(新課標)2020版高考數(shù)學二輪復習 專題八 數(shù)學文化及數(shù)學思想 第1講 數(shù)學文化學案 理 新人教A版
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1、第1講 數(shù)學文化 函數(shù)中的數(shù)學文化題 [典型例題] 中國傳統(tǒng)文化中很多內(nèi)容體現(xiàn)了數(shù)學的“對稱美”.如圖所示的太極圖是由黑白兩個魚形紋組成的圓形圖案,充分體現(xiàn)了相互轉化、對稱統(tǒng)一的形式美、和諧美.定義:圖象能夠?qū)AO的周長和面積同時等分成兩部分的函數(shù)稱為圓O的一個“太極函數(shù)”,給出下列命題: ①對于任意一個圓O,其“太極函數(shù)”有無數(shù)個; ②函數(shù)f(x)=ln(x2+)可以是某個圓的“太極函數(shù)”; ③正弦函數(shù)y=sin x可以同時是無數(shù)個圓的“太極函數(shù)”; ④函數(shù)y=f(x)是“太極函數(shù)”的充要條件為函數(shù)y=f(x)的圖象是中心對稱圖形. 其中正確的命題為( )
2、A.①③ B.①③④ C.②③ D.①④ 【解析】 過圓心的直線都可以將圓的周長和面積等分成兩部分,故對于任意一個圓O,其“太極函數(shù)”有無數(shù)個,故①正確; 函數(shù)f(x)=ln(x2+)的圖象如圖1所示, 故其不可能為圓的“太極函數(shù)”,故②錯誤; 將圓的圓心放在正弦函數(shù)y=sin x圖象的對稱中心上,則正弦函數(shù)y=sin x是該圓的“太極函數(shù)”, 從而正弦函數(shù)y=sin x可以同時是無數(shù)個圓的“太極函數(shù)”,故③正確; 函數(shù)y=f(x)的圖象是中心對稱圖形,則y=f(x)是“太極函數(shù)”,但函數(shù)y=f(x)是“太極函數(shù)”時,圖象不一定是中心對稱圖形,如圖2所示
3、,故④錯誤.故選A. 【答案】 A 中華太極圖,悠悠千古昭著于世,像朝日那樣輝煌宏麗,又像明月那樣清亮壯美.它是我們?nèi)A夏先祖的智慧結晶,它是中國傳統(tǒng)文化的驕傲象征,它更是中華民族獻給人類文明的無價之寶.試題通過太極圖展示了數(shù)學文化的民族性與世界性. [對點訓練] (2019·福建泉州兩校聯(lián)考)我國古代數(shù)學著作《九章算術》中有如下問題:“今有人持金出五關,前關二而稅一,次關三而稅一,次關四而稅一,次關五而稅一,次關六而稅一,并五關所稅,適重一斤.”其意思為:“今有人持金出五關,第1關所收稅金為持金的,第2關所收稅金為剩余持金的,第3關所收稅金為剩余持金的,第4關所收稅金為剩余持金的
4、,第5關所收稅金為剩余持金的,5關所收稅金之和恰好重1斤.”則在此問題中,第5關所收稅金為( ) A.斤 B.斤 C.斤 D.斤 解析:選C.設此人持金x斤,根據(jù)題意知第1關所收稅金為斤; 第2關所收稅金為斤; 第3關所收稅金為斤; 第4關所收稅金為斤; 第5關所收稅金為斤. 易知++++=1, 解得x=.則第5關所收稅金為斤.故選C. 數(shù)列中的數(shù)學文化題 [典型例題] (1)(2019·湖南長沙雅禮中學模擬)我國古代數(shù)學著作《九章算術》有如下問題:“今有金箠,長五尺,斬本一尺,重四斤,斬末一尺,重二斤,問次一尺各重幾何?”意思是:“現(xiàn)有一根金箠,長5尺,一
5、頭粗,一頭細,在粗的一端截下1尺,重4斤,在細的一端截下1尺,重2斤,問依次每一尺各重多少斤?”設該金箠由粗到細是均勻變化的,其重量為M,現(xiàn)將該金箠截成長度相等的10段,記第i段的重量為ai(i=1,2,…,10),且a1 6、4天內(nèi)所走的總路程為( )
A.里 B.1 050里
C.里 D.2 100里
【解析】 (1)由題意知,由細到粗每段的重量組成一個等差數(shù)列,記為{an},設公差為d,則有??
