第三篇 经典考题体验篇
专题十一 坐标系参数方程与不等式选讲
一、解答题
1.(2020·江苏高考真题)在极坐标系中,已知点 1
π( , )3A 在直线 : cos 2l 上,点 2
π( , )6B 在圆
: 4sinC 上(其中 0 , 0 2 ).
(1)求 1 , 2 的值
(2)求出直线l 与圆 C 的公共点的极坐标.
【答案】(1) 1 24 2 , (2) (2 2, )4
【解析】
(1)将 A,B 点坐标代入即得结果;(2)联立直线与圆极坐标方程,解得结果.
【详解】
(1)以极点为原点,极轴为 x 轴的正半轴,建立平面直角坐标系,
1 1cos 2, 43
,
因为点 B 为直线
6
上,故其直角坐标方程为 3
3y x ,
又 4sin 对应的圆的直角坐标方程为: 2 2 4 0x y y ,
由
2 2
3
3
4 0
y x
x y y
解得 0
0
x
y
或 3
1
x
y
,
对应的点为 0,0 , 3,1 ,故对应的极径为 2 0 或 2 2 .
(2) cos 2, 4sin , 4sin cos 2, sin 2 1 ,
5[0,2 ), ,4 4
,
当
4
时 2 2 ;
当 5
4
时 2 2 0 ,舍;即所求交点坐标为当 (2 2, ),4
2.(2020·全国高考真题(文))在直角坐标系 xOy 中,曲线 C 的参数方程为
2
2
2
2 3
x t t
y t t
,
(t 为参数且 t≠1),
C 与坐标轴交于 A,B 两点.
(1)求| AB |:
(2)以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,求直线 AB 的极坐标方程.
【答案】(1) 4 10 (2)3 cos sin 12 0
【解析】
(1)由参数方程得出 ,A B 的坐标,最后由两点间距离公式,即可得出 AB 的值;
(2)由 ,A B 的坐标得出直线 AB 的直角坐标方程,再化为极坐标方程即可.
【详解】
(1)令 0x ,则 2 2 0t t ,解得 2t 或 1t (舍),则 2 6 4 12y ,即 (0,12)A .
令 0y ,则 2 3 2 0t t ,解得 2t 或 1t (舍),则 2 2 4 4x ,即 ( 4,0)B .
2 2(0 4) (12 0) 4 10AB ;
(2)由(1)可知 12 0 30 ( 4)ABk ,
则直线 AB 的方程为 3( 4)y x ,即3 12 0x y .
由 cos , sinx y 可得,直线 AB 的极坐标方程为3 cos sin 12 0 .
3.(2020·全国高考真题(理))在直角坐标系 xOy 中,曲线 1C 的参数方程为 cos ,
sin
k
k
x t
y t
(t 为参数 ) .以坐
标原点为极点, x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线 2C 的极坐标方程为 4 cos 16 sin 3 0 .
(1)当 1k 时, 1C 是什么曲线?
(2)当 4k 时,求 1C 与 2C 的公共点的直角坐标.
【答案】(1)曲线 1C 表示以坐标原点为圆心,半径为 1 的圆;(2) 1 1( , )4 4 .
【解析】
(1)利用 2 2sin cos 1t t 消去参数 t ,求出曲线 1C 的普通方程,即可得出结论;
(2)当 4k 时, 0, 0x y ,曲线 1C 的参数方程化为
2
2
cos (
sin
x t t
y t
为参数),两式相加消去参数t ,
得 1C 普通方程,由 cos , sinx y ,将曲线 2C 化为直角坐标方程,联立 1 2,C C 方程,即可求解.
【详解】
(1)当 1k 时,曲线 1C 的参数方程为 cos (sin
x t ty t
为参数),
两式平方相加得 2 2 1x y ,
所以曲线 1C 表示以坐标原点为圆心,半径为 1 的圆;
(2)当 4k 时,曲线 1C 的参数方程为
4
4
cos (
sin
x t t
y t
为参数),
所以 0, 0x y ,曲线 1C 的参数方程化为
2
2
cos (
sin
x t t
y t
为参数),
两式相加得曲线 1C 方程为 1x y ,
得 1y x ,平方得 2 1,0 1,0 1y x x x y ,
曲线 2C 的极坐标方程为 4 cos 16 sin 3 0 ,
曲线 2C 直角坐标方程为 4 16 3 0x y ,
联立 1 2,C C 方程 2 1
4 16 3 0
y x x
x y
,
整理得12 32 13 0x x ,解得 1
2x 或 13
6x (舍去),
1 1,4 4x y , 1 2,C C 公共点的直角坐标为 1 1( , )4 4 .
4.(2020·全国高考真题(理))已知曲线 C1,C2的参数方程分别为C1:
2
2
4cos
4sin
x
y
,
(θ为参数),C2:
1,
1
x t t
y t t
(t 为参数).
(1)将 C1,C2 的参数方程化为普通方程;
(2)以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系.设 C1,C2 的交点为 P,求圆心在极轴上,且经过
极点和 P 的圆的极坐标方程.
【答案】(1) 1 : 4 0 4C x y x ; 2 2
2 : 4C x y ;(2) 17 cos5
.
【解析】
(1)分别消去参数 和t 即可得到所求普通方程;
(2)两方程联立求得点 P ,求得所求圆的直角坐标方程后,根据直角坐标与极坐标的互化即可得到所求极
坐标方程.
【详解】
(1)由 2 2cos sin 1 得 1C 的普通方程为: 4 0 4x y x ;
由
1
1
x t t
y t t
得:
2 2
2
2 2
2
1 2
1 2
x t t
y t t
,两式作差可得 2C 的普通方程为: 2 2 4x y .
(2)由 2 2
4
4
x y
x y
得:
5
2
3
2
x
y
,即 5 3,2 2P
;
设所求圆圆心的直角坐标为 ,0a ,其中 0a ,
则
2 2
25 302 2a a
,解得: 17
10a ,所求圆的半径 17
10r ,
所求圆的直角坐标方程为:
2 2
217 17
10 10x y
,即 2 2 17
5x y x ,
所求圆的极坐标方程为 17 cos5
.
5.(2021·全国高三其他模拟(理))已知曲线 C 的参数方程为 2cos
sin
x
y
( 为参数),以坐标原点为极
点, x 轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,直线l 的极坐标方程为 2 cos 3 sin 12 .
