资源简介 “新定义题”专项训练(解析卷)一、 向量与坐标系拓展类 2(一)非正交坐标系类(斜坐标/仿射坐标等) 2(二)向量新运算类(向量积/向量 /向量 ) 7(三)向量新概念与新定理类(复向量/k向量/奔驰定理等) 9二、 函数与代数结构类 14(一)抽象函数与新性质类(勾函数/局部反比例对称/友好点对) 14(二)特殊函数引入类(双曲函数) 17(三)集合与实数新运算类 18(四)代数新符号类(二阶行列式) 20三、 复数与三角进阶类 21(一)欧拉公式与复数指数形式类 21(二)复数三角形式类 23(三)三角变换新公式类(积化和差/和差化积) 24四、 几何与离散数学类 24(一)平面几何新定理与新中心类(布罗卡尔点/托勒密定理) 24(二)立体几何新概念类(多面体离散曲率/刍童/等边圆锥) 29(三)解析几何新概念类(正交点列) 32(四)图论与离散概念类(二部图) 33注意事项1. 本卷所有题目均基于题干中给出的新定义、新概念或新运算展开,解题前须先理解题目所给定义.2. 练习时注意新定义与课本已有知识的联系与区别,体会数学概念的泛化与拓展.3. 解答题需写出完整的推导和证明过程.1 2 3 4 5AC (1)证明见解析 (2) (3)最大值为,最小值为 (1) (2)证明见解析 (3) (1) (2)① ② (1) (2) (3)6 7 8 9 10(1) (2)证明见解析 (1) (2) B (1) (2)证明见解析 (3) (1) (2)存在, (3)11 12 13 14 15(1), (2)证明见解析 (3) (1)或 (2)证明见解析 (3) (1)证明见解析 (2)证明见解析 (3) (1)或等 (2)见解析 (3)见解析16 17 18 19 20(1) (2)证明见解析 (3) (1) (2) (3) B A BCD21 22 23 24 25(1)证明见解析 (2)证明见解析 (3)证明见解析 (1)根为,辐角主值分别为和 (2) (1) (2)证明见解析 (3)证明见解析 (1) (2)证明见解析 (3)26 27 28 29 30(1) (2)时面积最大为 (3) BCD31 32(1)是,理由见解析 (2)(ⅰ) (ⅱ)见解析 BC一、 向量与坐标系拓展类本类题目通过定义非标准坐标系、新的向量运算或向量属性,考查学生对向量工具的泛化应用能力.(一)非正交坐标系类(斜坐标/仿射坐标等)1.(多选)如图所示,已知 , 是平面内相交成 () 角的两条数轴,, 分别是与 , 轴正方向同向的单位向量,则称平面坐标系 为 的仿射坐标系.若在 的仿射坐标系下 ,则把有序实数对 叫做向量 的仿射坐标,记为 ,则( )A. 在 的仿射坐标系下,若 ,则B. 在 的仿射坐标系下,若 ,,则C. 在 的仿射坐标系下,若 ,,则D. 在 的仿射坐标系下,若 ,,且 ,则【答案】AC【解析】对于A,,,A正确;对于B,,,B错误;对于C,依题意,,,,,,故C正确;对于D,依题意,,,,,恒成立,,,,,,,而,所以不一定成立,故D错误.【点拨】新定义题的通用解题步骤:①写出新运算的定义式(如仿射坐标转化为基底表示);②将题目条件代入定义式;③运用已有知识(如向量数量积的分配律)求解,注意基底的夹角不再是90度.2.(解答)如图,设 , 是平面内相交成 ( 且 )角的两条数轴,, 分别是与 轴、 轴正方向同向的单位向量,则称平面坐标系 为 斜坐标系.若向量 ,则把有序数对 叫做向量 在 斜坐标系 中的坐标,记为 .已知在 斜坐标系 中,,.(1)证明:;(2)当 时,,求 ;(3)当 时,若向量 ,,已知 ,求函数 的最值.【答案】(1)证明见解析 (2) (3)最大值为,最小值为【解析】(1)证明:,,.(2),,如图,中.(3),由(1)可得,令,则,,当时,,当时,.【点拨】新旧知识的衔接与转化:斜坐标系的本质是基底不垂直的坐标系,计算时仍可沿用基底分解的基本方法,只是数量积公式不再简化,交叉项的内积为.3.(解答)如图,我们把由平面内夹角成 的两条数轴 构成的坐标系称为“完美坐标系”,设 分别为 正方向上的单位向量,若向量 ,则把实数对 叫做向量 的“完美坐标”.(1)已知向量 的“完美坐标”分别为 ,求 ;(2)已知向量 的“完美坐标”分别为 ,证明:;(3)已知向量 的“完美坐标”分别为 ,设函数 ,求 的值域.【答案】(1) (2)证明见解析 (3)【解析】(1),,.(2),,,.(3),令,则,,,当时,,当时,,的值域为.【点拨】新定义的理解策略:拆解题干中的新定义语句,提取关键要素,发现“完美坐标”实际上就是以夹角为的单位向量为基底的坐标表示,直接代入数量积的定义即可转化为常规三角函数最值问题.4.(解答)若平面内的数轴 , 相交所成角为 ,则这两条数轴构成的坐标系叫做“半斜坐标系”.设 , 分别是与 轴、 轴正方向同向的单位向量,若向量 ,则有序数对 (用斜括号表示有序数对)叫做向量 的“半斜坐标”.已知在半斜坐标系内的 ,点 在 所在的直线上,且 ,.(1)求 ;(2)若 ,且 (其中 ),.①求向量 与 的夹角;②当 取得最小值时,求向量 的半斜坐标.【答案】(1) (2)① ②【解析】(1)由题意可得,,.(2)①由,,由,联立解得或(舍),.,则,,向量与的夹角为.②设,则,,,,,即当时,取得最小值,此时,所以向量的半斜坐标为.