所以該金箠的總重量 M=10×+×=15.
因為48ai=5M,所以有48[+(i-1)×]=75,解得i=6,故選C.
(2)由題意可知,馬每天行走的路程組成一個等比數(shù)列,設該數(shù)列為{an},則該匹馬首日行走的路程為a1,公比為,則有=700,則a1=,則=(里).故選C.
【答案】 (1)C (2)C
(1)數(shù)列中的數(shù)學文化題一般以我國古代數(shù)學名著中的等差數(shù)列和等比數(shù)列問題為背景,考查等差 7、數(shù)列和等比數(shù)列的概念、通項公式和前n項和公式.
(2)解決這類問題的關鍵是將古代實際問題轉化為現(xiàn)代數(shù)學問題,掌握等比(差)數(shù)列的概念、通項公式和前n項和公式.
[對點訓練]
1.《九章算術》是我國古代的數(shù)學名著,書中《均輸章》有如下問題:“今有五人分五錢,令上二人所得與下三人等,問各得幾何.”其意思為:已知甲、乙、丙、丁、戊五人分5錢,甲、乙兩人所得與丙、丁、戊三人所得相同,且甲、乙、丙、丁、戊每人所得依次成等差數(shù)列,問五人各得多少錢?(“錢”是古代的一種重量單位)在這個問題中,丙所得為( )
A.錢 B.錢
C.錢 D.1錢
解析:選D.因為甲、乙、丙、丁、戊每人所得依 8、次成等差數(shù)列,設每人所得依次為a-2d、a-d、a、a+d、a+2d,則a-2d+a-d+a+a+d+a+2d=5,解得a=1,即丙所得為1錢,故選D.
2.(一題多解)《九章算術》中有一題:今有牛、馬、羊食人苗.苗主責之粟五斗.羊主曰:“我羊食半馬.”馬主曰:“我馬食半牛.”今欲衰償之,問各出幾何.其意思是:今有牛、馬、羊吃了別人的禾苗,禾苗主人要求賠償五斗粟.羊主人說:“我羊所吃的禾苗只有馬的一半.”馬主人說:“我馬所吃的禾苗只有牛的一半.”若按此比例償還,牛、馬、羊的主人各應賠償多少粟?在這個問題中,牛主人比羊主人多賠償( )
A.斗粟 B.斗粟
C.斗粟 D.斗粟
解:選 9、C.法一:設羊、馬、牛主人賠償?shù)乃诘亩窋?shù)分別為a1,a2,a3,則這3個數(shù)依次成等比數(shù)列,公比q=2,所以a1+2a1+4a1=5,
解得a1=,故a3=,a3-a1=-=,故選C.
法二:羊、馬、牛主人賠償?shù)谋壤?∶2∶4,故牛主人應賠償5×=(斗),羊主人應賠償5×=(斗),故牛主人比羊主人多賠償了-=(斗),故選C.
三角函數(shù)中的數(shù)學文化題
[典型例題]
《數(shù)書九章》中給出了“已知三角形三邊長求三角形面積的求法”,填補了我國傳統(tǒng)數(shù)學的一個空白,與著名的海倫公式完全等價,由此可以看出我國古代人具有很高的數(shù)學水平,其求法是“以小斜冪并大斜冪減中斜冪,余半之,自乘于上;以小斜 10、冪乘大斜冪,減上,余四約之,為實;一為從隅,開平方得積”.若把這段文字寫成公式,即S=,現(xiàn)有周長為2+的△ABC滿足sin A∶sin B∶sin C=(-1)∶∶(+1),用上面給出的公式求得△ABC的面積為( )
A. B.
C. D.
【解析】 由正弦定理得sin A∶sin B∶sin C=a∶b∶c=(-1)∶∶(+1),可設三角形的三邊分別為a=(-1)x,b=x,c=(+1)x,由題意得(-1)x+x+(+1)x=(2+)x=2+,則x=1,故由三角形的面積公式可得△ABC的面積S==,故選B.
