=2a,以BC中点O为原点,BC为x轴, 建立直角坐标系,确定复平面,则B,
C对应的复数为-a,a,点A,M,N对应的复数为z
1
,z
2
,z
3
,
CA?z
1
?a,BA ?z
1
?a
,由复数
乘法的几何意义得:
CN?z
3
?a??i(z
1
?a)
,①
BM?z
2
?a??i(z
1
?a)
,②由①+
②得z
2
+z
3
=i (z
1
+a)-i(z
1
-a)=2ai.设MN的中点为P,对应的复数z =
z
2
?z
3
?ai
,为定值,
2


所以MN的中点P为定点。
例7 设A,B,C,D为平面上任意四点,求证:AB?AD+BC?AD≥AC?BD。
[证明] 用 A,B,C,D表示它们对应的复数,则(A-B)(C-D)+(B-C)(A-D)=(A-C)(B-D) ,因
为|A-B|?|C-D|+|B-C|?|A-D|≥(A-B)(C-D)+(B-C)(A- D).
所以|A-B|?|C-D|+|B-C|?|A-D|≥|A-C|?|B-D|, “=” 成立当且仅当
Arg(
B?AB?CD?AB?C
)?Arg()
,即
Arg()?Arg()
=π,即A,B,C,D共圆时
D?AC?DB?AD?C
成立。不等式得证。
6.复数与轨迹。
例8 ΔABC的顶点A表示的复数为3i,底边 BC在实轴上滑动,且|BC|=2,求ΔABC的外心
轨迹。
[解]设外心M对应的复数为 z=x+yi(x,y∈R),B,C点对应的复数分别是b,b+2.因为外心M
是三边垂直平分线的 交点,而AB的垂直平分线方程为|z-b|=|z-3i|,BC的垂直平分线的方
程为|z-b|= |z-b-2|,所以点M对应的复数z满足|z-b|=|z-3i|=|z-b-2|,消去b解得
4
x
2
?6(y?).

3
所以ΔABC的外心轨迹是轨物线。
7.复数与三角。
例9 已知c osα+cosβ+cosγ=sinα+sinβ+sinγ=0,求证:cos2α+cos2β+cos2 γ=0。
[证明] 令z
1
=cosα+isinα,z
2
=c osβ+isinβ,z
3
=cosγ+isinγ,则
z
1
+z
2
+z
3
=0。所以
z
1
?z
2
?z
3
?z
1
?z
2
?z
3
?0.
又因为|z
i
|=1,i=1,2,3.
所以z
i
?
z
i
=1,即
z
i
?
1
.

zi
222
由z
1
+z
2
+z
3
=0得
x
1
?x
2
?x
3
?2z
1
z< br>2
?2z
2
z
3
?2z
3
z
1?0.


z
1
z
2
?z
3
z
2
?z
3
z
1
?z
1
z2
z
3
?
?
222
所以
z
1
?z
2
?z
3
?0.

?
111
?
??
?
?z
1
z
2
z
3
(z
1
?z
2
?z
3
)?0.

?
?
z
1
z
2
z
3
?
所以cos2α+cos2β+co s2γ+i(sin2α+sin2β+sin2γ)=0.
所以cos2α+cos2β+cos2γ=0。
000
例10 求和:S=cos20+2cos40+…+18cos18×20.
0018000
[解] 令w=cos20+isin20,则w=1,令P=sin20+2sin40+…+18sin18×20, 则
218231819
S+iP=w+2w+…+18w. ①由①×w得w(S+iP)=w+2w+…+17w+18w,②由①-②得
?
1
w (1?w
18
)
?18w3
?
19
?
?18w,所以S+iP=
??9
?
?i
?
(1-w)(S+iP)=w +w+…+w-18w=
?

1?w
1?w22
??
218 19
所以
S??
9
.

