全国卷 高二 数学(下册)计数原理专项练习

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全国卷高二数学下册高考

完整试卷与答案

1选择题
将 5 名同学分成三组参加三项不同的社会实践活动,其中一组 2 人、另两组各 1 人,每组各负责一项活动,则不同的分配方案共有(  )种。
答案:B
解析:分两步完成: 第一步,从 5 人中选出 2 人组成二人组,剩下 2 人各成一组,选法有 C(5,2) = 10 种; 第二步,把这 3 个组分配到 3 项不同的活动上(活动不同,故组与活动的对应顺序有意义),有 A(3,3) = 6 种。 由分步乘法计数原理,共 10 × 6 = 60 种。 易错点:①误认为两个单人组相同而漏掉或重复考虑顺序,本题三项活动不同,三个组地位由所负责的活动区分,须再乘 A(3,3);②误用 A(5,2) 选二人组,多算了组内顺序;③先分配活动再分组,容易重复计数。故选 B。
2选择题
从 4 名男生和 3 名女生中选出 3 人参加数学竞赛,要求既有男生又有女生,则不同的选法共有(  )
答案:B
解析:「既有男生又有女生」的选法需分类讨论(分类加法计数原理): 第一类:1 男 2 女,选法数为 C₄¹ × C₃² = 4 × 3 = 12; 第二类:2 男 1 女,选法数为 C₄² × C₃¹ = 6 × 3 = 18。 由分类加法计数原理,共 12 + 18 = 30 种。 也可用间接法:C₇³ − C₄³ − C₃³ = 35 − 4 − 1 = 30。 易错点:①只算「1 男 2 女」或「2 男 1 女」其中一类,得 12 或 18;②直接算 C₇³ = 35,忘记排除「全为男生」「全为女生」的情形;③选人不排序,用排列 A₄¹A₃² 之类重复计顺序,导致结果偏大。选人组成一组不考虑顺序,应使用组合。故选 B。
3选择题
将 5 名同学(含甲、乙)平均分成两组,一组 2 人、另一组 3 人,其中甲、乙两人必须分在同一组,则不同的分组方法共有( )
答案:B
解析:由于甲、乙必须同组,分两类讨论: 第一类:甲、乙同在 2 人组。此时该组已满,其余 3 人自动组成 3 人组,只有 1 种分法。 第二类:甲、乙同在 3 人组。此时还需从其余 3 人中选 1 人加入该组,剩下 2 人组成 2 人组,有 C(3,1) = 3 种分法。 由分类加法计数原理,共 1 + 3 = 4 种。 易错点:一是误用排列或乘法原理重复计数(例如把 2 人组与 3 人组看作有编号的位置再除以 2,或直接算 A(3,1)×2);二是忽略「甲、乙同在 2 人组」这一类,只算出 3 种而误选 A。本题两组人数不同,组本身无序,不需要再除以 2,直接按分类加法计数即可。故选B。
4填空题
已知函数 f(x) = eˣ - ax - 1(a 为常数)。若 f(x) 在 R 上有且只有一个零点,则实数 a 的取值集合为 ________。
答案:a 的取值集合为 (-∞, 0] ∪ {1}。 解:f(0) = e⁰ - a×0 - 1 = 0,故 x = 0 恒为 f(x) 的一个零点。 f′(x) = eˣ - a。 ① 若 a ≤ 0,则 f′(x) = eˣ - a > 0 对一切 x ∈ R 成立,f(x) 在 R 上严格递增。严格单调函数至多有一个零点,而 x = 0 已是零点,故 f(x) 有且只有一个零点,符合题意。 ② 若 a > 0,令 f′(x) = 0 得 x = ln a。f(x) 在 (-∞, ln a) 上递减,在 (ln a, +∞) 上递增,最小值为 f(ln a) = a - a ln a - 1。  若 a = 1,最小值 f(0) = 0,且 x = 0 是唯一取得最小值的点,故 f(x) 有唯一零点 x = 0,符合题意。  若 a > 0 且 a ≠ 1,记 g(a) = a - a ln a - 1,则 g′(a) = -ln a,g(a) 在 (0, 1) 递增、在 (1, +∞) 递减,最大值 g(1) = 0,故当 a ≠ 1 时 g(a) = a - a ln a - 1 < 0,即 f(ln a) < 0。又 x → -∞ 时 f(x) → -1 < 0,x → +∞ 时 f(x) → +∞,故 f(x) 在 (ln a, +∞) 内有一个零点,同时由 f(0) = 0 且当 a ≠ 1 时 0 ≠ ln a 知零点不止一个,不合题意。 综上,a ∈ (-∞, 0] ∪ {1}。
