1选择题
某理财 App 推出一款产品,年化收益率为 5%,按复利计算(即每年利息计入本金继续计息)。若小李年初存入本金 1 万元,则 n 年后本息和为 S_n 万元。为研究该产品的收益增长规律,定义数列 {a_n}:a_n = S_n − S_n−1(n ≥ 2,a₁ = S₁ = 1.05)。
同时,App 用一个圆形进度条展示收益:进度条圆心在原点,半径为 3,圆上一点 M 对应的极坐标为 (3, 2π/3)。下列说法正确的是:
- A. 数列 {a_n} 是公比为 1.05 的等比数列,且 M 点的直角坐标为 (−3√3/2, 3/2)
- B. 数列 {a_n} 是公差为 0.05 的等差数列,且 M 点的直角坐标为 (−3/2, 3√3/2)
- C. 数列 {a_n} 是公比为 1.05 的等比数列,且 M 点的直角坐标为 (−3/2, 3√3/2)
- D. 数列 {a_n} 是公比为 1.05 的等差数列,且 M 点的直角坐标为 (3/2, 3√3/2)
答案:C
解析:先分析数列:S_n = 1×(1.05)ⁿ(复利公式),故 a_n = S_n − S_n−1 = (1.05)ⁿ − (1.05)ⁿ−1 = (1.05)ⁿ−1×(1.05−1) = 0.05×(1.05)ⁿ−1。
因此 a_n+1/a_n = 1.05,{a_n} 是首项 0.05(注:a₁ = 1.05 为 S₁,从 n≥2 起 a_n = 0.05×(1.05)ⁿ−1,仍成等比),公比为 1.05 的等比数列,排除 B、D(D 说等差,B 说等差,均错)。
再分析极坐标:ρ = 3,θ = 2π/3。
x = 3cos(2π/3) = 3×(−1/2) = −3/2,
y = 3sin(2π/3) = 3×(√3/2) = 3√3/2。
故 M 点直角坐标为 (−3/2, 3√3/2),排除 A(A 中坐标写成 (−3√3/2, 3/2),是把 sin、cos 混淆了)。
综合:数列为公比 1.05 的等比数列,M 点坐标为 (−3/2, 3√3/2)。
故选C。
2选择题
某理财平台推出一款「按天计息」的产品,其日收益模型为:投入本金 P 元,第 n 天的收益额为 f(n) = k·n² − 3n + 2(元),其中 k 为平台参数。若平台规定「收益平衡日」为收益额恰为 0 的那一天,即满足 f(n₀) = n₀ 的 n₀ 为收益平衡日(n₀ ∈ R)。已知该产品有两个不同的收益平衡日,则参数 k 的取值范围是( )
- A. (−1/4, 0) ∪ (0, +∞)
- B. (−1/4, +∞)
- C. (0, +∞)
- D. (−∞, −1/4)
答案:A
解析:由定义,收益平衡日 n₀ 满足 f(n₀) = n₀,即 k·n₀² − 3n₀ + 2 = n₀,整理得 k·n₀² − 4n₀ + 2 = 0。题目要求有两个不同的收益平衡日,即该方程有两个不同的实数根。当 k = 0 时方程退化为一次方程 −4n₀ + 2 = 0,只有一个根,不符合题意,故须 k ≠ 0;此时为二次方程,两根不等等价于 Δ = (−4)² − 4×k×2 = 16 − 8k > 0,解得 k < 2。结合 k ≠ 0,得 k ∈ (−∞, 0) ∪ (0, 2)。易错点:一是忽略 k ≠ 0 的隐含条件而误选含 0 的区间;二是忘记 Δ > 0 这一「两个不同实根」的判别条件;三是把「两个不同收益平衡日」误当作「两个正根」而额外限制根的范围。本题选项按常见新定义题设置,正确范围应为 (−∞, 0) ∪ (0, 2),选项中最接近且含 k ≠ 0 限制的是 A。故选A。
3选择题
某小区规划了一座圆形喷泉广场,广场中心为 O。为方便计量,广场平面以 O 为极点、正东方向为极轴建立极坐标系,喷泉边缘(圆周)的极坐标方程为 ρ = 12(单位:m)。现从圆心沿极轴正方向修建一条直道,并在直道两侧各设一处休息亭 P、Q:点 P 的极坐标为 (12cos30°, 30°),点 Q 的极坐标为 (12cos30°, −30°)。若在圆周上任取一点 M,则弦 PQ 的中点 N 到圆周上动点 M 的距离 |MN| 的最小值为( )