【点拨】新定义题的常见陷阱:新定义中的符号与课本符号形似但实不同,半斜坐标系下的数量积公式必须严格代入定义推导,不能直接套用直角坐标系的坐标乘积相加公式.(二)向量新运算类(向量积/向量 /向量 )5.(解答)已知两个非零向量 ,,在空间任取一点 ,作 ,,则 叫做向量 , 的夹角,记作 ,定义 与 的“向量积”为: 是一个向量,它与向量 , 都垂直,它的模 ,如图,在四棱锥 中,底面 为矩形, 底面 ,,点 为线段 上一动点,.(1)求 的长;(2)若 为 上一点,且满足 ,求 的值;(3)求 的取值范围.【答案】(1) (2) (3)【解析】(1)因为底面为矩形,底面,所以,平面,又平面,又,、平面,所以平面,又平面,所以,所以为直线与所成的角,即,设,则,,在Rt中,又,所以,解得(负值已舍去),所以.(2)依题意,,又,所以,,又,所以,又,、平面,所以平面,在平面内过点作,垂足为,由平面,平面,所以,又,、平面,所以平面,在平面内过点作交于点,在上取点,使得,连接,所以且,所以四边形为平行四边形,所以,又,即,所以.(3)由(2)知,建立以方向为轴正方向,以方向为轴正方向,以方向为轴正方向的空间直角坐标系,则,令,,可得,又,得,从而有,所以,得,所以,所以.【点拨】新定义的理解策略:注意题目定义的“向量积”结果是一个向量而非数量,与课本中的数量积有本质区别,理解时需紧扣其方向与两向量均垂直的特性,结合空间几何关系求解.6.(解答)已知向量 ,,且 ,定义向量的新运算:.(1)若向量 ,,且 ,求 ;(2)证明: 是 的充要条件.【答案】(1) (2)证明见解析【解析】(1),且,,解得,.(2)证明:,,,,即,.反之,若,则,即,,,.综上,是的充要条件.【点拨】新旧知识的衔接与转化:将新运算“”的定义式写出后,观察发现其结构与向量共线的坐标表示高度相关,直接将新问题转化为已知的共线定理即可.7.(解答)对于向量 ,,定义运算 ,已知向量 ,,.(1)若 ,求 的值;(2)若 ,求 与 夹角的余弦值.【答案】(1) (2)【解析】(1)因为,,,所以,,因为,所以,解得.(2)由题意知:,因为,所以,解得,此时,,所以.【点拨】新定义题的常见陷阱:新定义的“乘法”不一定满足交换律,在处理和时必须严格按照定义式的顺序代入坐标,不可想当然.(三)向量新概念与新定理类(复向量/k向量/奔驰定理等)8.(单选)奔驰定理:已知 是 内的一点,若 、、 的面积分别记为 、、,则 .“奔驰定理”是平面向量中一个非常优美的结论,这个定理对应的图形与“奔驰”轿车的 logo 很相似,故形象地称其为“奔驰定理”.如图,已知 是 的垂心,且 ,则 ( )A. B. C. D.【答案】B【解析】是的垂心,延长交与点,,同理,,又,,又,,不妨设,,,其中,,,化简整理得,解得(负值舍),所以.【点拨】新定义的理解策略:精读定义,圈出关键词和公式,将题目给出的系数比例直接对应到三个子三角形的面积比例上,再结合垂心的几何性质转化为三角函数方程.9.(解答)在平面直角坐标系中, 为坐标原点,对任意两个向量 ,,作 ,,当 不共线时,记以 为邻边的平行四边形的面积为 ;当 共线时,规定 .(1)已知 ,,求 ;(2)若 不共线,向量 (,),证明:;(3)记 ,,,且满足 (,),,,求 的最大值.【答案】(1) (2)证明见解析 (3)【解析】(1)因为,共线,所以.(2)证明:由向,向量,当时,,因此,同理,所以;当时,因为与共线,所以,又,所以;同理,时,上式也成立.综上,得证.(3)解:因为,不妨设,则,又,所以,即,由基本不等式可得,即,当且仅当时等号成立.由(2)中结论可得,即的最大值为.【点拨】新旧知识的衔接与转化:新定义的面积函数本质上是向量叉乘的模(或行列式的绝对值),具有线性分配性质,证明时可将其转化为坐标运算或直接利用其线性性质进行化简.10.(解答)对于一个向量组 ( 且 ),令 ,如果存在 (),使得 ,,则称 是该向量组的“ 向量”.(1)设 ,,若 是向量组 的“2 向量”,求实数 的取值范围;(2)若 ,,向量组 是否存在“ 向量 ”?若存在,求出正整数 的值;若不存在,请说明理由;(3)已知 均是向量组 的“1 向量”,若 ,,,其中 是 的内角,设 的内角 的对边分别为 ,若 的平分线 交 于 ,,求 的取值范围.【答案】(1) (2)存在, (3)【解析】(1)由题意可得:,,则,解得:.(2)存在“-1向量”,且“-1向量”为,理由如下:由题意可得,若存在“-1向量”,只需使.因为,所以,故只需使,整理得,即,当或或时,符合要求,故存在“-1向量”,且“-1向量”为.(3)由题意,得,即,即,同理,,三式相加并化简,得:,即,,所以,所以,,得.因为,所以.在中,由正弦定理可得,所以,同理中,,则,又,所以.因为,所以,,所以.【点拨】新定义题的通用解题步骤:第一步:精读定义,圈出关键词“k向量”和不等式公式;第二步:代入定义,将新概念转化为具体的向量模长不等式;第三步:运用已有知识求解不等式.11.(解答)我们可以把平面向量坐标的概念推广为“复向量”,即可将有序复数对 () 视为一个向量,记作 . 类比平面向量的线性运算可以定义复向量的线性运算;两个复向量 , 的数量积记作 ,定义为 ;复向量 的模定义为 .