(1)求曲线C 的普通方程和直线l 的直角坐标方程;
(2)若点 P 为直线l 上的动点,点Q 是曲线C 上的动点,求 PQ 的最小值.
【答案】(1) C 的普通方程是
2
2 14
x y ,l 的直角坐标方程是 2 3 12 0x y ;(2) 7 13
13
.
【解析】
(1)由 2 2cos sin 1 可将曲线C 的参数方程化为普通方程,利用极坐标方程与普通方程之间的转换关
系可得出直线l 的直角坐标方程;
(2)设点 2cos ,sinQ ,利用点到直线的距离公式、辅助角公式以及余弦函数的有界性可求得 PQ 的
最小值.
【详解】
(1)由 2cos
sin
x
y
得,
2
2 2 2cos sin 12
x y
,即
2
2 14
x y ,
故曲线C 的普通方程是
2
2 14
x y .
由 2 cos 3 sin 12 及公式 cos
sin
x
y
,得 2 3 12x y ,
故直线l 的直角坐标方程是 2 3 12 0x y ;
(2)直线l 的普通方程为 2 3 12 0x y ,曲线C 的参数方程为 2cos
sin
x
y
( 为参数),
设 2cos ,sinQ ,点Q 到直线 2 3 12 0x y 距离为
4cos 3sin 12
13
d 5cos 12 12 5cos
13 13
(其中 3tan 4
),
当 cos 1 时, min
7 13
13d ,所以
min
7 13
13PQ .
6.(2021·全国高三其他模拟(文))在直角坐标系 xOy 中,曲线 1C 的参数方程为
1
1
x t t
y t t
(t 为参数),以
坐标原点为极点, x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线 2C 的方程为 2 cos sin 1 0 .
(1)求曲线 1C 的普通方程和曲线 2C 的直角坐标方程;
(2)已知点 0,1P ,曲线 2C 和曲线 1C 交于 A, B 两点,求| | | |PA PB 的值.
【答案】(1) 1C 的普通方程为: 2 2 4y x , 2C 的直角坐标方程为: 2 1 0x y ;(2) 5.
【解析】
(1)由极坐标与直角的互化公式,求得曲线 2C 的直角坐标方程,再由曲线 1C 的参数方程,消去参数,即
可得到曲线 1C 的普通方程;
(2)由点 0,1P 在直线l 上,得出曲线 2C 的一个参数方程为
5
5
2 51 5
x t
y t
(t 为参数),代入曲线 1C ,
利用根与系数的关系,结合参数的几何意义,即可求解.
【详解】
(1)曲线 1C 的参数方程为
1
1
x t t
y t t
(t 为参数),消去参数得 2 2 4y x ,
故曲线 1C 的普通方程为: 2 2 4y x ,
由 cos
sin
x
y
得曲线 2C 的直角坐标方程为: 2 1 0x y ;
(2)由(1)得曲线 2C 的参数方程为
5
5
2 51 5
x t
y t
(t 为参数),代人 1C 的方程得
2 2
2 5 51 45 5t t
,
整理得 23 4 5 15 0t t ,设 A, B 两点所对应的参数分别为 1 2t t, ,所以 0 , 1 2 5t t ,
由参数t 的几何意义知 1 2| | | | 5PA PB t t .
7.(2021·全国高三专题练习(理))在平面直角坐标系 xOy 中,曲线 1C 的参数方程为 2
,
2 ,
x t
y t
(t 为参数),
以坐标原点O 为极点, x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线 2C 的极坐标方程为 4
sin cosm
.
(1)求 1C 的普通方程和 2C 的直角坐标方程;
(2)若 1C 与 2C 交于 P ,Q 两点,求证: 1 1
OQOPk k
为定值.
【答案】(1) 1C 的普通方程为 2 1
2x y , 2C 的直角坐标方程为 4 0x my ;(2)证明见解析.
【解析】
(1)消去参数 t 后,得到曲线 1C 的普通方程,利用极坐标与直角坐标的互化公式 sin x , sin y ,
求曲线 2C 的直角坐标方程;(2)首先判断 2t 的几何意义是抛物线 2 1
2x y 上的点(除原点外)与原点连线的
斜率,再将曲线 2
,
2 ,
x t
y t
代入 4 0x my ,
转化为关于t 的一元二次方程,利用根与系数的关系表示 1 1
OQOPk k
.
【详解】
(1)解:由 2
,
2 ,
x t
y t
(t 为参数),消去参数t ,
得 2 1
2x y ,
即 1C 的普通方程为 2 1
2x y .
由 4
sin cosm
,
得 sin cos 4m ,
将 cosx , siny 代入,得 4 0x my ,
∴ 2C 的直角坐标方程为 4 0x my .
(2)证明:由 2
,
2 ,
x t
y t
(t 为参数),
得 2 0y t xx
,
故 2t 的几何意义是抛物线 2 1
2x y 上的点(除原点外)与原点连线的斜率.
由(1)知,当 0m 时, 2C : 4x ,
则 1C 与 2C 只有一个交点,不合题意,故 0m .
把 2
,
2 ,
x t
y t
代入 4 0x my ,
得 22 4 0mt t ,
设 P , Q 两点所对应的参数分别为 1t , 2t ,
则 1 2
1
2t t m
, 1 2
2t t m
,
∴ 1 2
1 2 1 2
1
1 1 1 1 12
22 2 2 82OP OQ
t t m
k k t t t t
m
.
8.(2021·全国高三专题练习(文))在平面直角坐标系 xOy 中,曲线 C 的参数方程为 2 cos
2 sin
x
y
( 为
参数).以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,直线l 的极坐标方程为 32 cos 14
(1)求曲线C 的普通方程和直线l 的倾斜角;
(2)已知点 M 的直角坐标为 0,1 ,直线l 与曲线C 相交于不同的两点 ,A B ,求 MA MB 的值.
【答案】(1) 2 2 2x y ,
4
;(2) 6 .
【解析】
(1)根据参数方程与普通方程的转化可得曲线 C 的普通方程;由极坐标与直角坐标的转化可得直线 l 的直
角坐标方程,即可得直线的倾斜角;
(2)将直线 l 的直角坐标方程化为标准参数方程,联立椭圆方程,结合参数方程的几何意义即可求解.