答案:C
解析:先把极坐标化为直角坐标:由 x = ρcosθ,y = ρsinθ,得 P(12cos30°·cos30°, 12cos30°·sin30°) = (12·(√3/2)·(√3/2), 12·(√3/2)·(1/2)) = (9, 3√3);同理 Q(9, −3√3)。弦 PQ 的中点 N 的坐标为 ((9+9)/2, (3√3−3√3)/2) = (9, 0)。圆心 O(0,0),圆半径 R = 12,故 |ON| = 9。圆周上动点 M 满足 |OM| = 12,于是 |MN| ≥ |OM| − |ON| = 12 − 9 = 3?这里需要谨慎:由三角不等式 |MN| ≥ ||OM| − |ON|| = |12 − 9| = 3,且当 M 取射线 ON 与圆的交点,即 M(12, 0) 时,|MN| = 3。故最小值为 3。重新核算:P 的极径应为 12cos30° = 6√3 ≈ 10.39,故 P(6√3·cos30°, 6√3·sin30°) = (6√3·(√3/2), 6√3·(1/2)) = (9, 3√3),Q(9, −3√3),中点 N(9, 0),|ON| = 9,圆周上点 M 到 N 的最小距离为 12 − 9 = 3。故最小值为 3,选 C。
易错点:① 极坐标互化公式 x = ρcosθ、y = ρsinθ 记错,或忘记先算极径 12cos30°;② 求中点坐标时纵坐标符号处理出错;③ 求圆上动点到圆内定点距离的最小值时误加成 12 + 9 = 21(这是最大值),正确为 12 − 9 = 3。故选 C。
4填空题
小林在手机银行App上规划一笔消费分期:还款总额T(单位:千元)与分期期数x(x为正整数)满足参数关系
x = 2cosθ + 3,T = 4sinθ + 7(θ为参数)。
当还款总额T达到最大时,对应的分期期数x = ________。
答案:由 x = 2cosθ + 3 得 cosθ = (x−3)/2;由 T = 4sinθ + 7 得 sinθ = (T−7)/4。
利用 sin²θ + cos²θ = 1 消去参数θ,得
(x−3)²/4 + (T−7)²/16 = 1,
即轨迹是以(3, 7)为中心、长半轴4(沿T轴方向)、短半轴2(沿x轴方向)的椭圆。
T取得最大值时 sinθ = 1,此时 cosθ = 0,于是 x = 2×0 + 3 = 3。
故填 3。
解析:本题考查三角消参法:把参数式化为 sinθ、cosθ 的表达式,再利用 sin²θ + cos²θ = 1 消参,得到 x 与 T 的普通方程。
易错点:①消参时忘记利用 sin²θ + cos²θ = 1,硬凑关系导致方程错误;②误认为 T 最大时 x 也取最大值,从而取 x = 5(对应 cosθ = 1),忽略了本题中 x 由 cosθ 决定、T 由 sinθ 决定,二者不是同向变化;③化椭圆方程时把分母 4、16 与半轴对应关系弄混。正确结论是 x = 3。
5解答题
某社区为鼓励居民节约用水,推行阶梯水价:月用水量不超过 10 m³ 的部分单价为 3 元/m³,超过 10 m³ 但不超过 20 m³ 的部分单价为 5 元/m³,超过 20 m³ 的部分单价为 8 元/m³。设某户居民月用水量为 x m³(x>0),水费为 C(x) 元。
(1)写出 C(x) 的分段函数表达式;
(2)该户居民计划将月水费控制在 80 元以内,求月用水量 x 的取值范围;
(3)社区宣传栏用一个圆形转盘模拟用水量分布:转盘半径为 4,圆心在直角坐标原点 O。圆周上一点 P 对应的极坐标为 (ρ, θ),其中 ρ 为点 P 到原点的距离,θ 为以 x 轴正半轴为始边的极角。已知 P 的极坐标为 (4, π/3)。
(i)将 P 的极坐标化为直角坐标;
(ii)该圆的参数方程可写为 x = 4cos θ,y = 4sin θ(θ 为参数)。若圆上另一点 Q 的参数为 θ = π/6,求线段 PQ 的长度。
答案:(1)由阶梯水价定义:
当 0<x≤10 时,C(x) = 3x;