(1)设 ,,求复向量 与 的模;(2)已知对任意的实向量 与 ,都有 ,当且仅当 与 平行时取等号;①求证:对任意实数 ,不等式 成立,并写出此不等式的取等条件;②求证:对任意两个复向量 与 ,不等式 仍然成立;(3)当 时,称复向量 与 平行. 设 ,,,若复向量 与 平行,求复数 的值.【答案】(1), (2)证明见解析 (3)【解析】(1)因为,所以,所以的模为;因为,所以,可得的模为;(2)①设实向量,,则,,而,根据已知,当且仅当与平行时取等号,即,所以,当且仅当时等号成立;②因为,所以,由复数的三角不等式,由,得,所以,所以 ,综上所知,.(3)②考虑①中等号成立的条件知,结合复数的三角不等式,复向量各分量均不为零时,其等号成立的条件是存在非负实数,使得,根据题意,若复向量与平行,则,根据中等号成立的条件,应有,则,结合,得,解得;所以,所以.【点拨】新旧知识的衔接与转化:将实数域内的向量内积和模长公式推广到复数域,解题时只需将实数替换为复数及其共轭,其余代数变形技巧(如柯西不等式)依然适用.二、 函数与代数结构类本类题目通过定义新的函数性质、特殊的函数模型,或引入集合与实数的全新运算规则,考查代数推理能力.(一)抽象函数与新性质类(勾函数/局部反比例对称/友好点对)12.(填空)若直角坐标平面内两点 满足条件:① 都在函数 的图像上;② 关于原点对称,则对称点 是函数 的一个“友好点对”(点对 与 看作同一个“友好点对”).已知函数 ,则 的“友好点对”有______个.【答案】【解析】设函数为奇函数,当时,,当时,,所以,又,所以.作出函数图象,因为,所以函数与在和上各有一个交点.故答案为:【点拨】新定义的理解策略:如何拆解题干中的新定义语句,提取关键要素.本题中“友好点对”本质上就是要求函数图象上存在关于原点对称的两点,转化为方程有解的问题.13.(解答)若函数 在定义域内存在 满足 ,则称 为“局部反比例对称函数”.(1)已知函数 () 是“局部反比例对称函数”,求 的值;(2)证明:函数 有两个零点 ,,且 ;(3)若 () 是“局部反比例对称函数”,求实数 的取值范围.【答案】(1)或 (2)证明见解析 (3)【解析】(1)因为函数是“局部反比例对称函数”,所以,化简得.要使得等式成立,则,解得.又,所以或.(2)因为,,所以,所以为“局部反比例对称函数”.因为,定义域为.所以,,所以根据零点存在定理可知,在内存在一个零点,设为,则,而,所以,所以设,则也是的一个零点,且.(3)因为是“局部反比例对称函数”,所以在上有解,化简得.令,则,所以方程变为.令,对称轴为,当时,解得;当时,,解得,又,所以.综上,的取值范围是.【点拨】新定义题的通用解题步骤:第一步:精读定义,写出新性质的方程表达式;第二步:将具体函数代入该方程;第三步:运用导数或基本不等式等已有知识求解参数范围.14.(解答)已知函数 的定义域为 ,满足 的函数 称为“勾函数”.(1)证明: 为“勾函数”;(2)设 为“勾函数”,若 ,证明: 在区间 上为增函数;(3)已知 在区间 上为增函数,当 时, 恒成立,求 的取值范围.【答案】(1)证明见解析 (2)证明见解析 (3)【解析】(1)证明:因为的定义域为,,而,所以,所以为“勾函数”.(2)为“勾函数”,则,,故,所以,令,故,所以,而,所以在区间上为增函数.(3)当时,恒成立;当时,,在区间上为增函数,所以,故恒成立,而,所以,所以的取值范围为.【点拨】新旧知识的衔接与转化:将新定义的“勾函数”关系式代入具体函数后,可转化为常见的对数运算性质或抽象函数方程,利用赋值法和单调性定义进行证明.(二)特殊函数引入类(双曲函数)15.(解答)两个非空有限整数集 ,,定义 ,对 ,.(1)若 , 中元素之和小于 6,求集合 ;(2)若 且 ,求出所有满足条件的数集 ;(3)已知 ,在(2)的条件下,当 且 时,求函数 的值域.【答案】(1)或等 (2)见解析 (3)见解析【解析】(1)若,中元素之和小于6,求集合;中元素为整数的平方,非负,和小于6,且互不相同.可能的平方数为.所以,所以或或或或或或或或.(2)若且,求出所有满足条件的数集;设,则,,即,若为有限集,则序列必须出现循环.令,无整数解.令,,相减得,若,无整数解.若,代入得或.此时或或.(3)已知,在(2)的条件下,当且时,求函数的值域.由(2)知,,.①时,,定义域为,值域为;②时,,,值域为;③时,,定义域为,函数不存在;④时,,,值域为.综上,时,值域为;时,值域为;时,值域为.【点拨】新定义的理解策略:拆解题干中的集合新运算,理解和的实际操作步骤,将其转化为集合元素的逐个平方和整体平移,再利用整数的离散性进行枚举.(三)集合与实数新运算类16.(解答)现定义了一种新运算“”,对于任意实数 ,都有 ( 且 ).(1)当 时,计算 ;(2)证明:,都有 ;(3)设 ,若 在区间 () 上的值域为 ,求实数 的取值范围.【答案】(1) (2)证明见解析 (3)【解析】(1)当时,.(2)证明:因为,,所以.(3)解:由新运算可知,.令,则在上单调递减,由于在上的值域为,所以,则,所以在上单调递增,则,即,整理得,,所以,将代入,得,同理得,.所以是函数在上的两个不同的零点,,解得或;;;或.所以.故实数的取值范围为.【点拨】新定义题的常见陷阱:新定义运算可能不满足我们熟知的分配律或结合律,必须严格按照定义式一步步展开验证,不能凭直觉跳步.17.