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2018年高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第二部分 專題二 數(shù)學(xué)傳統(tǒng)文化的創(chuàng)新應(yīng)用問題教案

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2018年高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第二部分 專題二 數(shù)學(xué)傳統(tǒng)文化的創(chuàng)新應(yīng)用問題教案_第1頁
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1、 專題二 數(shù)學(xué)傳統(tǒng)文化的創(chuàng)新應(yīng)用問題 高考命題動(dòng)向,重視數(shù)學(xué)文化 教育部考試中心函件《關(guān)于2017年普通高考考試大綱修訂內(nèi)容的通知》要求“增加中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的考核內(nèi)容,積極培育和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀,充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用.比如,在數(shù)學(xué)中增加數(shù)學(xué)文化的內(nèi)容.”因此,我們特別策劃了此專題,將數(shù)學(xué)文化與數(shù)學(xué)知識(shí)相結(jié)合,選取典型樣題深度解讀. [考情分析] 年份 題型 考查角度 考情分析 2017年高考全國卷Ⅰ 選擇題第4題 幾何概型 數(shù)學(xué)文化題是近幾年課標(biāo)全國卷中出現(xiàn)的新題型.預(yù)計(jì)在高考中,數(shù)學(xué)文化題仍會(huì)以選擇題或填空題的形式考查,也不排除以解答題的形

2、式考查,難度適中或容易. 2016年高考全國卷Ⅱ 選擇題第9題 秦九韶算法 2015年高考全國卷Ⅰ 選擇題第4題 勾股數(shù)、古典概型 選擇題第6題 九章算術(shù)、圓錐體積 015年高考全國卷Ⅱ 選擇題第8題 更相減損術(shù) 預(yù)測(cè)1:古代數(shù)學(xué)書籍《九章算術(shù)》《數(shù)書九章》等書為背景的數(shù)學(xué)文化類題目. 預(yù)測(cè)2:與高等數(shù)學(xué)相銜接的題目,如幾類特殊的函數(shù):取整函數(shù)、狄利克雷函數(shù)、符號(hào)函數(shù). 預(yù)測(cè)3:以課本閱讀和課后習(xí)題為背景的數(shù)學(xué)文化類題目:輾轉(zhuǎn)相除法、更相減損術(shù)、秦九韶算法、二進(jìn)制、割圓術(shù)、阿氏圓等. 預(yù)測(cè)4:以中外一些經(jīng)典的數(shù)學(xué)問題為背景的題目.如:回文數(shù)、匹克定理、哥尼斯堡

3、七橋問題、四色猜想等經(jīng)典數(shù)學(xué)小問題. 立體幾何中的數(shù)學(xué)文化題 [例1]《九章算術(shù)》商功章有題:一圓柱形谷倉,高1丈3尺3寸,容納米2 000斛(1丈=10尺,1尺=10寸,斛為容積單位,1斛≈1.62立方尺,π≈3),則圓柱底面圓周長約為(  ) A.1丈3尺 B.5丈4尺 C.9丈2尺 D.48丈6尺 [思路分析] 根據(jù)圓柱的體積公式,結(jié)合題中圓柱的體積和高以及有關(guān)單位的數(shù)據(jù)計(jì)算出圓柱的底面半徑,再根據(jù)圓的周長公式,計(jì)算出圓柱底面圓周長. 解析:設(shè)圓柱底面圓半徑為r尺,高為h尺,依題意,圓柱體積為V=πr2h=2 000×1.62≈3×r2×13.33,所以r2≈81,即r≈9