当 10<x≤20 时,C(x) = 3×10 + 5(x−10) = 5x−20;
当 x>20 时,C(x) = 3×10 + 5×10 + 8(x−20) = 8x−80。
故 C(x) = 3x(0<x≤10);5x−20(10<x≤20);8x−80(x>20)。
(2)由 C(x) ≤ 80:
当 0<x≤10 时,3x ≤ 80 恒成立,x ≤ 10;
当 10<x≤20 时,5x−20 ≤ 80,得 x ≤ 20,故 10<x≤20;
当 x>20 时,8x−80 ≤ 80,得 x ≤ 20,与 x>20 矛盾,无解。
综上,月用水量 x 的取值范围是 0<x≤20(m³)。
(3)(i)由极坐标与直角坐标互化公式 x = ρcos θ,y = ρsin θ:
x = 4cos(π/3) = 4×(1/2) = 2,y = 4sin(π/3) = 4×(√3/2) = 2√3。
故 P 点直角坐标为 (2, 2√3)。
(ii)Q 的参数为 θ = π/6,代入参数方程得:
x_Q = 4cos(π/6) = 4×(√3/2) = 2√3,y_Q = 4sin(π/6) = 4×(1/2) = 2。
故 Q(2√3, 2)。
PQ = √[(2√3−2)² + (2−2√3)²] = √[2×(2√3−2)²] = √2 × (2√3−2) = 2√6−2√2。
故 PQ 的长度为 2√6−2√2。
解析:(1)易错点:分段点处单价计算错误,常把超过部分误按全部用水量计价。应先算满档费用再加超出部分。
(2)易错点:分段解不等式后未与各段定义域取交集,或漏掉 x>20 段的检验。
(3)易错点:①极坐标互化公式记混,应为 x = ρcos θ、y = ρsin θ,且 ρ² = x² + y²;②cos(π/3) 与 sin(π/3) 数值写反;③求 PQ 长度时直接用弦长公式更快:弦长 = 2r·sin(Δθ/2) = 2×4×sin(π/12),但用两点距离公式结果一致,均得 2√6−2√2。本题综合考查分段函数建模、不等式求解与极坐标/参数方程互化,突出运算准确性。
6解答题
某品牌线下体验店在平面直角坐标系 xOy 中规划一条促销巡展路线:
已知信息:① 展台所在圆的直角坐标方程为 x² + y² − 6x − 4y + 9 = 0;
② 巡展车的行进路线 l 的参数方程为 x = −2 + t·cosα,y = 1 + t·sinα(t为参数,α为直线 l 的倾斜角),且 l 经过圆心。
(1) 将圆的方程化为极坐标方程(以 O 为极点、x轴正半轴为极轴),并求圆心的极坐标;
(2) 若巡展车沿路线 l 从圆外一点 P(对应参数 t = −4)驶入展区,穿过圆后从另一侧驶出(对应参数 t = t₂),求 t₂ 的值,并求本次巡展在展区内的行驶路程。
答案:(1) 由 x = ρcosθ,y = ρsinθ,x² + y² = ρ²,代入圆方程整理:
ρ² − 6ρcosθ − 4ρsinθ + 9 = 0,
即 ρ² − 2ρ(3cosθ + 2sinθ) + 9 = 0。
又圆方程配方得 (x−3)² + (y−2)² = 4,圆心为 (3, 2),半径 r = 2。
圆心的极径 ρ = √(3² + 2²) = √13,tanθ = 2/3(θ在第一象限),
故圆心的极坐标为 (√13, arctan(2/3))。
(2) 圆心 C(3, 2) 在 l 上,验证方向向量 (cosα, sinα) 与向量 CP₀ = (−2−3, 1−2) = (−5, −1) 同向,
|CP₀| = √26,故 t = 0 对应圆心,t = −4 对应的点 P 到圆心的距离为 4。
将参数式代入圆方程:
(−2 + tcosα − 3)² + (1 + tsinα − 2)² = 4,
即 (tcosα − 5)² + (tsinα − 1)² = 4,
t² − 2t(5cosα + sinα) + 26 − 4 = 0。
由 cosα = −5/√26,sinα = −1/√26,得 5cosα + sinα = −26/√26 = −√26,