【详解】
(1)曲线C 的参数方程为 2 cos
2 sin
x
y
,则有
cos
2
sin
2
x
y
,
则
2 2
2 2cos sin 12 2
x y ,即曲线C 的普通方程为 2 2 2x y .
直线l 的极坐标方程 32 cos 14
,展开可得 3 32 cos cos sin sin 14 4
,
将 cos
sin
x
y
代入,可得 2 22 12 2y x
,即 1y x ,即 1 0x y ,
所以斜率 1k ,则 tan 1 ,
由 0, ,可得
4
,所以直线l 的倾斜角为
4
.
(2)由(1)知,点 0,1M 在直线 : 1 0l x y 上,
则直线l 的参数方程为
2
2
21 2
x t
y t
(t 为参数).
将直线l 的参数方程代入曲线 C 的普通方程,得
2 2
2 21 22 2t t
整理得: 2 2 1 0t t ,
设点 ,A B 对应的参数分别为 1 2,t t ,则 1 2 1 22, 1t t t t .
所以 22
1 2 1 2 1 2 1 24 2 4 1 6MA MB t t t t t t t t
【点睛】
方法点睛:本题考查了参数方程、极坐标方程与直角坐标方程的转化,参数方程几何意义求线段关系,利
用直线的参数方程求直线与圆锥曲线相交的弦长,方法是:
(1)将直线参数方程代入圆锥曲线方程,得到关于参数 t 的一元二次方程;
(2)利用韦达定理写出 1 2t t , 1 2t t ;
(3)利用弦长公式 2
1 2 1 2 1 24AB t t t t t t 代入计算.
9.(2021·内蒙古包头市·高三一模(文))在平面直角坐标系 xOy 中,以O 为极点, x 轴正半轴为极轴建立
极坐标系.已知曲线 1C 的参数方程为 sin ,
cos2 ,
x
y
( 为参数),直线 2C 的极坐标方程为 π
6
.
(1)将 1C 的参数方程化为普通方程, 2C 的极坐标方程化为直角坐标方程;
(2)求与直线 2C 平行且与曲线 1C 相切的直线l 的直角坐标方程.
【答案】(1) 21 2y x , 3 3 0, 0x y x ;(2) 3 25
3 24y x .
【解析】
(1)将 sin ,
cos2 ,
x
y
转化为 2
sin ,
1 2sin ,
x
y
消去 求解;
(2)设切线方程为 3
3y x b= - + ,联立
2
3
3
1 2
y x b
y x
,由 0 求解.
【详解】
(1)因为曲线 1C 的参数方程为 sin ,
cos2 ,
x
y
( 为参数),
所以 2
sin ,
1 2sin ,
x
y
消去 得 21 2y x .
因为直线 2C 的极坐标方程为 π
6
,
所以 π sin 3tan tan 6 cos 3
,
即 3
3
y
x
,所以 3 3 0, 0x y x .
(2)设切线方程为 3
3y x b= - + ,由
2
3
3
1 2
y x b
y x
,
得 2 32 1 03x x b ,
所以
2
3 8 1 03 b
,解得 25
24b ,
所以切线方程是 3 25
3 24y x ,
10.(2021·内蒙古呼和浩特市·高三一模(理))在花语中,四叶草象征幸运.已知在极坐标系下,方程
2sin 2 对应的曲线如图所示,我们把这条曲线形象地称为“四叶草”.
(1)当“四叶草”中的 π0, 2
时,求以极点为圆心的单位圆与“四叶草”交点的极坐标;
(2)已知 A 为“四叶草”上的点,求点 A 到直线 π: sin 34l
距离的最小值以及此时点 A 的极坐标.
【答案】(1) π1,12
和 5π1,12
;(2)最小值为 1, π2, 4A
.
【解析】
(1)直接利用单位圆 1 与方程 2sin 2 联立即可求解;
(2)将直线l 的极坐标方程化为直角坐标方程,观察发现点 π2, 4A
到直线l 的距离即为最小值
【详解】
(1)以极点为圆心的单位圆的极坐标方程为: 1 ,
所以联立 1
2sin 2
, π0, 2
得 π
12
或 5π
12
,
所以所求交点的极坐标为 π1,12
和 5π1,12
.
(2)直线 π: sin 34l
的直角坐标方程为 3 2x y ,
“四叶草” 2sin 2 极径的最大值为 2,且可于点 π2, 4A
处取得,
连接 OA 且与直线 3 2x y 垂直且交于点 π3, 4M
,
所以点 A 与点 M 的距离的最小值为 1.
11.(2021·全国高三专题练习(文))在直角坐标系 xOy 中,曲线C 的参数方程为 3 3cos
3sin
x
y
( 为
参数),点 P 的坐标为 0m, .
(1)以坐标原点为极点, x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,求C 的极坐标方程;
(2)若直线l :
1
2
3
2
x m t
y t
(t 为参数)与曲线C 交于 A , B 两点,若 2PA PB ,求 2 6m m 的取
值范围.
【答案】(1) 6cos ;(2) 9, 2 2,3 .
【解析】
(1)先消去参数得到C 的直角坐标方程,再利用 cos , sinx y 代入即得 C 的极坐标方程;
(2)将直线的参数方程代入曲线C 的直角坐标方程得到关于 t 的二次方程,再根据判别式大于零和
1 2 2PA PB t t ,即解得 2 6m m 的取值范围.
【详解】
解:(1)因为C 的参数方程为 3 3cos
3sin
x
y
( 为参数),所以C 的直角坐标方程为 2 23 9x y ,
即 2 2 6x y x ,故C 的极坐标方程为 6cos ;
(2)将直线l :
1
2
3
2
x m t
y t
( t 为参数)代入 2 2 6x y x ,可得: 2 23 6 0t m t m m ,则
2 23 4 6 0m m m ,即 2 6 3m m ,
因为 2
1 2 6 2PA PB t t m m ,所以 29 6 2m m 或 22 6 3m m ,
故 2 6m m 的取值范围为 9, 2 2,3 .
12.(2021·全国高三专题练习(文))在直角坐标系 xOy 中,曲线 1C 的参数方程为 2cos
sin
k
k
x t
y t
(t 为参数),
以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线 2C 的极坐标方程为 2 cos 3 sin 12 0 .
(1)当 2k 时,求出 1C 的普通方程,并说明该曲线的图形形状.