【答案】 B
我國南宋數(shù)學家秦九韶發(fā)現(xiàn)的“三 11、斜求積術”雖然與海倫公式(S=,其中p=(a+b+c))在形式上不一樣,但兩者完全等價,它填補了我國傳統(tǒng)數(shù)學的一項空白,從中可以看出我國古代已經(jīng)具有很
高的數(shù)學水平,人教A版《必修5》教材對此有專門介紹.本題取材于教材中出現(xiàn)的“三斜求積”公式,考查了運算求解能力,同時也傳播了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化.
[對點訓練]
(2019·濟南市學習質(zhì)量評估)我國《物權法》規(guī)定:建造建筑物,不得違反國家有關工程建設標準,妨礙相鄰建筑物的通風、采光和日照.已知某小區(qū)的住宅樓的底部均在同一水平面上,且樓高均為45 m,依據(jù)規(guī)定,該小區(qū)內(nèi)住宅樓樓間距應不小于52 m.若該小區(qū)內(nèi)某居民在距離樓底27 m高處的某 12、陽臺觀測點,測得該小區(qū)內(nèi)正對面住宅樓樓頂?shù)难鼋桥c樓底的俯角之和為45°,則該小區(qū)的住宅樓樓間距實際為________m.
解析:設兩住宅樓樓間距實際為x m.如圖,
根據(jù)題意可得,tan∠DCA=,tan∠DCB==,又∠DCA+∠DCB=45°,所以tan(∠DCA+∠DCB)==1,整理得x2-45x-27×18=0,解得x=54或x=-9(舍去).所以該小區(qū)住宅樓樓間距實際為54 m.
答案:54
立體幾何中的數(shù)學文化題
[典型例題]
(1)(2019·高考浙江卷)祖暅是我國南北朝時代的偉大科學家,他提出的“冪勢既同,則積不容異”稱為祖暅原理,利用該原理可以得到柱體 13、的體積公式V柱體=Sh,其中S是柱體的底面積,h是柱體的高.若某柱體的三視圖如圖所示(單位:cm),則該柱體的體積(單位:cm3)是( )
A.158 B.162
C.182 D.324
(2) (2018·鄭州第二次質(zhì)量預測)我國古代數(shù)學專著《九章算術》對立體幾何有深入的研究,從其中的一些數(shù)學用語可見,譬如“鱉臑”意指四個面都是直角三角形的三棱錐.某“鱉臑”的三視圖(圖中網(wǎng)格紙上每個小正方形的邊長為1)如圖所示,已知該幾何體的高為2,則該幾何體外接球的表面積為________.
【解析】 (1)如圖,該柱體是一個五棱柱,棱柱的高為6,底面可以看作由兩個直角 14、梯形組合而成,其中一個上底為4,下底為6,高為3,另一個的上底為2,下底為6,高為3.
則底面面積S=×3+×3=27.
因此,該柱體的體積V=27×6=162.
故選B.
(2)由該幾何體的三視圖還原其直觀圖,并放入長方體中,如圖中的三棱錐A-BCD所示,其中AB=2,BC=CD=,易知長方體的外接球即三棱錐A-BCD 的外接球,設外接球的直徑為2R,所以4R2=(2)2+()2+()2=8+2+2=12,則R2=3,因此外接球的表面積S=4πR2=12π.
【答案】 (1)B (2)12π
立體幾何中的數(shù)學文化題一般以我國古代發(fā)現(xiàn)的球的體積公式、圓柱的體積公式、圓錐 15、的體積公式、圓臺的體積公式和“牟合方蓋”“陽馬”“鱉臑”“塹堵”“芻薨”等中國古代幾何名詞為背景考查空間幾何體的三視圖、幾何體的體積與表面積等.