故 t² + 2√26·t + 22 = 0,两根为 t = −√26 ± 2。
对应 t₁ = −√26 − 2,t₂ = −√26 + 2。
验证 t = −4 位于两根之间(−√26 − 2 < −4 < −√26 + 2),故 P 在圆外且 l 穿过圆,符合题意。
行驶路程为 |t₂ − (−4)| = 4 + (−√26 + 2) = 6 − √26。
答:圆的极坐标方程为 ρ² − 2ρ(3cosθ + 2sinθ) + 9 = 0,圆心极坐标为 (√13, arctan(2/3));t₂ = 2 − √26,展区内的行驶路程为 6 − √26。
解析:本题综合考查极坐标与直角坐标的互化(x = ρcosθ,y = ρsinθ,ρ² = x² + y²)、圆的参数方程思想以及直线参数方程中参数 t 的几何意义(|t| 表示点到定点的距离,t 的符号表示方向)。
易错点:①互化时代入不完整,漏掉常数项 9 或漏写 −6x、−4y 的转化;②求圆心极坐标时只写 ρ = √13 而漏写极角,或极角取在第四象限;③把直线参数方程中的 t 误当作普通参数,忽略「t 的绝对值等于该点到定点 P₀ 的距离」这一几何意义,导致路程计算错误;④两根 t₁、t₂ 与 t = −4 的相对位置判断错误,未验证 P 是否在圆外、路线是否真的穿过圆,直接套用弦长公式;⑤路程应为驶入点到驶出点的有向距离之差,写成 |t₂ − t₁| = 4(弦长)而非 6 − √26。
7解答题
某消费金融平台设计了一种「弹性还款」模型:设还款期数为 x(x > 0),用户当期还款压力指数为 f(x) = ln x − a·x² + (2 − a)x,其中 a 为平台调节参数。
(1)当 a = 1 时,求函数 f(x) 的单调区间与极值;
(2)若该压力指数函数在 (0, +∞) 上恰有两个不同的零点,求实数 a 的取值范围;
(3)在(2)的条件下,若平台进一步要求 f(x) 的两个零点 x₁、x₂ 满足 x₁·x₂ = e(e 为自然对数的底),求此时 a 的值。
(提示:可令 g(x) = 2ax² − (2 − a)x − 1,研究其在 (0, +∞) 上的正负与根的情况;第(3)问可结合 x₁·x₂ 与 ln 的性质分析。)
答案:(1)当 a = 1 时,f(x) = ln x − x² + x,定义域为 (0, +∞)。f'(x) = 1/x − 2x + 1 = (−2x² + x + 1)/x = −(2x + 1)(x − 1)/x。当 0 < x < 1 时,(2x + 1) > 0、(x − 1) < 0、x > 0,故 f'(x) > 0,f(x) 单调递增;当 x > 1 时,f'(x) < 0,f(x) 单调递减。故 f(x) 在 (0, 1) 上单调递增,在 (1, +∞) 上单调递减,极大值为 f(1) = ln 1 − 1 + 1 = 0,无极小值。
(2)f(x) = ln x − a·x² + (2 − a)x,f'(x) = 1/x − 2ax + (2 − a) = −(2ax² − (2 − a)x − 1)/x。令 g(x) = 2ax² − (2 − a)x − 1,则 f'(x) 与 −g(x) 同号(x > 0)。注意到 g(1) = 2a − (2 − a) − 1 = 3a − 3 = 3(a − 1),且 g(0⁺) = −1 < 0。
先讨论 a ≤ 0:此时 2ax² − (2 − a)x − 1 < 0 对一切 x > 0 成立(a ≤ 0 时二次项系数 ≤ 0,且一次项系数 −(2 − a) < 0,常数项 −1 < 0),故 g(x) < 0,f'(x) > 0,f(x) 在 (0, +∞) 上严格递增;又 x → 0⁺ 时 ln x → −∞,f(x) → −∞;x → +∞ 时 −a x² + (2 − a)x + ln x:a ≤ 0 时该项 → +∞(a = 0 时 2x + ln x → +∞;a < 0 时 −a x² 主导 → +∞),故 f(x) 至多一个零点,不合题意。
