新题型|多项选择题
前言
典例剖析

①. 过 \(E\), \(F\), \(G\) 三点作正方体的截面, 所得截面为正六边形;
解析:延长 \(EF\) 分别与 \(B_1A_1\), \(B_1B\) 的延长线交于 \(N\), \(Q\), 连接 \(GN\) 交 \(A_1D_1\) 于点 \(H\),设 \(HG\) 与 \(B_1C_1\) 的延长线交于 \(P\),连接 \(PQ\) 交 \(CC_1\)于 \(I\),交 \(BC\) 于 \(M\),连\(FH\), \(HG\), \(GI\), \(IM\),\(ME\), \(EF\),如图:

则截面六边形 \(EFHGIM\) 为正六边形,故①正确;
②. \(B_1D_1\) // 平面\(EFG\);
解析:因为 \(B_1D_1\) 与 \(HG\) 相交,故 \(B_1D_1\) 与平面 \(EFG\) 相交,所以②不正确;
③. \(BD_1\perp\) 平面 \(ACB_1\);
解析:连接 \(BD\) ,则易知 \(AC\perp\) 平面 \(BDD_1\),故可知 \(AC\perp BD_1\),同理可知,\(AB_1\perp BD_1\),

又由于 \(AC\subsetneqq\) 平面 \(ACB_1\), \(AB_1\subsetneqq\) 平面 \(ACB_1\),\(AB_1\cap AC=A\),
故\(BD_1\perp\) 平面 \(ACB_1\);
④. 异面直线 \(EF\)与 \(BD_1\)所成角的正切值为 \(\cfrac{\sqrt{2}}{2}\);
解析:连接\(A_1B\),则在\(Rt\triangle A_1BD_1\)中,可知直线 \(A_1B\)与 \(BD_1\)所成角的正切值为 \(\cfrac{\sqrt{2}}{2}\),
又由于\(EF\)//\(A_1B\),故异面直线 \(EF\)与 \(BD_1\)所成角的正切值为 \(\cfrac{\sqrt{2}}{2}\),即④正确;
⑤. 四面体 \(ACB_1D_1\) 的体积等于 \(\cfrac{1}{2}a^{3}\).
解析:法1,割补法,\(V_{ACB_1D_1}=a^3-4\times \cfrac{1}{3}\times [\cfrac{1}{2}\times a^2]\times a=\cfrac{1}{3}a^3\);
法2,公式法,\(V_{ACB_1D_1}=\cfrac{1}{3}\cdot S\cdot h=\cfrac{1}{3}[\cfrac{1}{2}\times(\sqrt{2}a)^2\times \cfrac{\sqrt{3}}{2}]\times\cfrac{2\sqrt{3}}{3}a=\cfrac{1}{3}a^3\);
补充说明:四面体 \(ACB_1D_1\) 为正方体内的正四面体;
(1). 若 \(x_{1}\) 满足 \(2x+2^{x}=5\), \(x_{2}\) 满足 \(2x+2\log _{2}(x-1)=5\), 则 \(x_{1}+x_{2}=4\);
(2). 函数 \(y=\log_{a}(x+3)-1\) (\(a>0\) 且 \(a\neq1)\) 的图象恒过定点 \(A\), 若点 \(A\) 在 \(mx+ny+2=0\) 上,其中 \(mn>0\),则 \(\cfrac{1}{m}+\cfrac{1}{n}\)的最小值是\(\cfrac{3+2\sqrt{2}}{2}\);
(3). 设 \(g(x)\) 是定义在 \(R\) 上,以 \(1\) 为周期的函数,若 \(f(x)=2x+g(x)\) 在 \([0, 1]\) 上的值域为\([-1,3]\),则 \(f(x)\) 在区间\([0,3]\)上的值域为 \([-1,7]\);
(4). 已知曲线 \(y=\sqrt{2x-x^{2}}\) \((0\leqslant x\leqslant 2)\) 与直线 \(y=k(x-2)+2\) 仅有 \(2\) 个交点, 则 \(k\in(\cfrac{3}{4}, 1)\);
(5). 函数 \(y=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\) 图象的对称中心为 \((2,1)\).