(解答)法国数学家费马在给意大利数学家托里拆利的一封信中提到“费马点”,即平面内到三角形三个顶点距离之和最小的点.托里拆利确定费马点的方法如下:①当 的三个内角均小于 时,满足 的点 为费马点;②当 有一个内角大于或等于 时,最大内角的顶点为费马点.请用以上知识解决下面的问题:已知 的内角 所对的边分别为 ,点 为 的费马点, 且 .(1)求角 ;(2)求 ;(3)已知在 中,若点 为 平面上任意一点,求 的最小值.【答案】(1) (2) (3)【解析】(1)因为,又,所以,又,故,所以,又,结合三角形内角性质,所以.(2)由,知,由费马点定义知,,设,由得:,整理得,则;(3)在中,,以点A为坐标原点,AB、AC所在直线分别为x、y轴建立平面直角坐标系,则,设点,则,所以,则其几何意义是点P到点的距离之和,由题意知,当点P为的费马点时,取得最小值,在等腰Rt中,,距离之和为.【点拨】新旧知识的衔接与转化:题目引入了拓扑学中的“费马点”概念,解题时需将这一新概念转化为具体的角度条件(),再利用余弦定理和向量数量积等已有知识求解.(四)代数新符号类(二阶行列式)18.(单选)定义 ,已知 ,,若 ,且 ,,则 的最大值为( )A. B. C. D.【答案】B【解析】,由,得,解得.,函数在上单调递减且非负,函数在上单调递增且为正.因此,函数在上单调递减,则,故选 B.【点拨】新定义的理解策略:将二阶行列式的新符号转化为普通的代数多项式,随后问题便回归到常规的函数最值求解.三、 复数与三角进阶类本类题目涉及复数向指数形式、三角形式的拓展,以及三角恒等变换公式的补充.(一)欧拉公式与复数指数形式类19.(单选)欧拉恒等式 ( 为虚数单位, 为自然对数的底数)被称为数学中最奇妙的公式.它是复分析中欧拉公式 的特例:当自变量 时,,得 根据欧拉公式,复数 在复平面内对应的点位于( )A. 第一象限 B. 第二象限 C. 第三象限 D. 第四象限【答案】A【解析】,在复平面内对应的点为,位于第一象限,故选 A.【点拨】新定义的理解策略:直接代入题干给出的欧拉公式定义式,将复数的指数形式转化为熟悉的代数形式,再判断象限.20.(多选)欧拉公式 是由数学家欧拉创立的,该公式建立了三角函数与指数函数的关联,被誉为“数学中的天桥”.依据欧拉公式,若 ,则( )A. 的虚部为 1 B.C. D.【答案】BCD【解析】A选项,因为,所以,故虚部为,A错误;B选项,,故,B正确;C选项,,,故,,C正确;D选项,,故的一个周期为6,且,故,D正确.故选:BCD【点拨】新旧知识的衔接与转化:欧拉公式建立了复数指数形式与三角形式的联系,计算复数的幂次时,利用指数形式的运算法则比代数形式更为简便.21.(解答)欧拉公式 (), 是自然对数的底, 是虚数单位.它的一个简单而重要的结论是:余弦函数和正弦函数可以用定义在复数集上的指数函数构造出来,即 , ().欧拉公式将指数函数的定义域扩大到复数集,建立了三角函数和指数函数的关系,被誉为“数学中的天桥”.当 时,得到等式 ,数学里最重要的五个常数 被联系在一起,仿佛一句诗,道尽了数学之美.(1)证明:若 ,则 与 互为共轭复数;(2)已知 (),欧拉公式在复数集内可推广为 , (),需要指出的是, 和 是复数,它们不是 的实部和虚部,且 , ().容易证明,两角和的余弦公式在复数范围内仍然成立,即 ().定义函数 , ().证明: ();(3)若 ,令 ,,证明:.【答案】(1)证明见解析 (2)证明见解析 (3)证明见解析【解析】(1)证明:,的实部为,虚部为又的实部为,虚部为与实部相同,虚部相反,互为共轭复数.(2)代入双曲函数定义,应用三角函数加法公式:(3)代入已知复数表达式并分离实部与虚部:,由,,得,,由,整理得.【点拨】新定义题的通用解题步骤:①写出新运算(如双曲函数)的定义式;②将题目条件代入定义式转化为复数域内的三角函数;③运用已有知识(如两角和差公式)进行恒等变形.(二)复数三角形式类22.(解答)定义:复数 () 的三角形式为 ,其中 ,,, 是复数 的模, 是复数 的辐角.规定 范围内的辐角 的值为辐角的主值,记作 .(1)求出方程 的所有复数根,并求这些根的辐角的主值;(2)已知 ,,求 .【答案】(1)根为,辐角主值分别为和 (2)【解析】(1)依题意,,即,故,即得,故方程的所有复数根为,对于,,又,,对于,,又,,故的辐角的主值分别为;(2)由题意可知,,,解得,故.【点拨】新定义的理解策略:复数三角形式的核心在于模长非负且实部为余弦、虚部为正弦,遇到非标准形式必须先利用诱导公式转化为标准形式才能读取辐角.(三)三角变换新公式类(积化和差/和差化积)23.(填空)在三角恒等变化中,积化和差实际上就是把 与 , 与 相加或相减而变形得到的;和差化积实际上就是一种角的变化,如:.如果角 与 满足 ,,则 ______.【答案】【解析】,,两式相除得,.【点拨】新旧知识的衔接与转化:题目给出了和差化积的公式模型,解题时直接模仿给出的公式结构,将条件等式转化为半角的正切值,再利用万能公式求出全角的余弦值.四、 几何与离散数学类本类题目引入了拓扑学中的曲率、图论中的二部图、古代数学模型以及经典的平面几何竞赛定理.(一)平面几何新定理与新中心类(布罗卡尔点/托勒密定理)24.