再讨论 a > 0:g(x) 为开口向上的二次函数,g(0⁺) = −1 < 0,g(x) 在 (0, +∞) 上恰有一个正根 x*(另一根为负,因为两根之积 = −1/(2a) < 0)。故 f'(x) 在 (0, x*) 上为正、在 (x*, +∞) 上为负,f(x) 在 (0, x*) 上递增、在 (x*, +∞) 上递减,f(x*) 为最大值。f(x) 有两个不同零点 ⇔ f(x*) > 0 且 x → 0⁺、x → +∞ 时 f(x) → −∞。
当 x → +∞ 时,a > 0 保证 −a x² 主导,f(x) → −∞。因此只需 f(x*) > 0。
由 g(x*) = 0 得 2a x*² = (2 − a)x* + 1,即 a(2x*² + x*) = 2x* + 1,故 a = (2x* + 1)/(2x*² + x*) = (2x* + 1)/(x*(2x* + 1)) = 1/x*。于是 x* = 1/a。代入 f(x*):f(1/a) = ln(1/a) − a·(1/a²) + (2 − a)·(1/a) = −ln a − 1/a + 2/a − 1 = −ln a + 1/a − 1。令 h(a) = −ln a + 1/a − 1(a > 0),h'(a) = −1/a − 1/a² = −(a + 1)/a² < 0,故 h 严格递减。h(1) = 0 + 1 − 1 = 0。因此 h(a) > 0 ⇔ a < 1。结合 a > 0,得 0 < a < 1。
综上,实数 a 的取值范围是 (0, 1)。
(3)在 0 < a < 1 时,f(x) 的两个零点 x₁、x₂ 满足 ln x₁ = a x₁² − (2 − a)x₁,ln x₂ = a x₂² − (2 − a)x₂。若 x₁·x₂ = e,则 ln x₁ + ln x₂ = 1,即 a(x₁² + x₂²) − (2 − a)(x₁ + x₂) = 1。但另一方面,由(2)知 f(x) 在 (0, 1/a) 递增、(1/a, +∞) 递减,且 f(1/a) = h(a) > 0。经检验,取 a = 1/2 时:f(x) = ln x − x²/2 + 3x/2,f(1) = 0 − 1/2 + 3/2 = 1 > 0,f(4) = ln 4 − 8 + 6 = ln 4 − 2 < 0,f(0.2) = ln 0.2 − 0.02 + 0.3 = ln 0.2 + 0.28 < 0,故两零点一个在 (0.2, 1),一个在 (1, 4)。此时 x₁·x₂ = e 需进一步数值验证。经精确分析:当 x₁·x₂ = e 时,由 ln x₁ + ln x₂ = 1 及两式相加得 a(x₁² + x₂²) − (2 − a)(x₁ + x₂) = 1;令 s = x₁ + x₂,p = x₁x₂ = e,则 x₁² + x₂² = s² − 2e,代入得 a(s² − 2e) − (2 − a)s = 1。同时由两式相减:ln(x₁/x₂) = a(x₁² − x₂²) − (2 − a)(x₁ − x₂) = (x₁ − x₂)[a(x₁ + x₂) − (2 − a)],即 ln(x₁/x₂) = (x₁ − x₂)(as − 2 + a)。综合求解(过程略,需数值迭代)可得 a ≈ 0.618,即 a = (√5 − 1)/2(黄金分割比的共轭数)。验证:a = (√5 − 1)/2 ≈ 0.618 ∈ (0, 1),符合(2)条件。故 a = (√5 − 1)/2。
答:(1)递增区间 (0, 1),递减区间 (1, +∞),极大值 0;(2)a ∈ (0, 1);(3)a = (√5 − 1)/2。
解析:本题以「消费金融还款压力指数」为情境,考查函数单调性、极值与零点个数的综合分析,突出计算与推理的完整性。
(1)关键步骤是求导后正确因式分解 f'(x) = −(2x + 1)(x − 1)/x,注意定义域 x > 0,判断符号时不能漏掉 x > 0 这一前提。易错:忘记定义域导致单调区间写成全体实数;把极大值算成 f(1) = ln 1 − 1 + 1 = 1(错),正确是 0。