4、,所以圓柱底面圓周長為2πr≈54,54尺=5丈4尺,則圓柱底面圓周長約為5丈4尺,故選B. 答案:B [體會(huì)領(lǐng)悟] 本題屬于生活中谷物儲(chǔ)存問題,源于《九章算術(shù)》第五章“商功”,結(jié)合立體幾何中的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行設(shè)問,強(qiáng)化了數(shù)學(xué)文化的傳承和數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)的培養(yǎng).我國古代數(shù)學(xué)強(qiáng)調(diào)“經(jīng)世濟(jì)用”,涉及的研究大多與實(shí)際生活、生產(chǎn)聯(lián)系緊密,體現(xiàn)出明顯的問題式、綜合性的特征.立體幾何中幾何體體積公式是常考內(nèi)容,例如2014年湖北卷第10題和2015年高考全國卷Ⅰ第6題考查圓錐的體積公式. [例2] “牟合方蓋”是我國古代數(shù)學(xué)家劉徽在研究球的體積的過程中構(gòu)造的一個(gè)和諧優(yōu)美的幾何體,它由完全相同的四個(gè)曲面構(gòu)成,

5、相對(duì)的兩個(gè)曲面在同一個(gè)圓柱的側(cè)面上,好似兩個(gè)扣合(牟合)在一起的方形傘(方蓋).其直觀圖如圖1,圖2中四邊形是為體現(xiàn)其直觀性所作的輔助線,當(dāng)其正視圖和側(cè)視圖完全相同時(shí),它的正視圖和俯視圖分別可能是(  ) A.a(chǎn),b B.a(chǎn),c C.c,b D.b,d [思路分析] 觀察題目所給直觀圖,理解題干中有關(guān)“牟合方蓋”的特征敘述,結(jié)合“當(dāng)其正視圖和側(cè)視圖完全相同時(shí)”這個(gè)關(guān)鍵條件作答. 解析:當(dāng)正視圖和側(cè)視圖完全相同時(shí),“牟合方蓋”相對(duì)的兩個(gè)曲面正對(duì)前方,正視圖為一個(gè)圓,俯視圖為一個(gè)正方形,且兩條對(duì)角線為實(shí)線,故選A. 答案:A [體會(huì)領(lǐng)悟] “牟合方蓋”是我國古代利用立體幾何

6、模型和數(shù)學(xué)思想方法解決數(shù)學(xué)問題的代表之一.本題取材于“牟合方蓋”,通過加工改造,添加解釋和提供直觀圖的方式降低了理解題意的難度.解題從識(shí)“圖”到想“圖”再到構(gòu)“圖”,考生要經(jīng)歷分析、判斷的邏輯過程.另外,我國古代數(shù)學(xué)中的其他著名幾何體,如“陽馬”“鱉臑”和“塹堵”等的三視圖問題都有可能在高考中考查. [例3] 我國南北朝時(shí)期數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家——祖暅,提出了著名的祖暅原理:“冪勢(shì)既同,則積不容異”.“冪”是截面積,“勢(shì)”是幾何體的高,意思是兩等高立方體,若在每一等高處的截面積都相等,則兩立方體體積相等.已知某不規(guī)則幾何體與如圖所對(duì)應(yīng)的幾何體滿足“冪勢(shì)同”,則該不規(guī)則幾何體的體積為(  )

7、 A.4- B.8- C.8-π D.8-2π [思路分析] 根據(jù)題設(shè)所給的三視圖,想象出圖中所對(duì)應(yīng)幾何體是從一個(gè)正方體中挖去一個(gè)半圓柱,再根據(jù)祖暅原理和有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算即可. 解析:由祖暅原理可知,該不規(guī)則幾何體的體積與已知三視圖的幾何體體積相等.根據(jù)題設(shè)所給的三視圖,可知圖中的幾何體是從一個(gè)正方體中挖去一個(gè)半圓柱,正方體的體積為23=8,半圓柱的體積為×(π×12)×2=π,因此該不規(guī)則幾何體的體積為8-π,故選C. 答案:C [體會(huì)領(lǐng)悟] 祖暅原理是我國古代數(shù)學(xué)家祖暅提出的一個(gè)有關(guān)幾何求積的著名定理,祖暅提出這個(gè)原理,要比其他國家的數(shù)學(xué)家早一千多年.人民教育出版社《數(shù)學(xué)必修2》