其中真命题序号为【\(\quad\quad\)】.
解析: 对【1】而言,由题意可知 \(2x_{1}+2^{x_{1}}=5\)①, \(2x_{2}+2\log _{2}(x_{2}-1)=5\)②,
由①式可得 \(2^{x_1}=5-2x_{1}\),则指数式化为对数式得到 \(x_{1}=\log_{2}(5-2x_{1})\),
即 \(2x_{1}=2\log_{2}(5-2x_{1})\), 令\(2x_{1}=7-2t\)此处的变形技巧性很强,为什么这样设元,原因是既要照顾到\(2x_1\),还要考虑变形后要和②式一模一样,故此处的操作技巧型太强了\(\quad\),
代入上式得 \(7-2t\)\(=\)\(2\log_{2}[5-(7-2t)]\)
\(=\)\(2\log_{2}(2t-2)\)\(=\)\(2[1+log_{2}(t-1)]\)\(=\)\(2+2\log_{2}(t-1)\),
则 \(5-2t=2\log_{2}(t-1)\),即 \(2t+2\log_{2}(t-1)=5\), 与②式比照得到 \(t=x_{2}\),
于是 \(2x_{1}=7-2x_{2}\),即 \(x_{1}+x_{2}=3.5\),故(1)不正确;
对【2】而言,函数 \(y=\log_{a}(x+3)-1\) (\(a>0\) 且 \(a\neq 1\)) 的图象恒过定点 \(A(-2,-1)\),
点 \(A\) 在 \(mx+ny+2=0\) 上,其中 \(mn>0\), 所以 \(-2m-n+2=0\),即 \(2m+n=2\),
由 \(2m+n=2\),\(mn>0\)可知,\(m>0\) 且 \(n>0\),
所以 \(\cfrac{1}{m}+\cfrac{1}{n}=\cfrac{1}{2}(2m+n)(\cfrac{1}{m}+\cfrac{1}{n})\)
\(=\cfrac{3}{2}+\cfrac{n}{2m}+\cfrac{m}{n}\geqslant\cfrac{3+2\sqrt{2}}{2}\),
当且仅当\(\cfrac{n}{2m}=\cfrac{m}{n}\)时取到等号,故 \(\cfrac{1}{m}+\cfrac{1}{n}\)的最小值是\(\cfrac{3+2\sqrt{2}}{2}\);故(2)正确;
对【3】而言,由于\(g(x)\) 是定义在 \(R\) 上,以 \(1\) 为周期的函数,故\(g(x)=g(x-1)=g(x-2)\),
设 \(x\in[1,2]\)由于函数\(g(x)\)的周期是\(1\),故每次取区间的宽度为 \(1\) ,这样就能利用\(g(x)\)的周期性和解析式变形;\(\quad\),则 \(x-1\in[0,1]\),
则 \(f(x)=2x+g(x)=2(x-1)+g(x-1)+2=f(x-1)+2\)①注意\(2(x-1)\)\(+\)\(g(x-1)\)\(=\)\(f(x-1)\)的逆向思维,和\(2x=2(x-1)+2\)的变形技巧\(\quad\),
因为 \(x\in[0,1]\) 时, \(f(x)\in[-1,3]\), 所以对于①式有,
\(f(x-1)\in[-1,3]\), \(f(x)=f(x-1)+2\in[1,5]\),
同理,当 \(x\in[2,3]\), 则 \(x-2\in[0,1]\),
则 \(f(x)\)\(=\)\(2x+g(x)\)\(=\)\(2(x-2)+g(x-2)+4\)\(=\)\(f(x-2)+4\)②注意\(2(x-2)\)\(+\)\(g(x-2)\)\(=\)\(f(x-2)\)的逆向思维,和\(2x=2(x-2)+4\)的变形技巧\(\quad\),
因为 \(x\in[0,1]\) 时, \(f(x)\in[-1,3]\), 所以对于②式, \(f(x-2)\in[-1,3]\),
所以 \(f(x)=f(x-2)+4\in[3,7]\),
综上所述,对以上三种情况求并集,得到 \(y=f(x)\) 在\([0, 3]\)上的值域为\([-1,7]\). 故 (3) 正确;