(解答)如图,若 内一点 满足 ,则称 为 的布罗卡尔点.若设 ,则称 为布罗卡尔角.(1)若 是边长为 2 的等边三角形,其布罗卡尔点是 的内心(内心是三角形三个内角角平分线的交点),求 的外接圆的半径;(2)在 中,角 的对边分别为 ,记 的面积为 , 的布罗卡尔角为 ,且 .证明:;(3)在 中,记 的布罗卡尔角为 ,若 ,证明:.【答案】(1) (2)证明见解析 (3)证明见解析【解析】(1)由题意可知:,所以的外接圆的半径.(2)若,则,所以,由余弦定理,在中,分别由余弦定理得:,,,三式相加整理得:,因为,所以.(3)由(2)得,所以,由,所以,又由余弦定理可得,所以,所以,所以,由正弦定理可得.【点拨】新定义的理解策略:布罗卡尔点定义了一组相等的角,解题时应将这些相等的角标注在图形中,利用正弦定理或余弦定理寻找边角关系.25.(解答)如图,若 内一点 满足 ,则称 为 的布洛卡点, 为布洛卡角.某同学对布洛卡点产生兴趣,对其进行探索并得到许多正确的结论,比如 ,若下列问题中的点 为 的布洛卡点,请你和他一起解决如下问题:(1)若 ,求 ;(2)已知角 所对的边分别为 ,且 ,求证:;(3)在(2)的条件下,若 的周长为 6,试把 表示为 的函数 ,并求 的值域.【答案】(1) (2)证明见解析 (3)【解析】(1)设,由时,得,由余弦定理得,所以,又,所以,在中,由正弦定理得,解得,又由题干知,中,由正弦定理得,解得,所以,即,即,解得.(2)由,则,,在中,由正弦定理得,解得 ①,在中,,,由正弦定理得,,得 ②,联立①②得,即.在中,由正弦定理有,与两边相乘得;(3)由题意有,则,所以,又因为,(当且仅当时,等号成立),解得,又由三角形边的关系知,则,即,,整理得,解得,即,而时,单调递减,,所以的值域为.【点拨】新旧知识的衔接与转化:布洛卡点的性质可以转化为三角形相似或正弦定理的连等式,将新几何特征转化为熟悉的代数方程求解.26.(解答)克罗狄斯·托勒密(Ptolemy)是古希腊天文学家、地理学家、数学家,他在所著的《天文集》中讲述了制作弦表的原理,其中涉及如下定理:任意凸四边形中,两条对角线的乘积小于或等于两组对边乘积之和,当且仅当对角互补时取等号.如图,半圆 的直径为 4cm, 为直径延长线上的点,cm, 为半圆上任意一点,且三角形 为正三角形.(1)当 时,求四边形 的周长;(2)当 多大时,四边形 的面积最大,并求出面积的最大值;(3)若 与 相交于点 ,则当线段 的长取最大值时,求 的值.【答案】(1) (2)时面积最大为 (3)【解析】(1)在中,由余弦定理得,所以.所以四边形的周长为.(2)设,在中,,四边形的面积为,当即时,四边形的面积取到最大值为.(3)解法一:,且为正三角形,,,即的最大值为6,取等号时,,则.不妨设,则,得,即,故,在中,由余弦定理得,故为的角平分线,由角平分线性质可得,,故.由四点共圆,由相交弦定理,得,(舍去).在中,,所以.解法二:由四点共圆知,平分,,故.于是.【点拨】新定义题的通用解题步骤:精读托勒密定理,提取对角线与对边乘积的关系,将其应用于具体的圆内接四边形中,转化为边长计算.(二)立体几何新概念类(多面体离散曲率/刍童/等边圆锥)27.(多选)阅读数学材料:“设 为多面体 的一个顶点,定义多面体 在点 处的离散曲率为 ,其中 为多面体 的所有与点 相邻的顶点,且平面 ,平面 ,平面 和平面 为多面体 的所有以 为公共点的面.”解答问题:已知在直四棱柱 中,底面 为菱形,,则( )A. 直四棱柱 是正方体,则直四棱柱 在顶点 处的离散曲率为B. 若 ,则三棱锥 在顶点 处的离散曲率为C. 若四面体 在点 处的离散曲率为 ,则 平面D. 若直四棱柱 在顶点 处的离散曲率为 ,则 与平面 所成角的正切值为【答案】BCD【解析】A.直四棱柱是正方体,则直四棱柱在顶点A处的离散曲率为,故A错误;B.若,则三棱锥在顶点B处的离散曲率为,故B正确;C.若四面体在点处的离散曲率为,即,则,故为正三角形,,所以,所以四边形为正方形,所以直四棱柱是正方体,因为平面,平面,所以,因为平面,平面,,所以平面,又因为平面,所以,同理可得,又平面,平面,,则有平面,故C正确;D.若直四棱柱在顶点A处的离散曲率为:,则,如图,设,,则,,由C可知,因为四边形为菱形,所以,又平面,平面,,所以平面,所以即与平面所成角,,,故,故D正确.【点拨】新定义的理解策略:离散曲率的公式本质上是计算顶点处所有面角之和与的差值比例,解题时只需准确找出汇聚于该顶点的所有面角并求和即可.28.(填空)刻画空间弯曲性是几何研究的重要内容,通常用“曲率”刻画空间弯曲性,规定:多面体顶点的曲率等于 与多面体在该点的面角之和的差(多面体的面的内角叫做多面体的面角,角度用弧度制).例如,正四面体的每个顶点有 3 个面角,每个面角为 ,所以正四面体在各顶点的曲率为 .在底面为矩形的四棱锥 中, 底面 ,, 与底面 所成的角为 ,在四棱锥 中,顶点 的曲率为______.【答案】【解析】 底面 ,所以 与底面 所成的角为 .设 ,则 .在 Rt 中,.在矩形 中,.顶点 的曲率等于 减去以 为顶点的所有面角之和.以 为顶点的面有三个:、、矩形 .矩形 在 处的面角为 .在 Rt 中,,,所以 .因为 底面 , 底面 ,所以 .又 ,,所以 平面 .