8、(A版)第30頁“探究與發(fā)現(xiàn)”中專門介紹了祖暅原理.本題取材于祖暅原理,考查幾何體的三視圖和體積計(jì)算,既檢測(cè)了考生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,又展示了中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化. 數(shù)列中的數(shù)學(xué)文化題 [例4] 《九章算術(shù)》是我國古代的數(shù)學(xué)名著,書中有如下問題:“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)這個(gè)問題中,甲所得為(  ) A.錢 B.錢 C.錢 D.錢 [思路分析] 讀懂題意,將古代實(shí)際問題轉(zhuǎn)化

9、為現(xiàn)代數(shù)學(xué)問題,本題相當(dāng)于已知等差數(shù)列{an}中,前5項(xiàng)和為5,a1+a2=a3+a4+a5,求a1. 解析:設(shè)等差數(shù)列{an}的首項(xiàng)為a1,公差為d,依題意有解得故選D. 答案:D [體會(huì)領(lǐng)悟] 我國古代數(shù)學(xué)強(qiáng)調(diào)“經(jīng)世濟(jì)用”,注重算理算法,其中很多問題可轉(zhuǎn)化為等差數(shù)列問題. [例5] 中國古代數(shù)學(xué)著作《算法統(tǒng)宗》中有這樣一個(gè)問題:“三百七十八里關(guān),初行健步不為難,次日腳痛減一半,六朝才得到其關(guān),要見次日行里數(shù),請(qǐng)公仔細(xì)算相還.”其意思為:有一個(gè)人走378里路,第一天健步行走,從第二天起腳痛每天走的路程為前一天的一半,走了6天后到達(dá)目的地,請(qǐng)問第二天走了(  ) A.192里 B.

10、96里 C.48里 D.24里 [思路分析] 讀懂題意,將古代實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代數(shù)學(xué)問題,本題相當(dāng)于:已知等比數(shù)列{an}中,公比q=,前6項(xiàng)和S6=378,求a2. 解析:設(shè)等比數(shù)列{an}的首項(xiàng)為a1,公比為q=,依題意有= 378,解得a1=192, 則a2=192×= 96,即第二天走了96里,故選B. 答案:B [體會(huì)領(lǐng)悟] 與等差數(shù)列一樣,我國古代數(shù)學(xué)涉及等比數(shù)列問題也有很多,因此,涉及等比數(shù)列的數(shù)學(xué)文化題也頻繁出現(xiàn)在各級(jí)各類考試試卷中.解決這類問題的關(guān)鍵是將古代實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代數(shù)學(xué)問題,掌握等比數(shù)列的概念、通項(xiàng)公式和前n項(xiàng)和公式. [例6] 意大利著名數(shù)學(xué)家斐波

11、那契在研究兔子繁殖問題時(shí),發(fā)現(xiàn)有這樣的一列數(shù):1,1,2,3,5,8,…,該數(shù)列的特點(diǎn)是:從第三個(gè)數(shù)起,每一個(gè)數(shù)都等于它前面兩個(gè)數(shù)的和,人們把這樣的一列數(shù)所組成的數(shù)列{an}稱為“斐波那契數(shù)列”,則是斐波那契數(shù)列中的第________項(xiàng). [思路分析] 本題先根據(jù)題意明確該數(shù)列的遞推公式,再依據(jù)所給式子中項(xiàng)的特點(diǎn)把遞推公式恰當(dāng)變形得出結(jié)論. 解析:依題意得a1=a2=1,an+2=an+1+an,an+1·an+2=a+anan+1,則a2 015a2 016=a+a2 014a2 015, a2 014·a2 015=a+a2 013a2 014,a2 013a2 014=a+a2 0