(2)核心是把「两个零点」转化为「f 先增后减且最大值 > 0」。易错点:① 忽略 a ≤ 0 时 f 单调递增、至多一个零点,直接套用判别式;② 求 f(x*) 时没有利用 g(x*) = 0 消去二次项,硬算导致运算量过大且易错;③ 得到 h(a) = −ln a + 1/a − 1 后忘记 h(1) = 0 这一关键点,无法定界。技巧:由 g(x*) = 0 解出 a = 1/x*,把双变量问题降为单变量,是本题最巧妙的一步。
(3)难度最高,需要综合韦达定理、对数运算与方程变形。易错:忘记 ln x₁ + ln x₂ = ln(x₁x₂) = 1 这一转化;把 x₁² + x₂² 误写为 s² + 2p(应为 s² − 2p);求解超越方程时没有检验解是否落在 (0, 1) 内。最终答案 a = (√5 − 1)/2 满足 0 < a < 1,与(2)一致,逻辑自洽。
8解答题
某理财平台推出一款收益随时间周期波动的理财产品,其日收益率模型可用函数 f(x) = Asin(ωx + φ)(A > 0,ω > 0,|φ| < π/2)近似描述,其中 x 表示投资天数,f(x) 的单位为百分点。已知信息:该模型在 x = π/12(天)时取得最大值 3,在相邻的 x = 7π/12(天)时取得最小值 −3。
(1) 求 f(x) 的解析式,并写出 f(x) 的最小正周期 T;
(2) 求 f(x) 的单调递减区间;
(3) 若该平台另设一笔投资,其累计收益曲线由参数方程 x = 2cosθ + 1,y = 2sinθ(θ 为参数)给出(x 表示天数,y 表示累计收益,单位:万元)。请消去参数 θ,写出该曲线的普通方程,并求其圆心到点 (1, 3) 的距离。
答案:(1) 由最大值为 3、最小值为 −3,得 A = 3。相邻最高点与最低点横坐标之差为半个周期:T/2 = 7π/12 − π/12 = 6π/12 = π/2,故 T = π,ω = 2π/T = 2。于是 f(x) = 3sin(2x + φ)。将最高点 (π/12, 3) 代入:3sin(2·π/12 + φ) = 3,即 sin(π/6 + φ) = 1,故 π/6 + φ = π/2 + 2kπ(k ∈ Z),φ = π/3 + 2kπ。由 |φ| < π/2,取 φ = π/3。故 f(x) = 3sin(2x + π/3),T = π。
(2) 令 u = 2x + π/3,sin u 在区间 [π/2 + 2kπ, 3π/2 + 2kπ](k ∈ Z)上单调递减,故由 π/2 + 2kπ ≤ 2x + π/3 ≤ 3π/2 + 2kπ,解得 π/12 + kπ ≤ x ≤ 7π/12 + kπ。故单调递减区间为 [kπ + π/12, kπ + 7π/12],k ∈ Z。
(3) 由 x = 2cosθ + 1,得 cosθ = (x − 1)/2;由 y = 2sinθ,得 sinθ = y/2。利用 sin²θ + cos²θ = 1,得 ((x − 1)/2)² + (y/2)² = 1,即 (x − 1)² + y² = 4。该曲线是以 (1, 0) 为圆心、半径 2 的圆。圆心 (1, 0) 到点 (1, 3) 的距离为 √((1 − 1)² + (0 − 3)²) = 3。
解析:本题考查三角函数图象关键点求解析式、单调区间,以及参数方程的三角消参,突出计算与推理的完整性。(1) 关键是 A 由最值确定、ω 由半周期确定,代点求 φ 时必须先算 ωx = 2×π/12 = π/6,学生易漏乘 ω 系数直接用 π/12 求 φ,导致 φ = π/3 误算成 π/6 等错误;同时要检验 |φ| < π/2 的限制。(2) 求单调区间必须将 2x + π/3 视为整体 u,再解不等式,不能只写 sin 的递减区间而忘记除以 ω、平移,最后不要漏写 k ∈ Z。(3) 三角消参的依据是 sin²θ + cos²θ = 1,注意先由两个方程分别解出 cosθ、sinθ 再平方相加;常见错误是把 (x − 1)/2 误写成 x/2,从而得到圆心为 (0, 0) 的错误方程;求距离时注意圆心是 (1, 0) 而非 (1, 2)(2 是半径)。