(2)当 1k 时,P 是曲线 1C 上一点,Q 是曲线 2C 上一点,求 PQ 的最小值.
【答案】(1) 2 2,0 2x y x ,是以 (2,0)A , (0,1)B 为端点的线段;(2) 7 13
13
.
【解析】
(1)利用 2 2sin cos 1t t 消去参数 t ,求出曲线 1C 的普通方程,即可得出结论;
(2)当 1k 时,曲线得 1C 普通方程,由 cos , sinx y ,将曲线 2C 化为直角坐标方程,利用点
到直线的距离公式可求解.
【详解】
(1)当 2k 时,消 t 得 2 2, 0, 0x y x y ,
是以 (2,0)A , (0,1)B 为端点的线段.
(2)当 1k 时,曲线 1C 的普通方程为椭圆:
2
2 14
x y ;
由 cos , sinx y 得曲线 2C 的普通方程为直线: 2 3 12 0x y ;
由
2
2 14
2 3 12 0
x y
x y
得 2 72 12825 0yy ,
2 5184 128072 100 8 012 0 ,
可知直线与椭圆相离,则 PQ 的最小值为 P 到直线的距离最小值,
则 | 4cos 3sin 12 | |5sin( ) 12 | 12 5sin( )
13 13 13
t t t td ,当sin( ) 1t 时,有最小值 7 13
13
.
13.(2021·辽宁高三二模(文))(Ⅰ)求 2 1 2 3 4x + x 的解集 M ;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,设 a ,b , c M ,证明: (2 )a b , (2 )b c , (2 )c a 不能都大于 1.
【答案】(Ⅰ){ | 0 2}x x ;(Ⅱ)证明见解析.
【解析】
(Ⅰ)讨论 1
2x 、 1 3
2 2x 、 3
2x 分别求得解集,取并即为所求解集 M.
(Ⅱ)根据基本不等式有 0 (2 ) 1a a , 0 (2 ) 1b b , 0 (2 ) 1c c ,结合反证法即可证明结论.
【详解】
(Ⅰ)由题设, 1 3 22 2x + x ,
∴当 1
2x 时, 1 3 2 2 22 2x x x ,得 10 2x ;
当 1 3
2 2x 时, 1 3 1 22 2x x 恒成立;
当 3
2x 时, 1 3 2 2 22 2x x x ,得 3 22 x ;
∴综上,得 { | 0 2}M x x .
(Ⅱ)由(Ⅰ)知: a ,b , (0,2)c ,
∴ 220 (2 ) ( ) 12
a aa a , 220 (2 ) ( ) 12
b bb b , 220 (2 ) ( ) 12
c cc c ,其中
等号成立的条件为 , , 1a b c .
∴ 0 (2 ) (2 ) (2 ) 1a b b c c a ,
假设 (2 )a b , (2 )b c , (2 )c a 都大于 1,即 (2 ) (2 ) (2 ) 1a b b c c a 显然与结论矛盾.
∴ (2 )a b , (2 )b c , (2 )c a 不能都大于 1,得证.
14.(2021·辽宁高三二模(理))已知 ( ) | 2 | | 1|f x x x
(Ⅰ)解不等式 f x x ;
(Ⅱ)设 ( )f x 的最大值为t ,如果正实数 m , n 满足 2m n t ,求 2 1
m n
的最小值.
【答案】(Ⅰ)[ 3, 1] [3, ) ;(Ⅱ) 8
3 .
【解析】
(Ⅰ)利用零点分解法解不等式即可.
(Ⅱ)去绝对值,写出分段函数 ( )f x 的解析式,根据函数的单调性求出函数的最大值 3t ,从而可得
2 3m n ,再利用基本不等式即可求解.
【详解】
解:(Ⅰ) ( ) | 2 | | 1|f x x x
①当 2x ≤ 时, ( ) 2 ( 1) 3f x x x x , 3x , 2x , 3 2x
②当 2 1x 时, ( ) 2 ( 1) 2 1f x x x x x , 2 1x ;
③当 1x 时, ( ) 2 ( 1) 3f x x x x , Q 3x
综上知不等式 ( )f x x 的解集为[ 3, 1] [3, ) .
(Ⅱ)由已知,
3, 2
( ) 2 1, 2 1
3, 1
x
f x x x
x
,在 ( 2,1) 是增函数,
所以 max( ) 3f x ,
2 3 m n , 0m , 0n
则 2 1 1 2 1 ( 2 )3 m nm n m n
1 4 1 4 84 4 23 3 3
n m n m
m n m n
.
当且仅当 4n m
m n
,即 2 24m n ,
即 32 2m n , 3
4n 时, 2 1
m n
取得最小值 8
3 .
15.(2021·全国高三其他模拟(理))已知函数 ( ) | 3 3| | 2 |f x x x .
(1)求不等式 ( ) 10f x 的解集;
(2)若方程 ( ) 3 4f x a 有实数解,求实数 a 的取值范围.
【答案】(1) 15 5, ,4 4
;(2) 1, 2
.
【解析】
(1)分 2x , 2 1x , 1x 三种情况求解即可得答案.
(2)结合(1)的结论首先确定函数 ( )f x 的最小值,再解 min3 4a f x 即可得答案.
【详解】
(1)依题意,| 3 3| | 2 | 10x x .
当 2x 时, 3 3 2 10x x ,解得 15
4x ;
当 2 1x 时, 3 3 2 10x x ,解得 11
2x ,无解;
当 1x 时, 3 3 2 10x x ,则 5
4x ,故 5
4x ;
故不等式 ( ) 10f x 的解集为 15 5, ,4 4
.
(2)依题意, ( ) | 3 3| | 2 |f x x x
4 5, 2
2 1, 2 1
4 5, 1
x x
x x
x x
,
由一次函数的性质知, f x 在 , 1 上单调递减,在 1, 上单调递增,
所以 min( ) 1 1f x f ,即 ( )f x 的值域为[1, ) ,
因为方程 ( ) 3 4f x a 有实数解,
所以 3 4 1a ,解得 1
2a ,
故实数 a 的取值范围为 1, 2
.
16.(2021·全国高三其他模拟(文))已知函数 ( ) | 1| | 2 4 |f x x x .
(1)求不等式 6f x 的解集;
(2)若存在 xR ,使不等式 2( ) 3| 2 | 2f x x t t 成立,求 t 的取值范围.