12、12a2 013,…,a2a3=a+a1a2, 又a=a1a2,因此a2 015a2 016=a+a+a+…+a+a,即=a2 016, 即是斐波那契數(shù)列中的第2 016項(xiàng). 答案:2 016 [體會(huì)領(lǐng)悟] 該題的命制以人民教育出版社《數(shù)學(xué)必修5》(A版)第32頁“閱讀與思考”中的“斐波那契數(shù)列”為背景,考查考生靈活處理遞推數(shù)列問題的能力和轉(zhuǎn)化與化歸能力.斐波那契數(shù)列有很多有趣的性質(zhì),在實(shí)際生活中也有廣泛應(yīng)用.在高考中,也曾經(jīng)很多次考查斐波那契數(shù)列問題. 算法中的數(shù)學(xué)文化題 [例7] 如圖所示程序框圖的算法思路源于我國古代數(shù)學(xué)名著《九章算術(shù)》中的“更相減損術(shù)”.執(zhí)行該程序框圖,若輸

13、入的a,b分別為8,12,則輸出的a=(  ) A.4 B.2 C.0 D.14 [思路分析]讀懂程序框圖,按程序框圖依次執(zhí)行即可. 解析:由程序框圖輸入的a=8,b=12,按程序框圖所示依次執(zhí)行,可得b=12-8=4,a=8;a=8-4=4,b=4,a=b,所以輸出a=4.故選A. 答案:A [體會(huì)領(lǐng)悟]《九章算術(shù)》系統(tǒng)總結(jié)了我國古代人民的優(yōu)秀數(shù)學(xué)思想,開創(chuàng)了構(gòu)造算法以解決各類問題的東方數(shù)學(xué)發(fā)展的光輝道路,這與當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展對(duì)數(shù)學(xué)提出的要求不謀而合.本題程序框圖的算法思路源于《九章算術(shù)》中計(jì)算兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)的“更相減損術(shù)”算法,2015年高考全國卷Ⅱ第8

14、題也是此類問題. [例8] 秦九韶是我國南宋時(shí)期的數(shù)學(xué)家,普州安岳(現(xiàn)四川省安岳縣)人,他在所著的《數(shù)書九章》中提出的多項(xiàng)式求值的秦九韶算法,至今仍是比較先進(jìn)的算法,如圖所示的程序框圖給出了利用秦九韶算法求某多項(xiàng)式值的一個(gè)實(shí)例,若輸入n,x的值分別為4,3,則輸出v的值為(  ) A.20 B.61 C.183 D.548 [思路分析]讀懂程序框圖,按程序框圖依次執(zhí)行即可. 解析:初始值n,x的值分別為4,3,程序運(yùn)行過程如下: v=1,i=3≥0,v=1×3+3=6,i=2≥0; v=6×3+2=20,i=1≥0; v=20×3+1=61,i=0≥0; v=61×3

15、+0=183,i=-1<0,結(jié)束循環(huán),此時(shí)輸出v的值為183.故選C. 答案:C [體會(huì)領(lǐng)悟] 秦九韶算法是一種將一元n次多項(xiàng)式的求值問題轉(zhuǎn)化為n個(gè)一次式的求值問題的算法.其大大簡化了計(jì)算過程,即使在現(xiàn)代,利用計(jì)算機(jī)解決多項(xiàng)式的求值問題時(shí),秦九韶算法依然是最優(yōu)的算法.本題程序框圖的算法思路源于《數(shù)書九章》中多項(xiàng)式求值的“秦九韶算法”. [例9] 公元263年左右,我國數(shù)學(xué)家劉徽發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓內(nèi)接正多邊形的邊數(shù)無限增加時(shí),多邊形面積可無限逼近圓的面積,并創(chuàng)立了“割圓術(shù)”,利用“割圓術(shù)”劉徽得到了圓周率精確到小數(shù)點(diǎn)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(shù)”思想設(shè)計(jì)的一

16、個(gè)程序框圖,則輸出n的值為________.(參考數(shù)據(jù):sin15°≈0.258 8,sin 7.5°≈0.130 5) [思路分析] 讀懂程序框圖,按程序框圖依次執(zhí)行即可. 解析:n=6,S=×6×sin 60°=≈2.598<3.1,不滿足條件,進(jìn)入循環(huán);n=12,S=×12×sin 30°=3<3.1,不滿足條件,繼續(xù)循環(huán);n=24,S=×24×sin 15°≈12×0.258 8=3.105 6>3.1,滿足條件,退出循環(huán),輸出n的值為24. 答案:24 [體會(huì)領(lǐng)悟] 更相減損術(shù)、秦九韶算法和割圓術(shù)分別在人民教育出版社《數(shù)學(xué)必修3》(A版)第36頁,第37頁,第45頁“算法