解析:本题考查用导数研究函数零点个数,属于课本例题的直接变形。 思路:先由 f(0) = 0 发现零点恒存在,再借助 f′(x) = eˣ - a 判断单调性与最小值,把「唯一零点」转化为最小值是否为 0。 易错点:① 忽略对参数 a 分类讨论,尤其是 a ≤ 0 时 eˣ - a > 0 恒成立这一关键;② 代入 x = ln a 后算错最小值,应为 f(ln a) = a - a ln a - 1,而不是 a - 1;③ 只算出 a = 1 就停止,漏掉 a ≤ 0 的整段情形;④ 误以为 a > 0 时只要最小值 ≤ 0 就唯一,忘记还要与 x = 0 这个零点比较,导致多取或漏取。 结论:a 的取值集合为 (-∞, 0] ∪ {1}。
5解答题
已知 (x + 2/√x)ⁿ 的展开式中,第 3 项与第 5 项的二项式系数相等。 (1) 求 n 的值; (2) 求该展开式中含 x² 项的系数; (3) 求该展开式中所有项的系数之和。
答案:(1) 第 3 项的二项式系数为 C(n,2),第 5 项的二项式系数为 C(n,4)。由 C(n,2) = C(n,4),得 n(n-1)/2 = n(n-1)(n-2)(n-3)/24,即 (n-2)(n-3) = 12,n² - 5n - 6 = 0,解得 n = 6 或 n = -1(舍去)。故 n = 6。 (2) 通项 T(r+1) = C(6,r) · x^(6-r) · (2/√x)^r = C(6,r) · 2^r · x^(6-r-r/2) = C(6,r) · 2^r · x^(6 - 3r/2)。 令 6 - 3r/2 = 2,得 r = 8/3,不是非负整数,故展开式中不存在含 x² 的项,即含 x² 项的系数为 0。 (3) 令 x = 1,得所有项的系数之和为 (1 + 2)⁶ = 3⁶ = 729。
解析:第(1)问关键:二项式系数指 C(n,k),与该项中字母的系数无关,易错点是把「第3项与第5项的二项式系数相等」误当作「系数相等」而代入 2^r 计算。由 C(n,2)=C(n,4) 利用组合数性质也可直接得 2+4=n,即 n=6。 第(2)问易错:通项中 x 的指数为 6 - r - r/2 = 6 - 3r/2,学生常漏掉 (2/√x)^r 中 √x 带来的 r/2,误得 r = 4 而错答 C(6,4)·2⁴ = 240。本题 6-3r/2=2 无整数解,正确结论是该项不存在,系数为 0。 第(3)问易错:「各项系数之和」令字母取 1 即可,得 (1+2)⁶ = 729;若误求「二项式系数之和」则得 2⁶ = 64,二者要分清。
6解答题
已知 (1 + 2x)⁶ = a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + a₄x⁴ + a₅x⁵ + a₆x⁶。 (1) 求 a₁ + a₂ + a₃ + a₄ + a₅ + a₆ 的值; (2) 求展开式中含 x³ 项的系数 a₃; (3) 求展开式中系数最大的项。
答案:(1) 令 x = 1,得 a₀ + a₁ + a₂ + a₃ + a₄ + a₅ + a₆ = (1 + 2)⁶ = 3⁶ = 729。 令 x = 0,得 a₀ = 1。 所以 a₁ + a₂ + a₃ + a₄ + a₅ + a₆ = 729 − 1 = 728。 (2) 由二项式定理,(1 + 2x)⁶ 的展开式第 k + 1 项为 C₆ᵏ · 1⁶⁻ᵏ · (2x)ᵏ = C₆ᵏ · 2ᵏ · xᵏ。 含 x³ 项对应 k = 3,系数 a₃ = C₆³ × 2³ = 20 × 8 = 160。 (3) 通项系数为 C₆ᵏ · 2ᵏ(k = 0, 1, …, 6),依次为 1, 12, 60, 160, 240, 192, 64。 其中最大值为 240,对应 k = 4,故系数最大的项为 240x⁴。
解析:(1) 易错点:只代入 x = 1 得到 729 就作答,忘记减去常数项 a₀ = 1,导致误答 729。求「不含常数项的系数和」一定要先求 a₀ 再相减。 (2) 易错点:①忘记乘 2³,误答 C₆³ = 20;②混淆「第 3 项」与「含 x³ 的项」——第 k + 1 项中 x 的次数是 k,故 x³ 项是第 4 项而非第 3 项。 (3) 易错点:误认为「系数最大项」就是二项式系数 C₆ᵏ 最大的中间项 C₆³ = 20 对应的项;本题含 2ᵏ 因子,须逐项比较系数 C₆ᵏ·2ᵏ,最大为 k = 4 时的 240x⁴。区分「二项式系数最大」与「系数最大」是本题关键。
7解答题