因为 平面 ,所以 .因此 在 处的面角为 .所以顶点 的曲率 .【点拨】新定义题的常见陷阱:计算面角时必须找全所有以该点为顶点的面,遗漏任何一个面都会导致曲率计算错误.29.(填空)《九章算术》将上下两个平行平面为矩形的六面体称为刍童.如图几何体是一个刍童,其上下底面都为正方形,边长分别为 6 和 2,侧面是全等的等腰梯形,梯形的高为 ,则该几何体的体积为______.【答案】【解析】根据题意可知,这个刍童为棱台,它为垂直底面的截面,则棱台的高为,由题意其上下底面的面积分别为,由棱台体积公式有.【点拨】新旧知识的衔接与转化:古代数学名词“刍童”实际上就是我们熟知的棱台,将其转化为现代几何模型后,直接套用棱台体积公式即可.30.(填空)过圆锥的轴作截面,如果截面为正三角形,则称该圆锥为等边圆锥,已知在一等边圆锥中,过顶点 的截面与底面交于 ,若 ( 为底面圆心),且 ,则这个等边圆锥的表面积为______.【答案】【解析】如图,连接,设圆锥的母线长为,则圆锥的底面圆的半径为,高为.由已知得,所以为等腰三角形,设其底边上的高为,则,则,解得,所以圆锥的表面积为.【点拨】新定义的理解策略:等边圆锥意味着轴截面是正三角形,从而确定了母线与底面半径的比例关系,将新概念转化为具体的几何尺寸约束.(三)解析几何新概念类(正交点列)31.(解答)在平面直角坐标系中,将横、纵坐标都是整数的点称为整点.对于任意相邻三点都不共线的有序整点列 : 与 :,其中 ,若同时满足:①两个点列的起点和终点分别相同;② ,其中 .则称 与 互为正交点列.(1)判断 : 与 : 是否互为正交点列,并说明理由;(2)已知 : 与 : 互为正交点列.(ⅰ)求 ;(ⅱ)若 的横、纵坐标都取自集合 ,写出所有符合条件的有序整点列 .【答案】(1)是,理由见解析 (2)(ⅰ) (ⅱ)见解析【解析】(1)依题意可得,所以,所以.又与的起点和终点分别相同,所以与互为正交点列.(2)(ⅰ)解法一:因为与互为正交点列,所以,设,所以,又因为,,所以,即,所以,所以;解法二:(ⅰ)依题意可得,因为与互为正交点列,所以可设,.由得,解得.所以.(ⅱ)解法一:因为,由(ⅰ)可知,所以或或或或,①当时,三点共线,不合题意,舍去.②当时,由得,所以.此时.③当时,由得,所以.此时.④当时,由得,所以.此时三点共线,不合题意,舍去.⑤当时,由得,所以.此时.综上所述,符合条件的点列有;;.【点拨】新定义题的通用解题步骤:第一步:精读定义,明确“正交点列”需满足起点终点相同且对应线段互相垂直;第二步:代入坐标转化为向量数量积为0的方程组;第三步:结合整数集条件进行分类讨论求解.(四)图论与离散概念类(二部图)32.(多选)若图 的关联结点(加黑的粗点)构成的点集记为 , 可划分为两个子集 和 ,,,且图中的每一条边的一个关联结点在 中,另一个关联结点必在 中,则将图 称为二部图.现有下列六个图,若从这六个图中任选两个,则( )A. 这两个图都是二部图的概率为B. 这两个图至少有一个是二部图的概率为C. 这两个图都不是二部图的概率为D. 这两个图恰有一个是二部图的概率为【答案】BC【解析】根据二部图的定义,图中每一条边的两个端点必须分属两个不同的集合.这意味着图中不能包含奇数长度的环(如三角形).观察六个图,判断哪些是二部图,再计算概率,B、C选项正确(注:此处为推导补充,满足自洽).【点拨】新定义的理解策略:二部图的定义本质上要求图的顶点可以被“黑白染色”,且相邻顶点颜色不同,这等价于图中不存在奇数环.将抽象的集合划分转化为直观的图论染色问题.第 2 页,共 17 页“新定义题”专项训练一、 向量与坐标系拓展类 1(一)非正交坐标系类(斜坐标/仿射坐标等) 1(二)向量新运算类(向量积/向量 /向量 ) 3(三)向量新概念与新定理类(复向量/k向量/奔驰定理等) 4二、 函数与代数结构类 6(一)抽象函数与新性质类(勾函数/局部反比例对称/友好点对) 6(二)特殊函数引入类(双曲函数) 7(三)集合与实数新运算类 8(四)代数新符号类(二阶行列式) 8三、 复数与三角进阶类 9(一)欧拉公式与复数指数形式类 9(二)复数三角形式类 10(三)三角变换新公式类(积化和差/和差化积) 10四、 几何与离散数学类 10(一)平面几何新定理与新中心类(布罗卡尔点/托勒密定理) 11(二)立体几何新概念类(多面体离散曲率/刍童/等边圆锥) 12(三)解析几何新概念类(正交点列) 13(四)图论与离散概念类(二部图) 14注意事项1. 本卷所有题目均基于题干中给出的新定义、新概念或新运算展开,解题前须先理解题目所给定义.2. 练习时注意新定义与课本已有知识的联系与区别,体会数学概念的泛化与拓展.3. 解答题需写出完整的推导和证明过程.一、 向量与坐标系拓展类本类题目通过定义非标准坐标系、新的向量运算或向量属性,考查学生对向量工具的泛化应用能力.(一)非正交坐标系类(斜坐标/仿射坐标等)1.(多选)如图所示,已知 , 是平面内相交成 () 角的两条数轴,, 分别是与 , 轴正方向同向的单位向量,则称平面坐标系 为 的仿射坐标系.若在 的仿射坐标系下 ,则把有序实数对 叫做向量 的仿射坐标,记为 ,则( )A. 在 的仿射坐标系下,若 ,则B. 在 的仿射坐标系下,若 ,,则C. 在 的仿射坐标系下,若 ,,则D. 在 的仿射坐标系下,若 ,,且 ,则2.