女儿高中数学成绩上不去-高中数学命题符号d属于
《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
或
即
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)
若
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
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
0
=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
当
x?
?<
br>0,
?
?
?
?
时,因为cosx>0,tanx>x,所以<
br>g'(x)?0
;
2
??
当
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)x
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
和
y?ax
2
?
3
15
x?9
都相切,则
a
等于
4
( )
A.
?1
或
-
答案 A
25217257
B.
?1
或
C.
?
或
-
D.
?
或
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
当
x
0
?0
时,由
y?0
与
y?ax?x?9
相切可得
a??
,
464
327271
5
当
x
0
??
时,由
y?x?
与
y?ax
2
?x?9
相切可得
a??1
,所以选
A
. 2444
23
即
y?3x
0
x?2x
0
,又<
br>(1,0)
在切线上,则
x
0
?0
或
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
①
2x
2
?2lo
2
g
②
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),
则
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
得
x?3
;令
f`(x)?0
得
??
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
得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
在
?
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
则
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
得
3x
2
?x?2?0
,
即
x??
2
或
x?1
;
3
由
f
(x)?0
得
3x
2
?x?2?0
即
?
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
当
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
于
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
+θ
2
)
+isin(θ
1
+θ
2
)];若
z
2
?0,z
1
r
1
[cos(θ
1
-θ
2
)+
isin(θ
1
-θ
?
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.
①
又
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
iθ
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
或
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
故
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