对【4】而言,已知曲线 \(y=\sqrt{2x-x^{2}}\) \((0\leqslant x\leqslant 2)\),同解变形为\((x-1)^2+y^2=1(y\geqslant 0)\),
在同一个坐标系中,做出两个函数的图像,由图像可知,直线和曲线仅有两个交点时, \(k\in(\cfrac{3}{4}, 1]\),故 (4) 不正确;
详细求解如下,
直线 \(y=k(x-2)+2\) 经过点 \((2,2)\) 和 \((0,0)\) 时,斜率为\(1\);
当直线和曲线相切时,直线斜率的求法思路之一:令\(\angle ABx=\theta\),
则\(\tan\theta=2\),由此求得\(\tan2\theta=\cfrac{2\tan\theta}{1-\tan^2\theta}=-\cfrac{4}{3}\),
故直线和曲线相切时的斜率\(k=\cfrac{3}{4}\),
由图像可知,直线和曲线仅有两个交点时, \(k\in(\cfrac{3}{4}, 1]\),
当直线和半圆相切时,直线斜率的求法思路之二:利用导数求解,略;
当直线和半圆相切时,直线斜率的求法思路之三:利用点 \((1,0)\) 到直线的距离\(d=r=1\)来求解,
点 \((1,0)\) 到直线 \(y=k(x-2)+2\),即直线 \(kx-y-2k+2=0\) 的距离 \(d=\cfrac{|k\times 1-0-2k+2|}{\sqrt{k^2+1}}=1\),
化简为 \(|k-2|=\sqrt{k^2+1}\),解得 \(k=\cfrac{3}{4}\),故直线和半圆相切时的斜率为 \(k=\cfrac{3}{4}\) .
对【5】而言,验证函数 \(y=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\)的对称性的思路之一:
在函数 \(y=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\) 的图象上任取一点 \((a, b)\), 则 \(b=\log_{2}\cfrac{2a}{4-a}\),
则点 \((a, b)\)关于点 \((2,1)\) 的对称点的坐标为 \((4-a,2-b)\),
[注意,此时不能直接将点 \((4-a,2-b)\) 代入函数\(y=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\),原因是我们并不知道点 \((4-a,2-b)\) 在不在这个函数图像上]
又由于 \(b=\log_{2}\cfrac{2a}{4-a}\), 得到 \(-b=\log_{2}\cfrac{4-a}{2a}\),
故\(2-b=2+\log_{2}\cfrac{4-a}{2a}=\log_{2}\cfrac{2(4-a)}{a}=\log_{2}\cfrac{2(4-a)}{4-(4-a)}\),
即点 \((4-a,2-b)\) 在函数\(y=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\)上 ,
由于点 \((a,b)\) 的任意性,可知函数图象的对称中心为\((2, 1)\), 故 (5) 正确.
验证函数 \(y=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\)的对称性的思路之二:
由于 \(y=f(x)=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}\),
故 \(f(4-x)=\log _{2}\cfrac{2(4-x)}{4-(4-x)}=\log _{2}\cfrac{2(4-x)}{x}\),
则\(f(x)+f(4-x)=\log _{2}\cfrac{2x}{4-x}+\log _{2}\cfrac{2(4-x)}{x}=\log_{2}4=2\),
即函数满足 \(f(x)+f(4-x)=2\),故函数 \(y=f(x)\) 关于点 \((2,1)\) 对称; 故 (5) 正确.