[對點訓練]
1.《九章算術》中有這樣一個問題:“今有圓堢壔,周四丈八尺,高一丈一尺.問積幾何?術曰:周自相乘,以高乘之,十二而一.”這里所說的圓堢壔就是圓柱體,它的體積為“周自相乘,以高乘之,十二而一”,意思是圓柱體的體積為V=×底面圓的周長的平方×高,由此可推得圓周率π的取值為( )
A.3 B.3.1
C.3.14 D.3.2
解析:選A.設圓柱體的底面半徑為r,高為h,由圓柱的體積公式得體積為V=πr2h.由 16、題意知V=×(2πr)2×h,所以πr2h=×(2πr)2×h,解得π=3.故選A.
2.我國古代數(shù)學名著《數(shù)書九章》中有“天池盆測雨”題,與題中描繪的器具形狀一樣(大小不同)的器具的三視圖如圖所示(單位:寸).若在某地下雨天時利用該器具接的雨水的深度為6寸,則這一天該地的平均降雨量約為(注:平均降雨量等于器具中積水的體積除以器具口的面積.參考公式:圓臺的體積V=πh(R2+r2+R·r),其中R,r分別表示上、下底面的半徑,h為高)( )
A.2寸 B.3寸
C.4寸 D.5寸
解析:選A.由三視圖可知,該器具的上底面半徑為12寸,下底面半徑為6寸,高為12 17、寸.
因為所接雨水的深度為6寸,所以水面半徑為×(12+6)=9(寸),
則盆中水的體積為π×6×(62+92+6×9)=342π(立方寸),
所以這一天該地的平均降雨量約為≈2(寸),故選A.
算法中的數(shù)學文化題
[典型例題]
(1)公元三世紀中期,數(shù)學家劉徽發(fā)現(xiàn)當圓內(nèi)接正多邊形的邊數(shù)無限增加時,多邊形面積可無限逼近圓的面積,并因此創(chuàng)立了割圓術.利用割圓術,劉徽得到了圓周率精確到小數(shù)點后兩位的近似值3.14,這就是著名的“徽率”.如圖是利用劉徽的割圓術設計的程序框圖,則輸出的n為(參考數(shù)據(jù):sin 15°≈0.258 8,sin 7.5°≈0.130 5)( )
A 18、.12 B.24
C.36 D.48
(2)我國古代的勞動人民曾創(chuàng)造了燦爛的中華文明,戍邊的官兵通過在烽火臺上舉火向國內(nèi)報告,烽火臺上點火表示數(shù)字1,不點火表示數(shù)字0,這蘊含了進位制的思想.圖中的程序框圖的算法思路就源于我國古代戍邊官兵的“烽火傳信”.執(zhí)行該程序框圖,若輸入a=110011,k=2,n=7,則輸出的b=( )
A.19 B.31
C.51 D.63
【解析】 (1)按照程序框圖執(zhí)行,n=6,S=3sin 60°=,不滿足條件S≥3.10,執(zhí)行循環(huán);n=12,S=6sin 30°=3,不滿足條件S≥3.10,執(zhí)行循環(huán);n=24,S=12s 19、in 15°≈12×0.258 8=3.105 6,滿足條件S≥3.10,跳出循環(huán),輸出n的值為24,故選B.
(2)按照程序框圖執(zhí)行,b依次為0,1,3,3,3,19,51,當b=51時,i=i+1=7,跳出循環(huán),故輸出b=51.故選C.
【答案】 (1)B (2)C
輾轉相除法、更相減損術、秦九韶算法、進位制和割圓術都是課本上出現(xiàn)的算法案例.其中,更相減損術和秦九韶算法是中國古代的優(yōu)秀算法,課本上的進位制案例原本不滲透中國古代數(shù)學文化,但命題人巧妙地將烽火戍邊的故事作為背景,強化了試題的“文化育人”功能.