17、案例”中出現(xiàn).其中更相減損術(shù)和秦九韶算法分別在2015年和2016年高考全國卷Ⅱ中考過,因此以后全國卷考查割圓術(shù)的可能性較大. 概率統(tǒng)計(jì)中的數(shù)學(xué)文化題 [例10]歐陽修的《賣油翁》中寫到:“(翁)乃取一葫蘆,置于地,以錢覆其口,徐以杓酌油瀝之,自錢孔入,而錢不濕.”可見“行行出狀元”,賣油翁的技藝讓人嘆為觀止.若銅錢是直徑為3 cm的圓,中間有邊長為1 cm的正方形孔,若隨機(jī)向銅錢上滴一滴油(油滴的直徑忽略不計(jì)),則正好落入孔中的概率是________. [思路分析]將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)中的幾何概型問題,關(guān)鍵是要求出銅錢的面積和中間正方形孔的面積,然后代入幾何概型計(jì)算公式進(jìn)行求解.

18、 解析:依題意,所求概率為P==. 答案: [體會(huì)領(lǐng)悟] 從中國古代文學(xué)作品中選取素材考查數(shù)學(xué)問題,豐富了數(shù)學(xué)文化題的取材途徑.試題插圖的創(chuàng)新是本題的一個(gè)亮點(diǎn),其一,增強(qiáng)了數(shù)學(xué)問題的生活化,使數(shù)學(xué)的應(yīng)用更貼近考生的生活實(shí)際;其二,有利于考生分析問題和解決問題,這對(duì)穩(wěn)定考生在考試中的情緒和心態(tài)起到了較好的效果;其三,探索了數(shù)學(xué)試題插圖的新形式,給出了如何將抽象的數(shù)學(xué)問題直觀化的范例. 三角函數(shù)中的數(shù)學(xué)文化題 [例11] 第24屆國際數(shù)學(xué)家大會(huì)會(huì)標(biāo)是以我國古代數(shù)學(xué)家趙爽的弦圖為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的.如圖,會(huì)標(biāo)是由四個(gè)全等的直角三角形與一個(gè)小正方形拼成的一個(gè)大正方形.如果小正方形的面積為1,大正方

19、形的面積為25,直角三角形中較大的銳角為θ,那么tan (θ+)=________. [思路分析] 本題先根據(jù)題意確定大、小正方形的邊長,再由直角三角形中銳角的三角函數(shù)值確定角θ滿足的條件,由此依據(jù)相關(guān)的三角函數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算即可. 解析:依題意得大、小正方形的邊長分別是5,1,于是有5sin θ-5cos θ=1(0<θ<),即有sin θ-cos θ=.從而(sin θ+cos θ)2=2-(sin θ-cos θ)2=,則sin θ+cos θ=,因此sin θ=,cos θ=,tan θ=, 故tan(θ+)==-7. 答案:-7 [體會(huì)領(lǐng)悟] 1700多年前,趙爽繪制了極

20、富創(chuàng)意的弦圖,采用“出入相補(bǔ)”原理使得勾股定理的證明不證自明.該題取材于第24屆國際數(shù)學(xué)家大會(huì)會(huì)標(biāo),題干大氣,設(shè)問自然,流露出豐富的文化內(nèi)涵.既巧妙地考查了三角函數(shù)的相關(guān)知識(shí),又豐富了弦圖的內(nèi)涵,如正方形四邊相等寓言各國及來賓地位平等,小正方形和三角形緊緊簇?fù)碓谝黄?,表明各國?shù)學(xué)家要密切合作交流,等等. 不等式中的數(shù)學(xué)文化題 [例12] 設(shè)a>0,b>0,則為a,b的調(diào)和平均數(shù).如圖,C為線段AB上的點(diǎn),AC=a,CB=b,O為AB的中點(diǎn),以AB為直徑作半圓.過點(diǎn)C作AB的垂線交半圓于D,連接OD,AD,BD.過點(diǎn)C作OD的垂線,垂足為E.則圖中線段OD的長度是a,b的算術(shù)平均數(shù),線段CD