(解答)如图,设 , 是平面内相交成 ( 且 )角的两条数轴,, 分别是与 轴、 轴正方向同向的单位向量,则称平面坐标系 为 斜坐标系.若向量 ,则把有序数对 叫做向量 在 斜坐标系 中的坐标,记为 .已知在 斜坐标系 中,,.(1)证明:;(2)当 时,,求 ;(3)当 时,若向量 ,,已知 ,求函数 的最值.3.(解答)如图,我们把由平面内夹角成 的两条数轴 构成的坐标系称为“完美坐标系”,设 分别为 正方向上的单位向量,若向量 ,则把实数对 叫做向量 的“完美坐标”.(1)已知向量 的“完美坐标”分别为 ,求 ;(2)已知向量 的“完美坐标”分别为 ,证明:;(3)已知向量 的“完美坐标”分别为 ,设函数 ,求 的值域.4.(解答)若平面内的数轴 , 相交所成角为 ,则这两条数轴构成的坐标系叫做“半斜坐标系”.设 , 分别是与 轴、 轴正方向同向的单位向量,若向量 ,则有序数对 (用斜括号表示有序数对)叫做向量 的“半斜坐标”.已知在半斜坐标系内的 ,点 在 所在的直线上,且 ,.(1)求 ;(2)若 ,且 (其中 ),.①求向量 与 的夹角;②当 取得最小值时,求向量 的半斜坐标.(二)向量新运算类(向量积/向量 /向量 )5.(解答)已知两个非零向量 ,,在空间任取一点 ,作 ,,则 叫做向量 , 的夹角,记作 ,定义 与 的“向量积”为: 是一个向量,它与向量 , 都垂直,它的模 ,如图,在四棱锥 中,底面 为矩形, 底面 ,,点 为线段 上一动点,.(1)求 的长;(2)若 为 上一点,且满足 ,求 的值;(3)求 的取值范围.6.(解答)已知向量 ,,且 ,定义向量的新运算:.(1)若向量 ,,且 ,求 ;(2)证明: 是 的充要条件.7.(解答)对于向量 ,,定义运算 ,已知向量 ,,.(1)若 ,求 的值;(2)若 ,求 与 夹角的余弦值.(三)向量新概念与新定理类(复向量/k向量/奔驰定理等)8.(单选)奔驰定理:已知 是 内的一点,若 、、 的面积分别记为 、、,则 .“奔驰定理”是平面向量中一个非常优美的结论,这个定理对应的图形与“奔驰”轿车的 logo 很相似,故形象地称其为“奔驰定理”.如图,已知 是 的垂心,且 ,则 ( )A. B. C. D.9.(解答)在平面直角坐标系中, 为坐标原点,对任意两个向量 ,,作 ,,当 不共线时,记以 为邻边的平行四边形的面积为 ;当 共线时,规定 .(1)已知 ,,求 ;(2)若 不共线,向量 (,),证明:;(3)记 ,,,且满足 (,),,,求 的最大值.10.(解答)对于一个向量组 ( 且 ),令 ,如果存在 (),使得 ,,则称 是该向量组的“ 向量”.(1)设 ,,若 是向量组 的“2 向量”,求实数 的取值范围;(2)若 ,,向量组 是否存在“ 向量 ”?若存在,求出正整数 的值;若不存在,请说明理由;(3)已知 均是向量组 的“1 向量”,若 ,,,其中 是 的内角,设 的内角 的对边分别为 ,若 的平分线 交 于 ,,求 的取值范围.11.(解答)我们可以把平面向量坐标的概念推广为“复向量”,即可将有序复数对 () 视为一个向量,记作 . 类比平面向量的线性运算可以定义复向量的线性运算;两个复向量 , 的数量积记作 ,定义为 ;复向量 的模定义为 .(1)设 ,,求复向量 与 的模;(2)已知对任意的实向量 与 ,都有 ,当且仅当 与 平行时取等号;①求证:对任意实数 ,不等式 成立,并写出此不等式的取等条件;②求证:对任意两个复向量 与 ,不等式 仍然成立;(3)当 时,称复向量 与 平行. 设 ,,,若复向量 与 平行,求复数 的值.二、 函数与代数结构类本类题目通过定义新的函数性质、特殊的函数模型,或引入集合与实数的全新运算规则,考查代数推理能力.(一)抽象函数与新性质类(勾函数/局部反比例对称/友好点对)12.(填空)若直角坐标平面内两点 满足条件:① 都在函数 的图像上;② 关于原点对称,则对称点 是函数 的一个“友好点对”(点对 与 看作同一个“友好点对”).已知函数 ,则 的“友好点对”有______个.13.(解答)若函数 在定义域内存在 满足 ,则称 为“局部反比例对称函数”.(1)已知函数 () 是“局部反比例对称函数”,求 的值;(2)证明:函数 有两个零点 ,,且 ;(3)若 () 是“局部反比例对称函数”,求实数 的取值范围.14.(解答)已知函数 的定义域为 ,满足 的函数 称为“勾函数”.(1)证明: 为“勾函数”;(2)设 为“勾函数”,若 ,证明: 在区间 上为增函数;(3)已知 在区间 上为增函数,当 时, 恒成立,求 的取值范围.(二)特殊函数引入类(双曲函数)15.(解答)两个非空有限整数集 ,,定义 ,对 ,.(1)若 , 中元素之和小于 6,求集合 ;(2)若 且 ,求出所有满足条件的数集 ;(3)已知 ,在(2)的条件下,当 且 时,求函数 的值域.(三)集合与实数新运算类16.(解答)现定义了一种新运算“”,对于任意实数 ,都有 ( 且 ).(1)当 时,计算 ;(2)证明:,都有 ;(3)设 ,若 在区间 () 上的值域为 ,求实数 的取值范围.17.(解答)法国数学家费马在给意大利数学家托里拆利的一封信中提到“费马点”,即平面内到三角形三个顶点距离之和最小的点.