【答案】(1) 1,3 ;(2) 1,3 .
【解析】
(1)分 1, 1 2, 2x x x 三种情况去掉绝对值后解不等式 6f x 即可;
(2)令 ( ) ( ) 3 2 1 | 2|h x f x x x x ,求出其最大值,然后使其最大值大于等于 2 2t t ,解关于
t 的不等式即可得答案
【详解】
(1) | 1| | 2 4| 6x x ,
1
( 1) (2 4) 6
x
x x
或 1 2
( 1) (2 4) 6
x
x x
或 2
( 1) (2 4) 6
x
x x
解得 1
1
x
x
或 1 2
1
x
x
或 2
3
x
x
1x 或 1 2x 或 2 3x
1 3x
原不等式的解集为 1,3
(2)令 ( ) ( ) 3 2 1 | 2|h x f x x x x
则
3, 1
( ) 2 1, 1 2
3, 2
x
h x x x
x
max( ) 3h x ,
存在 xR ,使得 2( ) 3| 2 | 2f x x t t 成立,
23 2t t , 1 3t
故满足条件的t 的取值范围为 1,3
17.(2021·全国高三专题练习(理))已知 2 2 0f x x m x m m 的最小值为 5
2
.
(1)求 m 的值;
(2)已知 0, 0a b ,且 2 2a b m ,求证:
3 3
1b a
a b
.
【答案】(1) 1m ;(2)证明见解析;
【解析】
(1)去绝对值变成分段函数,根据分段函数的单调性可求出 ( )f x 的最小值,与已知最小值相等列式可求出;
(2)利用分析法结合基本不等式即可证明.
【详解】
解:(1)
3 , 2
( ) 2 2 3 , 2 2
3 , 2
x m x m
mf x x m x m x m m x
mx m x
, 0m
( )f x 在区间 ( , ]2
m 上单调递减,在区间[ 2
m , ) 上单调递增,
5( ) ( ) 32 2 2min
m mf x f m ,
1m ;
(2)由(1) 0a , 0b ,且 2 2 1a b ,
要证
3 3
1b a
a b
,
只要证 4 4b a ab
,
即证 2 2 2 2 2( ) 2a b a b ab
,
即证 2 22 1 0a b ab ,
即证 (2 1)( 1) 0ab ab ,
即证 2 1ab ,
即证 2 22ab a b ,
显然 2 21 2a b ab
,当且仅当 2
2a b 时取等号.
3 3
1b a
a b
.
18.(2021·全国高三专题练习(文))数 1f x x x .
(1)求不等式 5f x 的解集;
(2)已知函数 f x 的最小值为t ,正实数 , ,a b c 满足 2 2 ,a b c t 证明: 1 1 2.a c b c
【答案】(1) [, 3 )2 , ;(2)证明见解析.
【解析】
(1)解含绝对值的不等式,先要去掉绝对值号,将函数写为分段函数,然后再在各个区间求解,取并集.
(2)求出函数的最小值,即 1,t 得出 2 2a b c a c b c ,结合所要证明的不等式,联想到
基本不等式进行求解.
【详解】
(1)解:由题可得
1 2 , 0
1 1,0 1
2 1, 1
x x
f x x x x
x x
,
所以 5,f x
即 0
1 2 5
x
x
或 1 1
1 5
x
或 1
2 1 5
x
x
解得 2x ≤ 或 3,x
所以不等式 5f x 的解集为 [, 3 )2 , .
2 证明: 1 1 1f x x x x x ,
则 1,t
则 2 2a b c a c b c ,
故 1 1 1 1 1 1 2 22 2
b c a ca c b ca c b c a c b c a c b c
当且仅当 1a c b c 时取等号.
【点睛】
(1)解双绝对值不等式的办法通常利用分段函数,在不同区间上求解,最后取并集.
(2)利用 a b a b a b 求出最小值,即 1,t 特别要结合所证明的不等式的特点来进行变形,以
应用基本不等式解决问题,抓住特点是核心.
19.(2021·四川高三一模(文))已知函数 2 1 6f x x a x
(1)当 0a 时,解不等式 12f x
(2)记集合 2 0M x f x b ,若存在 a R 使 M ,求实数 b 的取值范围.
【答案】(1) 5{ | 2x x 或 19}2x ;(2) 5 ,2
.
【解析】
(1)根据绝对值的定义分类讨论解不等式;
(2)由绝对值三角不等式 ( )f x 的最小值,得 ( )f x 值域,2b 属于这个值域,从而得 2
min
2 5b a ,解之
可得结论.
【详解】
解:(1)当 0a 时有 1 6 12x x ;
当 1x 时,1 6 12,x x 则 5
2x ,
故 5
2x ;
当1 6x≤ ≤ 时, 1 6 12x x .
则5 12 .无解﹔
当 6x 时, 1 6 12,x x 则 19
2x .
故 19
2x .
故不等式 12f x 的解集为 5{ | 2x x 或 19}2x
(2) 2 2 2| |1 6 1 6 5xf x x a x a x a
当且仅当 2 1 6 0x a x 时取等号.
则可知 2
min 5f x a .
即 f x 的值域为 2 5,a ,
因为存在 a R 使 M .
故 2
min
2 5 5b a .
则故实数b 的取值范围为 5 ,2
.
20.(2021·全国高三专题练习(文))已知函数 ( ) 3 5 3 3f x x x .
(1)求不等式 ( ) 40f x 的解集;
(2)若不等式 2( ) 2logf x m m 对任意 xR 恒成立,求 m 的取值范围.
【答案】(1) 19 ,73
;(2) 0,4 .
【解析】
(1)利用零点分段法,解不等式组即可得到结果.
(2)由绝对值三角不等式可得 3 5 3 3 8x x ,从而得到 22log 8m m ,然后解不等式可得 m 的范
围.
【详解】
(1) ( ) 3 5 3 3 40f x x x ,
∴
5
3
6 2 40
x
x
或
51 3
8 40
x
或 1
6 2 40
x
x
,
解得: 19 73 x ,
不等式 ( ) 40f x 的解集为 19 ,73
;
(2)因为 ( ) 3 5 3 3 3 5 3 3 8f x x x x x ,当 51 3x 时可取到等号,所以
22log 8m m ,令 22logg m m m ,
则 g m 为 0, 上的增函数,且 4 8g ,
所以 0 4m ,
故 m 的取值范围为 0,4 .