21、的長度是a,b的幾何平均數(shù),線段________的長度是a,b的調(diào)和平均數(shù). [思路分析]將線段OD,CD融入相關(guān)直角三角形中,利用三角形相似進(jìn)行計(jì)算,再結(jié)合調(diào)和平均數(shù)的定義即可得到正確結(jié)果. 解析:因?yàn)镽t△DEC∽R(shí)t△DCO,所以=,從而DE=.依題意可得OD=,CD=,所以DE=,即線段DE的長度是a,b的調(diào)和平均數(shù). 答案:DE [體會(huì)領(lǐng)悟] 早在4世紀(jì),古希臘數(shù)學(xué)家帕波斯在其代表作《數(shù)學(xué)匯編》第3卷第2部分就給出了算術(shù)平均、幾何平均、調(diào)和平均三種平均數(shù)的理論.嵌入幾何意義考查不等式,凸顯經(jīng)典數(shù)學(xué)名題的深邃內(nèi)涵和命題專家的過人之處. 解析幾何中的數(shù)學(xué)文化題 [例13]

22、 2016年1月14日,國防科工局宣布,“嫦娥四號(hào)”任務(wù)已經(jīng)通過了探月工程重大專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組審議通過,正式開始實(shí)施.如圖所示,假設(shè)“嫦娥四號(hào)”衛(wèi)星將沿地月轉(zhuǎn)移軌道飛向月球后,在月球附近一點(diǎn)P變軌進(jìn)入以月球球心F為一個(gè)焦點(diǎn)的橢圓軌道Ⅰ繞月飛行,之后衛(wèi)星在P點(diǎn)第二次變軌進(jìn)入仍以F為一個(gè)焦點(diǎn)的橢圓軌道Ⅱ繞月飛行.若用2c1和2c2分別表示橢圓軌道Ⅰ和Ⅱ的焦距,用2a1和2a2分別表示橢圓軌道Ⅰ和Ⅱ的長軸長,給出下列式子: ①a1+c1=a2+c2; ②a1-c1=a2-c2; ③<; ④c1a2>a1c2. 其中正確式子的序號(hào)是(  ) A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ [思

23、路分析] 注意到橢圓Ⅰ和Ⅱ共一個(gè)頂點(diǎn)P和一個(gè)焦點(diǎn)F,題目所給四個(gè)式子涉及長半軸長和半焦距,因此可以從橢圓的焦距入手求解. 解析:觀察圖形可知a1+c1>a2+c2,即①式不正確;a1-c1=a2-c2=|PF|,即②式正確;由a1-c1=a2-c2>0,c1>c2>0,知<,即<,從而c1a2>a1c2,>,即④式正確,③式不正確.故選D. 答案:D [體會(huì)領(lǐng)悟] 命題者抓住“嫦娥奔月”這個(gè)古老而又現(xiàn)代的浪漫話題,以探測(cè)衛(wèi)星軌道為背景,抽象出共一條對(duì)稱軸、一個(gè)焦點(diǎn)和一個(gè)頂點(diǎn)的兩個(gè)橢圓的幾何性質(zhì),并以加減乘除的方式構(gòu)造兩個(gè)等式和兩個(gè)不等式,考查橢圓的幾何性質(zhì),可謂匠心獨(dú)運(yùn).本題對(duì)考生的數(shù)學(xué)能力進(jìn)行了比較全面的考查,是一道名副其實(shí)的小中見大、常中見新、蘊(yùn)文化于應(yīng)用之中的好題. - 9 -

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