2
8.复数与多项式。
nn-1
例11 已知f(z)=c
0
z+c
1
z+…+ c
n-1
z+c
n
是n次复系数多项式(c
0
≠0). < /p>


求证:一定存在一个复数z
0
,|z
0
|≤1,并且| f(z
0
)|≥|c
0
|+|c
n
|.
nn-1iθ
[证明] 记c
0
z+c
1
z+…+cn-1
z=g(z),令
?
=Arg(c
n
)-Arg(z0
),则方程g(Z)-c
0
e=0为n次方

程,其必有n 个根,设为z
1
,z
2
,…,z
n
,从而g(z)-c0
e=(z-z
1
)(z-z
2
)?…?(z-z
n< br>)c
0
,令z=0
iθn
得-c
0
e=(-1)z< br>1
z
2
…z
n
c
0
,取模得|z
1
z
2
…z
n
|=1。所以z
1
,z
2,…,z
n
中必有一个z
i
使得|z
i
|≤
i θiθ
1,从而f(z
i
)=g(z
i
)+c
n
= c
0
e=c
n
,所以|f(z
i
)|=|c
0e+c
n
|=|c
0
|+|c
n
|.
9.单位根的应用。
例12 证明:自⊙O上任意一点p到正多边形A
1
A
2
…A
n
各个顶点的距离的平方和为定值。
[证明] 取此圆 为单位圆,O为原点,射线OA
n
为实轴正半轴,建立复平面,顶点A
1
对应 复
数设为
?
?e
2
?
i
n
,则顶点A2
A
3
…A
n
对应复数分别为ε,ε,…,ε.设点p对应复数 z,则
23n
|z|=1,且=2n-
?
|pA
k?1
n< br>k
|?
?
|z?
?
|?
?
(z?
?
)(z?
?
)?
?
(2?
?
k
z?
?
k
z)

2k2kk
k?1k?1k?1
nnn=2n-
z
?
?
k?1
n
k
?z
?< br>?
?2n?z
?
?
?z
?
?
k
?2 n.
命题得证。
k
k?1k?1k?1
n
k
nn
10.复数与几何。
例13 如图15-2所示,在四边形ABCD内存在一点P,使得ΔPAB,ΔPCD都是以P为直 角
顶点的等腰直角三角形。求证:必存在另一点Q,使得ΔQBC,ΔQDA也都是以Q为直角顶点的等腰直角三角形。
[证明] 以P为原点建立复平面,并用A,B,C,D,P,Q表示它们 对应的复数,由题设及
复数乘法的几何意义知D=iC,B=iA;取
Q?
三角形;又 由C-Q=i(B-Q)得
C?iB
,则C-Q=i(B-Q),则ΔBCQ为等腰直角
1?i
DA
?Q?i(?Q)
,即A-Q=i(D-Q),所以ΔADQ也为等腰直 角
ii
三角形且以Q为直角顶点。综上命题得证。
例14 平面上给定ΔA
1
A
2
A
3
及点p
0
,定义A
s
=A
s-3
,s≥4,构造点列p
0
,p
1
,p
2
,…,使得p
k+1
为绕
0
中心A
k+1
顺时针 旋转120时p
k
所到达的位置,k=0,1,2,…,若p
1986
=p< br>0
.证明:ΔA
1
A
2
A
3
为等边
三角形。
[证明] 令u=
e
i
?
3
,由题设,约定用 点同时表示它们对应的复数,取给定平面为复平面,则
p
1
=(1+u)A
1
-up
0
,
p
2
=(1+u)A
2
-up
1
,
p
3
=(1+u)A
3
-up
2
,
22
①×u+②×(-u)得p
3
=(1+u)(A
3
-uA
2
+uA
1
)+p
0
=w+p
0
,w为与p
0
无关的常数。同理得
22
p
6
=w+p
3
=2w +p
0
,…,p
1986
=662w+p
0
=p
0
,所以w=0,从而A
3
-uA
2
+uA
1
=0. 由u=u-1得A
3
-A
1
=(A
2
-A
1

u,这说明ΔA
1
A
2
A
3
为正三角形。

三、趋近高考【必懂】
1. 下列n的取值中,使
i
=1(i是虚数单位)的是
A.n=2 B .n=3 C .n=4 D .n=5
【解析】因为
i?1
,故选C.
4
n
( )


答案 C
2. 设
z
是复数,
a(z)
表示满足
z
n
?1
的最小正整数
n
,则对虚数单位
i

a(i)?

