本题导读
本题考查分数指数幂运算、函数定义域、指数方程、复合对数、极坐标互化、数列极限与因式分解。
📌【题干】
Question
(1977年江苏卷) (1) 计算:. (2) 求函数 的定义域. (3) 解方程:. (4) 计算:. (5) 把直角坐标方程 化为极坐标方程. (6) 计算:. (7) 分解因式:.
🔍【思路分析】
破题导航
- 逐项化简:
- 第一项 :带分数化为假分数 ,再开平方。
- 第二项 :由负指数幂性质化为倒数的正整数幂。
- 第三项 :非零实数的零次方等于 1。
- 第四项 :化为 ,再开立方根。
- 合并求值:将四项化简后通分相加减。
- 分别确定各项的约束:
- 要求被开方数非负: 。
- 要求分母不为零: 。
- 要求真数大于零: 。
- 取交集:三个条件联立,用数轴求交集,写出集合形式。
- 化同底:左端底数为 ,,把右端化为 。
- 去底数:由指数函数单调性,底数相同时指数相等,得一元二次方程。
- 因式分解求解:移项化为标准形式,十字相乘解得两个实数根。
- 化简最内层根式: 用 化为 。
- 求内层对数:由 得内层对数值。
- 求外层对数:把内层结果代入外层,由负指数幂与对数性质求出最终值。
- 用互化公式:直角坐标与极坐标的互化公式为
- 方法一(展开代入):展开 ,凑出 ,再代入互化公式。
- 方法二(直接代入):把 代入原方程,用 化简。
- 化简分子: 是等差数列前 项和,由 化简。
- 化为分式极限:代入得 。
- 比较最高次项系数:分子、分母最高次都是二次,取 的系数比。
- 观察结构:前两项 可凑成 的前半部分。
- 拆项配方:
- 把 分拆为 。
- 前三项配方为 ,剩余项配成 。
- 用平方差公式:化为 形式后分解。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
对四个指数幂分别化简:
- 第一项:带分数化为假分数,再开平方
- 第二项:用负指数幂公式
- 第三项:用零指数幂
- 第四项:负分数指数幂,先取倒数再开立方根
- 代回合并: 通分(最小公分母 6): 所以,最终计算结果为: 要使函数有意义,自变量 须同时满足:
- 第一步:分别解各不等式
- 由 得:
- 由 得:
- 由 移项得:
- 第二步:联立求交集 即在 内去掉点 :
- 第三步:写出解集 所以,该函数的定义域为: \{x \;\middle|\; 2 \le x < 5 \text{ 且 } x \neq 3\}
- 第一步:化同底 原方程为: 把 写成以 为底的幂: 代入:
- 第二步:去底数 由指数函数的单调性,底数相同且不为 1 时,指数相等: 移项:
- 第三步:十字相乘求解 解得: 所以,原方程的解为: 由内向外逐层化简:
- 第一步:把多层根式化为分数指数幂 由 及 :
- 第二步:求内层对数 由 :
- 第三步:求外层对数 由 ,: 所以,最终计算结果为:
方法一:展开代入
- 第一步:展开 原方程为: 展开第一项:
- 第二步:合并常数项 两边减 9:
- 第三步:代入互化公式 把 及 代入:
- 第四步:提取公因式 表示极点。而 在 时 ,已包含极点。 所以极坐标方程为:
方法二:直接代入
- 第一步:代入互化公式 把 与 代入 :
- 第二步:展开并用三角恒等式化简 合并同类项,两边消去 9: 由 : 约去 : 所以,所求的极坐标方程为:
- 第一步:用等差数列求和公式化简分子 分子是公差为 1 的等差数列前 项和,由 :
- 第二步:代入极限式
- 第三步:分子分母同除以 当 时,,所以: 所以,最终计算结果为:
- 第一步:拆项配方 原多项式为: 把 分拆为 :
- 第二步:分组配完全平方 由 :
- 前半:
- 后半: 代入得:
- 第三步:用平方差公式分解 由 ,取 : 去括号合并: 所以,最终因式分解的结果为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:负指数幂与倒数、有理数立方根、带分数化简。
- 核心方法:分项化简法。
- 避坑指南:
- 带分数化简: 表示 ,不是 。
- 负数开方:负数可开奇次方根,结果为负数,。
- 核心考点:根式非负、分母不为零、对数真数为正。
- 核心方法:不等式组取交集。
- 避坑指南:
- 对数真数不能取等号:应写 ,不是 ( 无意义)。
- 漏掉分母断点:合并区间 时,别漏掉 。
- 核心考点:化同底、指数相等、一元二次方程分解。
- 核心方法:底数化同法。
- 避坑指南:
- 指数漏项: 后,应写 ,别错写成 。
- 无须验根:指数函数定义域为 ,同解变形后得到的实根都是合法根。
- 核心考点:根式化为分数指数幂、对数幂次性质。
- 核心方法:由内向外化简法。
- 避坑指南:
- 根式嵌套是乘法: 的指数是 ,不是相加。
- 符号遗漏:最外层对数前有负号,最后一步负负得正,别漏掉。
- 核心考点:直角坐标与极坐标互化、圆的极坐标方程。
- 核心方法:展开代换法。
- 避坑指南:
- 化简为最简形式:应把 化为 。因为 在 时已包含极点 。
- 核心考点:等差数列求和、数列极限。
- 核心方法:先求和再取极限。
- 避坑指南:
- 不能逐项拆开求极限:极限加法法则只适用于有限项相加。分子有 项(随 增多),应先合并为单项再取极限。
- 核心考点:分组分解、完全平方公式、平方差公式。
- 核心方法:拆项配方法、双十字相乘法。
- 避坑指南:
- 分解要彻底:因式分解要分解到不能再分解为止。两个因式 和 在有理数域内已不能继续分解,写到 就停止属于未完成。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查分数指数幂与负指数幂的运算。
- 结论推广:对非零有理数 ,有 ,。
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查函数定义域的求解。
- 结论推广:对 ,定义域为 。
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查简单指数方程的求解。
- 结论推广:对 ,两边取对数得 ;当 时,。
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查复合对数的化简求值。
- 结论推广:若真数由 层 次方根嵌套,则 。本题 ,最外层带负号,得 。
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查直角坐标方程与极坐标方程的互化。
- 结论推广:圆心在 、半径为 且过原点的圆 ,极坐标方程为 ;圆心在 的圆 ,极坐标方程为 。本题圆心 ,得 。
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查数列求和与极限。
- 结论推广:。一般地,。
- 试题探源:本题为 1977 年江苏卷第 1 题,考查分组分解与双十字相乘。
- 结论推广:本题也可把 视为整体 ,化为 ,先对常数项十字相乘分解为 ,再对 用双十字相乘法分解。
🔗【关联脉络】
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