故真命题的序号为: (2). (3). (5).
分析:由\(\tan\alpha\),\(\tan\beta\)是方程\(x^2-kx+2=0\)的两不等实根,
由韦达定理可知,\(\tan\alpha+\tan\beta=k\),\(\tan\alpha\cdot \tan\beta=2\),
故选项\(A\)错误;选项\(B\)正确;
\(\tan(\alpha+\beta)=\cfrac{\tan\alpha+\tan\beta}{1-\tan\alpha\cdot\tan\beta}=\cfrac{k}{-1}=-k\);
又由于\(0<\alpha<\beta<\cfrac{\pi}{2}\),则\(\tanα>0\),\(\tanβ>0\),
则\(\tan\alpha+\tan\beta=k\geqslant 2\sqrt{\tan\alpha\cdot\tan\beta}=2\sqrt{2}\),
当且仅当\(\tan\alpha=\tan\beta\)时取到等号,故等号取不到;故选项\(C\)正确;
则\(k+\tan\alpha=2\tan\alpha+\tan\beta \geqslant 2\sqrt{2\tan\alpha\cdot \tan\beta}=4\),
当且仅当\(2\tan\alpha=\tan\beta\)时取到等号,故等号取不到;故选项\(D\)正确;
综上所述,故选项\(B\),\(C\),\(D\)正确;
分析:对于\(A\),由非零向量平行的传递性,可知正确;若题目中不限制非零向量,那么若\(\vec{b}=\vec{0}\),则满足 \(\vec{a}//\vec{b}\),\(\vec{b}//\vec{c}\),但不一定能推出\(\vec{a}//\vec{c}\),故是错误的。
对于\(B\),由\(\vec{a}\cdot\vec{b}=\vec{b}\cdot\vec{c}\),两边约去\(\vec{b}\),得到\(\vec{a}=\vec{c}\),这是错误的,原因是向量运算不满足消去律;应该这样变形,由题得到\(\vec{b}(\vec{a}-\vec{c})=0\),当\(\vec{b}=\vec{0}\)时,或者\(\vec{a}-\vec{c}=\vec{0}\)或者\(\vec{b}\perp(\vec{a}-\vec{c})\)时都满足条件,故不能得到\(\vec{a}=\vec{c}\),故B错误;
对于\(C\),给\(|\vec{a}+\vec{b}|=|\vec{a}-\vec{b}|\)两边平方,得到\(|\vec{a}+\vec{b}|^2=|\vec{a}-\vec{b}|^2\),整理得到,
\(\vec{a}\cdot\vec{b}=0\),故\(\vec{a}\perp\vec{b}\),故C正确;
对于\(D\),由\(\frac{\vec{a}}{|\vec{a}|}=\frac{\vec{b}}{|\vec{b}|}\),则\(\vec{a}\)与\(\vec{b}\)是共线向量,则\(\vec{a}//\vec{b}\),故D正确;
综上所述,选\(ACD\)。

①当 \(x=0\) 时, \(S\) 为矩形,其面积最大为 \(1\);

分析:当 \(x=0\) 时, \(S\) 为矩形,其面积最大时为矩形\(ABC_1D_1\),故最大面积为\(\sqrt{2}\),故①错误;
②当 \(x=y=\cfrac{1}{2}\) 时, \(S\) 为等腰梯形;

分析:如上图,由于\(x=y=\cfrac{1}{2}\),容易证明\(AP=D_1Q\),而\(PQ//AD_1\),故截面\(S\) 为等腰梯形;故②正确;
③当 \(x=\cfrac{1}{2}\),\(y\in(\cfrac{1}{2}, 1)\) 时, 设 \(S\) 与棱 \(C_{1}D_{1}\) 的交点为 \(R\),则 \(RD_{1}=2-\cfrac{1}{y}\);

分析:设 \(S\) 与棱 \(C_{1}D_{1}\) 的交点为 \(R\),延长\(DD_1\),使\(DD_1\cap QR=N\),