21.(2021·全国高三专题练习(文))已知函数 f(x)=|x-2|+|x+1|.
(1)解不等式 f(x)>x+2;
(2)记 f(x)的最小值为 m,正实数 a,b,c 满足 a+b+c=m,证明:
3 3 3 2 2 2
.3 3
a b c a b c
【答案】(1) ,1 3, ;(2)证明见解析.
【解析】
(1)利用“零点分段法”,分为 2x
, 1 2x , 1x 三种情形,解不等式即可;
(2)根据绝对值三角不等式求出 m 的值,可得 3 3 3
3 3 3 ( )
3
a b c a b c
a b c
,由柯西不等式可得
结果.
【详解】
(1)当 2x
时, 2 1 2 1 2f x x x x x ,解得 3x ,所以 3x ;
当 1 2x 时, 2 1 3 2,f x x x x 解得 1,x 所以 1 1;x
当 1x 时, 2 1 1 2 2,f x x x x x 解得 1 ,3x 所以 1.x
综上, 1x 或 3,x 故不等式的解集是 ,1 3, .
(2)因为 2 1 2 1 3,x x x x
当且仅当 2 1 0x x 时等号成立,
所以 3.m
2 2 2 2 2 23 3 3 1 1 1
2 2 2 2 2 2
3 3 3
3 3 3 ( )
3 3
a b c a b c
a b c a b c
a b c
23 1 3 1 3 1
2 2 2 2 2 2 22 2 2
3 3
a a b b c c a b c
当且仅当
3 3 3
2 2 2
1 1 1
2 2 2
,a b c
a b c
即 a b c 时等号成立,
所以
3 3 3 2 2 2
3 3
a b c a b c
.
22.(2021·安徽安庆市·高三一模(文))已知函数 ( ) | 2 | | 1|f x x a x .
(1)当 2a 时,求不等式 1f x 的解集;
(2)若 0a ,不等式 2 0f x 恒成立,求实数 a 的取值范围.
【答案】(1) 0,4 ;(2) 0,2 .
【解析】
(1)当 2a 时,求得函数 f x 的解析式,分类讨论,即可求解;
(2)当 0a ,化简函数 f x 的解析式,利用一次函数的性质,求得 min 12
af ,结合题意列出不等
式,即可求解.
【详解】
(1)当 2a 时,函数
3, 1
2 2 1 1 3 , 1 1
3, 1
x x
f x x x x x
x x
,
当 1x 时,由 1f x ,可得 3 1x ,解得1 4x ;
当 1 1x 时,由 1f x ,可得1 3 1x ,解得 0 1x ;
当 1x 时,由 1f x ,可得3 1x ,此时解集为空集,
综上所述:不等式 1f x 的解集为 0,4 .
(2)若 0a ,函数
1, 2
1 3 , 1 2
1 , 1
ax a x
af x a x x
a x x
由一次函数性质可知 f x 在 , 2
a
为减函数,在 +2
a
, 为增函数,
所以 min 12 2
a af f
,
因为不等式 2 0f x 恒成立,即 min 2f ,即 1 22
a ,解得 2a
又因为 0a ,所以 0,2a ,即实数 a 的取值范围 0,2 .
23.(2021·江西高三其他模拟(文))已知函数 ( ) 2 | | | 2 |f x x x .
(1)求不等式 ( ) 4f x 的解集;
(2)记 ( )f x 的最小值为 M,a,b,c 为正实数且 3a b c M ,求证:
2 2 2
6b c a
a b c
.
【答案】(1) 2| 23x x
;(2)证明见解析.
【解析】
(1)对 x 分三种情况讨论,分别去掉绝对值符号,然后求解不等式组,再求并集即可得结果;
(2)根据函数的单调性求出 ( )f x 的最小值 2M ,则 6a b c ,由基本不等式可得
2
2b a ba
,
2
2c b cb
,
2
2a c ac
,相加后化简即可.
【详解】
(1)依题意得
3 2, 2
( ) 2, 0 2
2 3 , 0
x x
f x x x
x x
,
2
3 2 4
x xx
,
0 2 0 22 4
x xx
,
0 2 02 3 4 3
x xx
,
综上可得 ( ) 4f x 的解集是 2| 23x x
;
(2)由
3 2, 2
( ) 2, 0 2
2 3 , 0
x x
f x x x
x x
可知
( )f x 在 ,0 上递减,在 0, 上递增,
( )f x 的最小值为 (0) 2f ,即 2M .
所以 6a b c ,
由
2
2b a ba
,
2
2c b cb
,
2
2a c ac
,
相加可得
2 2 2
2b c a a b c a b ca b c
,
即
2 2 2
6 12b c a
a b c
,
2 2 2
6b c a
a b c
当且仅当 2a b c 时取等号.
24.(2021·平凉市庄浪县第一中学高三其他模拟(理))已知 0a , 0b , 3 3 2a b ,证明:
(1) 5 5 4a b a b ;
(2) 2a b .
【答案】(1) 见解析(2) 见解析
【解析】
(1)由柯西不等式即可证明,
(2)由 a3+b3=2 转化为
3 2
3
a b
a b
ab,再由均值不等式可得:
3 2
3
a b
a b
ab≤ 2( )2
a b ,即可得到 1
4
(a+b)3≤2,问题得以证明.
【详解】
证明:(1)由柯西不等式得: 5 5 3 3 2 4a b a b a b ( )( )( )= ,当且仅当 ab5=ba5,即 a=b=1 时取等
号;
(2)∵a3+b3=2,
∴(a+b)(a2﹣ab+b2)=2,
∴(a+b)[(a+b)2﹣3ab]=2,
∴(a+b)3﹣3ab(a+b)=2,
∴
3 2
3
a b
a b
ab,
由均值不等式可得:
3 2
3
a b
a b
ab≤ 2( )2
a b
∴(a+b)3﹣2 33
4
a b ,
∴ 1
4
(a+b)3≤2,
∴a+b≤2,当且仅当 a=b=1 时等号成立.
25.(2021·河南高三一模(理))已知 , ,a b c 为正数,且 2a b c ,证明:
(1) 4
3ab bc ac ;
(2) 2 2 2 8a b c
b c a
.