( )
A. 8 B. 6 C. 4 D. 2
【解析】
a(i)?
i?1
,则最小正整数
n
为4,选C.
答案 C
3. 设
z?1?i

i
是虚数单位),则< br>n
2
2
?z?

z
( )
A.
?1?i
B.
?1?i
C.
1?i
D.
1?i

【解析】对于
答案 D
2
2
2
?z??(1?i)
2
?1?i?2i?1?i

z1?i
2
2
?z?
( )
z
4. 设
z?1?i

i
是虚数单位),则
A.
1?i
B.
?1?i
C.
1?i
D.
?1?i
【解析】对于
答案 D
5. 在复平面内,复数
z?i(1?2i)
对应的点位于 ( )
A.第一象限 B.第二象限 C.第三象限 D.第四象限 < br>2
2
2
?z??(1?i)
2
?1?i?2i?1?i

z1?i
【解析】 ∵
z?i(1?2i)?i?2i??2?i
,∴复数
z
所对应的点为
?
?2,1
?
,故选B.
答案 B
6. 复数
3?i
等于 ( )
1?i
A.
1?2i
B.
1?2i
C.
2?i
D.
2?i

3?i(3?i) (1?i)3?2i?i
2
4?2i
????2?i
,故选C. 【解析】:
2
1?i(1?i)(1?i)1?i2
答案 C
7. 复数
3?i
等于
1?i
( ) A.
1?2i

B.
1?2i
C.
2?i
D.
2?i

3?i(3?i) (1?i)3?2i?i
2
4?2i
????2?i
,故选C. 【解析】:
2
1?i(1?i)(1?i)1?i2


答案 C
8. 已知
Z
=2+i,则复数z=
1+i
( )
(A)-1+3i (B)1-3i (C)3+i (D)3-i
【解析】
z?(1?i)?(2?i)?1?3i,?z?1?3i
故选B。
答案 B
9. i是虚数单位,若
1?7i
?a?bi(a, b?R)
,则乘积
ab
的值是( )
2?i
(A)-15 (B)-3 (C)3 (D)15
【解析】
1?7i(1?7i)(2?i)
???1?3i
,∴
a??1,b?3,ab??3
,选B。
2?i5
( )
答案 B
10. i是虚数单位,i(1+i)等于
A.1+i B. -1-i C.1-i D. -1+i
【解析】依据虚数运算公式可知
i
答案 D
2
??1
可得
i(1?i)?i?1
,选D.
11. 若复数
z?(x?1)?(x?1)i
为纯虚数,则实数
x
的值为
2
( )
A.
?1
B.
0
C.
1
D.
?1

1

?
x
2
?1?0
?x??1
故选A 【解析】由
?
x?1?0
?
答案 A
12. 投掷两颗骰子,得到其向上的点数分别为m和n,则复数(m+ni)(n-mi)为实数的概率为
( )
A、
1111
B、 C、 D、
346
12
【解析】因为
(m?ni )(n?mi)?2mn?(n
2
?m
2
)i
为实数
所以
n
2
?m
2

m?n
则可以取1、2
?? ?
6,共6种可能,所以
P?
答案 C
13.
61

?
11
C
6
?C
6
6
10i
?< br>
2-i
A.
-2+4i


B.
-2-4i


C.
2+4i

( )
D.
2-4i

【解析】:原式
?
答案 A
10i(2+i)
??2?4i
.故选A.
(2-i)(2+i)


14. 已知复数
z?1?2i
,那么
1
=
z
( )
(A)
525525
1212
?i
(B)
?i
(C)
?i
(D)
?i

5555
5555
【解析】
111?2i1?2i
12
???

?i

2
55
z
1?2i(1?2i)(1?2i)1?2
答案 D
15. 复数
3?2i3?2i
??

2?3i2?3i
( )
(A)0 (B)2 (C)-2i (D)2
【解析】
3?2i3?2i
?
3?2i
??
2? 3i
??
3?2i
??
2?3i
?
26i
???2 i
,选D
??
131313
2?3i2?3i
答案 D


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