连接\(AN\)交\(A_1D_1\)于\(T\),连接\(TR\),可证\(AN//PQ\)一个平面和两个平行平面都相交,则所得的交线互相平行;\(\quad\),
故可知\(\triangle PCQ\sim \triangle AD_1N\),则\(\cfrac{PC}{AD}=\cfrac{CQ}{DN}=\cfrac{1}{2}\),
即\(\cfrac{y}{DN}=\cfrac{1}{2}\),故\(DN=2y\),则\(D_1N=2y-1\);
又由于\(\triangle NRD_1\sim \triangle QRC_1\),可得\(\cfrac{C_1R}{D_1R}=\cfrac{C_1Q}{D_1N}\),
令\(RD_1=x\),即\(\cfrac{1-x}{x}=\cfrac{1-y}{2y-1}\),利用合比定理,得到
\(\cfrac{1-x+x}{x}=\cfrac{1-y+2y-1}{2y-1}\),即\(\cfrac{1}{x}=\cfrac{y}{2y-1}\)
可得\(x=RD_1=2-\cfrac{1}{y}\),故③正确;
④当 \(y=1\) 时, 以 \(B_1\)为顶点,\(S\) 为底面的棱锥的体积为定值\(\cfrac{1}{3}\); 其中正确的命题为_______________.

分析:当 \(y=1\) 时, 以 \(B_1\)为顶点,\(S\) 为底面的棱锥\(B_1-PC_1MA\)的体积为
\(V_{B_1-PC_1MA}=2V_{B_1-PC_1M}=2V_{P-B_1C_1M}=2\times\cfrac{1}{3}\times\cfrac{1}{2}\times 1\times 1\times 1=\cfrac{1}{3}\),故④正确;
综上所述,正确的命题为②③④;
分析:由图可知,
选项\(A\),
\(B\)正确;
(1). \(PR\) 与 \(BQ\) 是异面直线;
(2). \(RQ\perp\) 平面 \(BCC_{1}B_{1}\);
(3). 平面 \(PQR//\) 平面 \(D_{1}AC\);
(4).过 \(P\) 、 \(Q\) 、 \(R\) 的平面截该正方体所得的截面是边长为 \(\sqrt{2}\) 的等边三角形 . 以上结论中正确的是____________(写出所有正确结论的序号)

解: 如图,在(1)中, \(PR\) 与 \(BQ\) 是异面直线错误; 因为点 \(P\) 、 \(Q\) 、 \(R\) 分别是表面 \(A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}\) 、 \(BCC_{1}B_{1}\) 、 \(ABB_{1}A_{1}\) 的中心, 所以在 \(\triangle A_{1}BC_{1}\) 中, \(P\), \(R\) 分别是 \(A_{1}B\), \(A_{1}C_{1}\) 的中点, 所以 \(PR//BQ\);
在(2)中,\(RQ\perp\) 平面 \(BCC_{1}B_{1}\) 错误; 与(1)同理可得 \(RQ//AC\), 所以 \(RQ\) 与平面 \(BCC_{1}B_{1}\) 所成的角是角 \(ACB\) 为 \(45^{\circ}\);
在(3)中,平面 \(PQR//\) 平面 \(D_{1}AC\) 正确, 因为与(1)同理得到 \(RQ//A C\), \(PR//AD_{1}\), 所以(3)正确;
在(4)中,过 \(P\)、\(Q\)、\(R\) 的平面截该正方体所得的截面是边长为 \(\sqrt{2}\) 的等边三角形,因为正方体的棱长为 \(1\), 所以 \(AC=\sqrt{2}\), 又点 \(P\)、\(Q\)、\(R\) 分别是表面 \(A_{1}B_{1} C_{1}D_{1}\) 、 \(BCC_{1}B_{1}\) 、 \(ABB_{1}A_{1}\) 的中心, 所过 \(P\)、\(Q\)、\(R\) 的截面即为面 \(A_{1}C_{1}B\), 故(4)正确.