【答案】(1)见解析(2)见解析
【解析】
(1)将 a+b+c=2 平方,然后将基本不等式 2 2 2 2 2 22 , 2 , 2a b ab b c bc a c ac 三式相加,进行证
明;(2)由 2 2 ,a b c bc
b b b
2 2 2 2,b a c ac c b a ba
c c c a a a
,三式相乘进行证明.
【详解】
(1)将 a+b+c=2 平方得: 2 2 2 2 2 2 4a b c ab ab ac ,
由基本不等式知: 2 2 2 2 2 22 , 2 , 2a b ab b c bc a c ac ,
三式相加得: 2 2 2a b c ab bc ac ,
则 2 2 24 2 2 2 3 3 3a b c ab bc ac ab bc ac
所以 4
3ab bc ac ,当且仅当 a=b=c= 2
3
时等号成立
(2)由 2 2a b c bc
b b b
,同理 2 2 2 2,b a c ac c b a ba
c c c a a a
则 2 2 2 2 2 2 8a b c bc ac ba
b c a b c a
,
即 2 2 2 8a b c
b c a
当且仅当 2
3a b c 时等号成立
26.(2018·全国高考真题(理))
设函数 2 1 1f x x x .
(1)画出 y f x 的图像;
(2)当 0x ∈ , , f x ax b ,求 a b的最小值.
【答案】(1)见解析
(2)5
【解析】
(1)
13 , ,2
12, 1,2
3 , 1.
x x
f x x x
x x
y f x 的图像如图所示.
(2)由(1)知, y f x 的图像与 y 轴交点的纵坐标为 2 ,且各部分所在直线斜率的最大值为 3,故当
且仅当 3a 且 2b 时, f x ax b 在 0, 成立,因此 a b 的最小值为5.
27.(2019·全国高考真题(理))设 , ,x y z R ,且 1x y z .
(1)求 2 2 2( 1) ( 1) ( 1)x y z 的最小值;
(2)若 2 2 2 1( 2) ( 1) ( ) 3x y z a 成立,证明: 3a ≤ 或 1a .
【答案】(1) 4
3
;(2)见详解.
【解析】
(1) 2 2 2 2 2 2 2 2[( 1) ( 1) ( 1) ](1 1 1 ) [( 1) ( 1) ( 1)] ( 1) 4x y z x y z x y z 故
2 2 2 4( 1) ( 1) ( 1) 3x y z 等号成立当且仅当 1 1 1x y z 而又因 1x y z ,解得
5
3
1
3
1
3
x
y
z
时等号成立
所以 2 2 2( 1) ( 1) ( 1)x y z 的最小值为 4
3
.
(2)
因为 2 2 2 1( 2) ( 1) ( ) 3x y z a ,所以 2 2 2 2 2 2[( 2) ( 1) ( ) ](1 1 1 ) 1x y z a .
根据柯西不等式等号成立条件,当 2 1x y z a ,即
22 3
21 3
2
3
ax
ay
az a
时有
2 2 2 2 2 2 2 2[( 2) ( 1) ( ) ](1 1 1 ) ( 2 1 ) ( 2)x y z a x y z a a 成立.
所以 2( 2) 1a 成立,所以有 3a ≤ 或 1a .
28.(2019·全国高考真题(理))已知 a,b,c 为正数,且满足 abc=1.证明:
(1) 2 2 21 1 1 a b ca b c
;
(2) 3 3 3( ) ( ) ( ) 24a b b c c a .
【答案】(1)见解析;(2)见解析
【解析】
(1) 1abc 1 1 1 1 1 1 abc bc ac aba b c a b c
2 2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2a b c a b b c c a ab bc ac
当且仅当 a b c 时取等号
2 2 2 1 1 12 2a b c a b c
,即: 2 2 2 1 1 1a b c a b c
≥
(2) 3 3 3 3a b b c c a a b b c c a ,当且仅当 a b c 时取等号
又 2a b ab , 2b c bc , 2a c ac (当且仅当 a b c 时等号同时成立)
3 3 3 23 2 2 2 24a b b c c a ab bc ac abc
又 1abc 3 3 3 24a b b c c a
29.(2019·全国高考真题(文))已知 ( ) | | | 2 | ( ).f x x a x x x a
(1)当 1a 时,求不等式 ( ) 0f x 的解集;
(2)若 ( ,1)x 时, ( ) 0f x ,求 a 的取值范围.
【答案】(1) ( ,1) ;(2)[1, )
【解析】
(1)当 1a 时,原不等式可化为| 1| | 2 | ( 1) 0x x x x ;
当 1x 时,原不等式可化为 (1 ) (2 )( 1) 0x x x x ,即 2( 1) 0x ,显然成立,
此时解集为 ( ,1) ;
当1 2x 时,原不等式可化为 ( 1) (2 )( 1) 0x x x x ,解得 1x ,此时解集为空集;
当 2x 时,原不等式可化为 ( 1) ( 2)( 1) 0x x x x ,即 2( 1 0)x ,显然不成立;此时解集为空集;
综上,原不等式的解集为 ( ,1) ;
(2)当 1a 时,因为 ( ,1)x ,所以由 ( ) 0f x 可得 ( ) (2 )( ) 0a x x x x a ,
即 ( )( 1) 0x a x ,显然恒成立;所以 1a 满足题意;
当 1a 时, 2( ), 1( ) 2( )(1 ),
x a a xf x x a x x a
,因为 1a x 时, ( ) 0f x 显然不能成立,所以 1a 不满
足题意;
综上, a 的取值范围是[1, ) .
30.(2018·全国高考真题(文))设函数 ( ) 5 2f x x a x .
(1)当 1a 时,求不等式 ( ) 0f x 的解集;
(2)若 ( ) 1f x 恒成立,求 a 的取值范围.
【答案】(1)[ 2,3] ;(2) , 6 2, .
【解析】
(1)当 1a 时,
2 4, 1,
2, 1 2,
2 6, 2.
x x
f x x
x x
可得 0f x 的解集为{ | 2 3}x x .
(2) 1f x ≤ 等价于 2 4x a x .
而 2 2x a x a ,且当 2x 时等号成立.故 1f x ≤ 等价于 2 4a .
由 2 4a 可得 6a 或 2a ,所以 a 的取值范围是 , 6 2, .