已知 (2x + 1/x²)ⁿ 的展开式中,第 3 项与第 5 项的二项式系数相等。 (1)求 n 的值; (2)求展开式中的常数项; (3)求展开式中所有项的系数之和。
答案:(1)展开式中第 k+1 项的二项式系数为 C(n,k),故第 3 项(k=2)的二项式系数为 C(n,2),第 5 项(k=4)的二项式系数为 C(n,4)。由 C(n,2) = C(n,4),得 2 + 4 = n,故 n = 6。 (2)通项 T(r+1) = C(6,r)·(2x)^(6-r)·(1/x²)^r = C(6,r)·2^(6-r)·x^(6-3r)。令 6-3r = 0,得 r = 2。故常数项为 C(6,2)·2⁴ = 15 × 16 = 240。 (3)令 x = 1,得展开式所有项的系数之和为 (2×1 + 1/1²)⁶ = 3⁶ = 729。
解析:第(1)问关键是分清「二项式系数」与「项的系数」:第 3 项对应 r=2,第 5 项对应 r=4,由 C(n,2)=C(n,4) 及组合数性质 C(n,k)=C(n,n-k) 得 2+4=n=6,易错点是把项数 k 直接当作 r(第 3 项应取 r=2 而非 3)。第(2)问必须正确写出通项并化简:(1/x²)^r = x^(−2r),所以 x 的指数是 (6−r)−2r = 6−3r,令其为 0 得 r=2;易错点是指数运算出错(误写成 6−2r)或把 2 的指数误写为 r(应为 6−r=4),以及漏乘组合数。第(3)问用赋值法,令 x=1 得各项系数之和为 3⁶=729,易错点是误答为二项式系数之和 2⁶=64,二者含义不同。
8解答题
已知函数 f(x) = x³ - 3ax² + 3a²x + 1(a 为常数)。 (1)当 a = 2 时,求 f(x) 的单调递增区间; (2)若 f(x) 在区间 [1, 2] 上单调递减,求实数 a 的取值范围。
答案:(1)当 a = 2 时,f(x) = x³ - 6x² + 12x + 1, f′(x) = 3x² - 12x + 12 = 3(x² - 4x + 4) = 3(x - 2)²。 因为 3(x - 2)² ≥ 0 对一切 x ∈ R 成立,且仅在 x = 2 处为 0,所以 f′(x) ≥ 0,f(x) 在 R 上单调递增。 故 f(x) 的单调递增区间为 (-∞, +∞)(即 R)。 (2)f′(x) = 3x² - 6ax + 3a² = 3(x - a)²。 要使 f(x) 在 [1, 2] 上单调递减,需 f′(x) ≤ 0 对一切 x ∈ [1, 2] 成立(且不在该区间内任一子区间上恒为 0 以外的正数)。 由于 f′(x) = 3(x - a)² ≥ 0 恒成立,故 f′(x) ≤ 0 在 [1, 2] 上成立当且仅当 f′(x) = 0 对一切 x ∈ [1, 2] 成立,即 3(x - a)² = 0 对一切 x ∈ [1, 2] 成立,这要求 a 同时等于 [1, 2] 中的每一个 x,不可能。 进一步,若 a ∉ [1, 2],则 (x - a)² > 0 对一切 x ∈ [1, 2] 成立,f′(x) > 0,f(x) 在 [1, 2] 上严格递增,不合题意;若 a ∈ [1, 2],则 f′(x) ≥ 0 且 f′(x) 仅在 x = a 处为 0,f(x) 在 [1, 2] 上仍为递增,不合题意。 综上,不存在实数 a 使 f(x) 在 [1, 2] 上单调递减,即 a 的取值范围为空集 ∅。
解析:本题考查利用导数判断函数单调性,属于课本例题「求 f(x) = 2x³ - 9x² + 12x + 3 单调递增区间」的同类变形。 思路:求导得 f′(x) = 3(x - a)²,发现它是完全平方式,非负恒成立,这是全题的关键突破口。 易错点:① 求导后忘记因式分解,直接解二次不等式,容易算错;② 看到「单调递减」就想当然地令 f′(x) < 0 求 a,而没有注意到 f′(x) 恒非负这一事实,从而给出错误的范围;③ 把「单调递减」与「f′(x) ≤ 0」混为一谈时漏掉检验:本题 f′(x) ≤ 0 在 [1, 2] 上只能恒等于 0,而 3(x - a)² 不能在整个区间上恒为 0;④ 第(1)问写单调递增区间时,误以为 x = 2 是极值点、把区间拆成两段并用并集连接,实际上 f′(x) ≥ 0 且只有孤立零点,f(x) 在 R 上单调递增,应写成 (-∞, +∞) 或 R。 结论:(1)单调递增区间为 (-∞, +∞);(2)实数 a 的取值范围为空集 ∅。
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