因此答案为: (3)(4).
解:首先遇到的难点是要化简 \(x^2+y^2=2|x|+2|y|\),更多关于绝对值的化简,请参阅含有绝对值符号的问题,则
① 当 \(x\geq 0\),\(y\geq 0\) 时,\(x^2+y^2=2x+2y\),化简得 \((x-1)^2+(y-1)^2=2\),表示圆心为 \((1,1)\),半径 \(r=\sqrt{2}\) 的半圆;
② 当 \(x \geq 0\),\(y<0\) 时,\(x^2+y^2=2x-2y\),化简得 \((x-1)^2+(y+1)^2=2\),表示圆心为 \((1,-1)\),半径 \(r=\sqrt{2}\) 的半圆;
③ 当 \(x<0\),\(y\geq 0\) 时,\(x^2+y^2=-2x+2y\),化简得 \((x+1)^2+(y-1)^2=2\),表示圆心为 \((-1,1)\),半径 \(r=\sqrt{2}\) 的半圆;
④ 当 \(x<0\),\(y<0\) 时,\(x^2+y^2=-2x-2y\),化简得 \((x+1)^2+(y+1)^2=2\),表示圆心为 \((-1,-1)\),半径 \(r=\sqrt{2}\) 的半圆。
作出曲线 \(C: x^2+y^2=2|x|+2|y|\) 的图像如图所示:
对于选项 \(A\), 易知曲线图像有 \(4\) 条对称轴, 则选项 \(A\) 正确;
对于选项 \(B\),曲线图形由 \(4\) 个半圆组成,故其周长为 \(2\times 2\pi\times r=4\sqrt{2}\pi\), 则选项 \(B\) 错误;
对于选项 \(C\),由图可知, 曲线 \(C\) 上的任意两点间的最大距离为 \(4r=4\sqrt{2}\approx 5.66\) , 则选项 \(C\) 正确;
对于选项 \(D\),圆心 \((1,1)\) 到直线 \(4x+3y-18=0\) 的距离为 \(d_1=\cfrac{|4+3-18|}{\sqrt{4^2+3^2}}=\cfrac{11}{5}\),
\(T(a, b)\) 到直线 \(4x+3y-18=0\) 的距离 \(d_2=\cfrac{|4a+3b-18|}{\sqrt{4^2+3^2}}=\cfrac{|4a+3b-18|}{5}\),
若使 \(d_2\) 最小, 则有 \(d_2=d_1-r=\cfrac{11}{5}-\sqrt{2}\),所以 \(\cfrac{|4a+3b-18|}{5}=\cfrac{11}{5}-\sqrt{2}\),
得 \(|4a+3b-18|=11-5\sqrt{2}\), 则选项 \(D\) 正确。
故选: \(ACD\).
【解后反思】:关于 \(|4a+3b-18|\) 的最小值的求解思路选择,还可以考虑用三角函数求解,比如 \(T(a,b)\) 是曲线 \(C\) 上任意一点,则但点 \(T\) 在半圆 \((x-1)^2+(y-1)^2=2\) 上时,则 \(a=\sqrt{2}\cos\theta+1\), \(b=\sqrt{2}\sin\theta+1\),\(\theta\in[-\cfrac{\pi}{4},\cfrac{3\pi}{4}]\),代入计算,其他半圆上的情形用同法处理;当然这个思路明显没有从形上思考快捷。比如本题目的解法中将 \(|4a+3b-18|\) 看成点 \(T(a, b)\) 到直线 \(4x+3y-18=0\) 的距离的一部分,这个做法要引起注意。


近几年新兴的一类高考题目,多项选择题,说明考查难度开始加大了。
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