[對點訓練]
《九章算術》是中國古代的數(shù)學專著,其中的“更相減損術 20、”可以用來求兩個數(shù)的最大公約數(shù),即“可半者半之,不可半者,副置分母、子之數(shù),以少減多,更相減損,求其等也.以等數(shù)約之.”翻譯為現(xiàn)代語言如下:第一步,任意給定兩個正整數(shù),判斷它們是否都是偶數(shù).若是,用2約簡;若不是,執(zhí)行第二步;第二步,以較大的數(shù)減去較小的數(shù),接著把所得的差與較小的數(shù)比較,并以大數(shù)減小數(shù).繼續(xù)這個操作,直到所得的數(shù)相等為止,則這個數(shù)(等數(shù))或這個數(shù)與約簡的數(shù)的乘積就是所求的最大公約數(shù).現(xiàn)給出“更相減損術”的程序框圖如圖所示,如果輸入的a=114,b=30,則輸出的n為( )
A.3 B.6
C.7 D.30
解析:選C.a(chǎn)=114,b=30,k=1,n=0,a,b 21、都是偶數(shù),a=57,b=15,k=2,a,b不滿足都為偶數(shù),a=b不成立,a>b成立,a=57-15=42,n=0+1=1;a=b不成立,a>b成立,a=42-15=27,n=1+1=2;a=b不成立,a>b成立,a=27-15=12,n=2+1=3;a=b不成立,a>b不成立,a=15,b=12,a=15-12=3,n=3+1=4;a=b不成立,a>b不成立,a=12,b=3,a=12-3=9,n=4+1=5;a=b不成立,a>b成立,a=9-3=6,n=5+1=6;a=b不成立,a>b成立,a=6-3=3,n=6+1=7;a=b成立,輸出的kb=6,n=7.
概率中的數(shù)學文化題
[ 22、典型例題]
(1)齊王與田忌賽馬,田忌的上等馬優(yōu)于齊王的中等馬,劣于齊王的上等馬,田忌的中等馬優(yōu)于齊王的下等馬,劣于齊王的中等馬,田忌的下等馬劣于齊王的下等馬,現(xiàn)從雙方的馬匹中隨機選一匹馬進行一場比賽,田忌獲勝的概率是( )
A. B.
C. D.
(2)太極圖是以黑白兩個魚形紋組成的圖案,它形象化地表達了陰陽輪轉、相反相成是萬物生成變化根源的哲理,展現(xiàn)了一種相互轉化,相對統(tǒng)一的形式美.按照太極圖的構圖方法,在平面直角坐標系中,圓O被函數(shù)y=3sin x的圖象分割為兩個對稱的魚形圖案,如圖所示,其中小圓的半徑均為1,現(xiàn)從大圓內(nèi)隨機取一點,則此點取自陰影部分的概 23、率為( )
A. B.
C. D.
【解析】 (1)從雙方的馬匹中隨機選一匹馬進行一場比賽,對陣情況如下表:
齊王的馬
上
上
上
中
中
中
下
下
下
田忌的馬
上
中
下
上
中
下
上
中
下
雙方馬的對陣中,有3種對抗情況田忌能贏,所以田忌獲勝的概率P==.故選A.
(2)函數(shù)y=3sin x的圖象與x軸相交于點(6,0)和點(-6,0),則大圓的半徑為6,面積為36π,而小圓的半徑為1,兩個小圓的面積和為2π,所以所求的概率是=.故選B.
【答案】 (1)A (2)B
(1)本例(1)選取田忌賽馬這一為人熟知的故事 24、作為背景,考查了古典概型,趣味性很強,利于緩解考生在考場的緊張心理,體現(xiàn)了對考生的人文關懷.
(2)本例(2)以中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化太極圖為背景,考查幾何概型,角度新穎,所給圖形有利于考生分析問題和解決問題,給出了如何將抽象的數(shù)學問題形象化的范例.
[對點訓練]
1.我國數(shù)學家陳景潤在哥德巴赫猜想的研究中做出了重大貢獻.哥德巴赫猜想是“任一大于2的偶數(shù)都可寫成兩個質(zhì)數(shù)的和”,如32=13+19.在不超過32的質(zhì)數(shù)中,隨機選取兩個不同的數(shù),其和等于30的概率是( )
A. B.
C. D.
解析:選C.不超過32的質(zhì)數(shù)有2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,共
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