31.(2018·全国高考真题(文))已知 1 1f x x ax .
(1)当 1a 时,求不等式 1f x 的解集;
(2)若 0,1x 时不等式 f x x 成立,求 a 的取值范围.
【答案】(1) 1
2x x
;(2) 0,2
【解析】
(1)当 1a 时, 1 1f x x x ,即
2, 1,
2 , 1 1,
2, 1.
x
f x x x
x
故不等式 1f x 的解集为 1
2x x
.
(2)当 0,1x 时 1 1x ax x 成立等价于当 0,1x 时 1 1ax 成立.
若 0a ,则当 0,1x 时 1 1ax ;
若 0a , 1 1ax 的解集为 20 x a
,所以 2 1a
,故 0 2a .
综上, a 的取值范围为 0,2 .
32.(2018·全国高考真题(文))
在直角坐标系 xOy 中,曲线 1C 的方程为 2y k x .以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,
曲线 2C 的极坐标方程为 2 2 cos 3 0 .
(1)求 2C 的直角坐标方程;
(2)若 1C 与 2C 有且仅有三个公共点,求 1C 的方程.
【答案】(1) 2 2( 1) 4x y .
(2) 4 23y x .
【解析】
(1)由 cosx , siny 得 2C 的直角坐标方程为
2 21 4x y .
(2)由(1)知 2C 是圆心为 1,0A ,半径为 2 的圆.
由题设知, 1C 是过点 0,2B 且关于 y 轴对称的两条射线.记 y 轴右边的射线为 1l ,y 轴左边的射线为 2l .由
于 B 在圆 2C 的外面,故 1C 与 2C 有且仅有三个公共点等价于 1l 与 2C 只有一个公共点且 2l 与 2C 有两个公共
点,或 2l 与 2C 只有一个公共点且 1l 与 2C 有两个公共点.
当 1l 与 2C 只有一个公共点时, A到 1l 所在直线的距离为 2 ,所以
2
2 2
1
k
k
,故 4
3k 或 0k .
经检验,当 0k 时, 1l 与 2C 没有公共点;当 4
3k 时, 1l 与 2C 只有一个公共点, 2l 与 2C 有两个公共点.
当 2l 与 2C 只有一个公共点时, A到 2l 所在直线的距离为 2 ,所以
2
2 2
1
k
k
,故 0k 或 4
3k .
经检验,当 0k 时, 1l 与 2C 没有公共点;当 4
3k 时, 2l 与 2C 没有公共点.
综上,所求 1C 的方程为 4 23y x .
33.(2019·江苏省高考真题)在极坐标系中,已知两点 3, , 2,4 2A B
,直线 l 的方程为
sin 34
.
(1)求 A,B 两点间的距离;
(2)求点 B 到直线 l 的距离.
【答案】(1) 5 ;
(2)2.
【解析】
(1)设极点为 O.在△OAB 中,A(3,
4
),B( 2 ,
2
),
由余弦定理,得 AB= 2 23 ( 2) 2 3 2 cos( ) 52 4
.
(2)因为直线 l 的方程为 sin( ) 34
,
则直线 l 过点 (3 2, )2
,倾斜角为 3
4
.
又 ( 2, )2B ,所以点 B 到直线 l 的距离为 3(3 2 2) sin( ) 24 2
.
34.(2019·全国高考真题(理))如图,在极坐标系Ox 中, (2,0)A , ( 2, )4B , ( 2, )4C , (2, )D ,
弧 AB , BC , CD 所在圆的圆心分别是 (1,0) , (1, )2
, (1, ) ,曲线 1M 是弧 AB ,曲线 2M 是弧 BC ,
曲线 3M 是弧 CD .
(1)分别写出 1M , 2M , 3M 的极坐标方程;
(2)曲线 M 由 1M , 2M , 3M 构成,若点 P 在 M 上,且| | 3OP ,求 P 的极坐标.
【答案】(1) 2cos ( [0, ])4
, 32sin ( [ , ])4 4
, 32cos ( [ , ])4
,
(2) ( 3, )6
, ( 3, )3
, 2( 3, )3
, 5( 3, )6
.
【解析】
(1)由题意得,这三个圆的直径都是 2,并且都过原点.
1 : 2cos ( [0, ])4M ,
2
3: 2cos( ) 2sin ( [ , ])2 4 4M , 3
3: 2cos( ) 2cos ( [ , ])4M .
(2)解方程 2cos 3( [0, ])4
得
6
,此时 P 的极坐标为 ( 3, )6
解方程 32sin 3( [ , ])4 4
得
3
或 2
3
,此时 P 的极坐标为 ( 3, )3
或 2( 3, )3
解方程 32cos 3( [ , ])4
得 5
6
,此时 P 的极坐标为 5( 3, )6
故 P 的极坐标为 ( 3, )6
, ( 3, )3
, 2( 3, )3
, 5( 3, )6
.
35.(2019·全国高考真题(文))在极坐标系中,O 为极点,点 0 0 0( , )( 0)M 在曲线 : 4sinC 上,
直线 l 过点 (4,0)A 且与 OM 垂直,垂足为 P.
(1)当 0 = 3
时,求 0 及 l 的极坐标方程;
(2)当 M 在 C 上运动且 P 在线段 OM 上时,求 P 点轨迹的极坐标方程.
【答案】(1) 0 2 3 ,l 的极坐标方程为 sin( ) 26
;(2) 4cos ( )4 2
【解析】
(1)因为点 0 0 0( , )( 0)M 在曲线 : 4sinC 上,
所以 0 04sin 4sin 2 33
;
即 (2 3, )3M ,所以 tan 33OMk ,
因为直线 l 过点 (4,0)A 且与 OM 垂直,
所以直线l 的直角坐标方程为 3 ( 4)3y x ,即 3 4 0x y ;
因此,其极坐标方程为 cos 3 sin 4 ,即 l 的极坐标方程为 sin( ) 26
;
(2)设 ( , )P x y ,则 OP
yk x
,
4AP
yk x
,
由题意,OP AP ,所以 1OP APk k ,故
2
2 14
y
x x
,整理得 2 2 4 0x y x ,
因为 P 在线段 OM 上,M 在 C 上运动,所以 0 2,0 2x y ,
所以,P 点轨迹的极坐标方程为 2 4 cos 0 ,即 4cos ( )4 2
.