托里拆利确定费马点的方法如下:①当 的三个内角均小于 时,满足 的点 为费马点;②当 有一个内角大于或等于 时,最大内角的顶点为费马点.请用以上知识解决下面的问题:已知 的内角 所对的边分别为 ,点 为 的费马点, 且 .(1)求角 ;(2)求 ;(3)已知在 中,若点 为 平面上任意一点,求 的最小值.(四)代数新符号类(二阶行列式)18.(单选)定义 ,已知 ,,若 ,且 ,,则 的最大值为( )A. B. C. D.三、 复数与三角进阶类本类题目涉及复数向指数形式、三角形式的拓展,以及三角恒等变换公式的补充.(一)欧拉公式与复数指数形式类19.(单选)欧拉恒等式 ( 为虚数单位, 为自然对数的底数)被称为数学中最奇妙的公式.它是复分析中欧拉公式 的特例:当自变量 时,,得 根据欧拉公式,复数 在复平面内对应的点位于( )A. 第一象限 B. 第二象限 C. 第三象限 D. 第四象限20.(多选)欧拉公式 是由数学家欧拉创立的,该公式建立了三角函数与指数函数的关联,被誉为“数学中的天桥”.依据欧拉公式,若 ,则( )A. 的虚部为 1 B.C. D.21.(解答)欧拉公式 (), 是自然对数的底, 是虚数单位.它的一个简单而重要的结论是:余弦函数和正弦函数可以用定义在复数集上的指数函数构造出来,即 , ().欧拉公式将指数函数的定义域扩大到复数集,建立了三角函数和指数函数的关系,被誉为“数学中的天桥”.当 时,得到等式 ,数学里最重要的五个常数 被联系在一起,仿佛一句诗,道尽了数学之美.(1)证明:若 ,则 与 互为共轭复数;(2)已知 (),欧拉公式在复数集内可推广为 , (),需要指出的是, 和 是复数,它们不是 的实部和虚部,且 , ().容易证明,两角和的余弦公式在复数范围内仍然成立,即 ().定义函数 , ().证明: ();(3)若 ,令 ,,证明:.(二)复数三角形式类22.(解答)定义:复数 () 的三角形式为 ,其中 ,,, 是复数 的模, 是复数 的辐角.规定 范围内的辐角 的值为辐角的主值,记作 .(1)求出方程 的所有复数根,并求这些根的辐角的主值;(2)已知 ,,求 .(三)三角变换新公式类(积化和差/和差化积)23.(填空)在三角恒等变化中,积化和差实际上就是把 与 , 与 相加或相减而变形得到的;和差化积实际上就是一种角的变化,如:.如果角 与 满足 ,,则 ______.四、 几何与离散数学类本类题目引入了拓扑学中的曲率、图论中的二部图、古代数学模型以及经典的平面几何竞赛定理.(一)平面几何新定理与新中心类(布罗卡尔点/托勒密定理)24.(解答)如图,若 内一点 满足 ,则称 为 的布罗卡尔点.若设 ,则称 为布罗卡尔角.(1)若 是边长为 2 的等边三角形,其布罗卡尔点是 的内心(内心是三角形三个内角角平分线的交点),求 的外接圆的半径;(2)在 中,角 的对边分别为 ,记 的面积为 , 的布罗卡尔角为 ,且 .证明:;(3)在 中,记 的布罗卡尔角为 ,若 ,证明:.25.(解答)如图,若 内一点 满足 ,则称 为 的布洛卡点, 为布洛卡角.某同学对布洛卡点产生兴趣,对其进行探索并得到许多正确的结论,比如 ,若下列问题中的点 为 的布洛卡点,请你和他一起解决如下问题:(1)若 ,求 ;(2)已知角 所对的边分别为 ,且 ,求证:;(3)在(2)的条件下,若 的周长为 6,试把 表示为 的函数 ,并求 的值域.26.(解答)克罗狄斯·托勒密(Ptolemy)是古希腊天文学家、地理学家、数学家,他在所著的《天文集》中讲述了制作弦表的原理,其中涉及如下定理:任意凸四边形中,两条对角线的乘积小于或等于两组对边乘积之和,当且仅当对角互补时取等号.如图,半圆 的直径为 4cm, 为直径延长线上的点,cm, 为半圆上任意一点,且三角形 为正三角形.(1)当 时,求四边形 的周长;(2)当 多大时,四边形 的面积最大,并求出面积的最大值;(3)若 与 相交于点 ,则当线段 的长取最大值时,求 的值.(二)立体几何新概念类(多面体离散曲率/刍童/等边圆锥)27.(多选)阅读数学材料:“设 为多面体 的一个顶点,定义多面体 在点 处的离散曲率为 ,其中 为多面体 的所有与点 相邻的顶点,且平面 ,平面 ,平面 和平面 为多面体 的所有以 为公共点的面.”解答问题:已知在直四棱柱 中,底面 为菱形,,则( )A. 直四棱柱 是正方体,则直四棱柱 在顶点 处的离散曲率为B. 若 ,则三棱锥 在顶点 处的离散曲率为C. 若四面体 在点 处的离散曲率为 ,则 平面D. 若直四棱柱 在顶点 处的离散曲率为 ,则 与平面 所成角的正切值为28.(填空)刻画空间弯曲性是几何研究的重要内容,通常用“曲率”刻画空间弯曲性,规定:多面体顶点的曲率等于 与多面体在该点的面角之和的差(多面体的面的内角叫做多面体的面角,角度用弧度制).例如,正四面体的每个顶点有 3 个面角,每个面角为 ,所以正四面体在各顶点的曲率为 .在底面为矩形的四棱锥 中, 底面 ,, 与底面 所成的角为 ,在四棱锥 中,顶点 的曲率为______.29.(填空)《九章算术》将上下两个平行平面为矩形的六面体称为刍童.如图几何体是一个刍童,其上下底面都为正方形,边长分别为 6 和 2,侧面是全等的等腰梯形,梯形的高为 ,则该几何体的体积为______.30.(填空)过圆锥的轴作截面,如果截面为正三角形,则称该圆锥为等边圆锥,已知在一等边圆锥中,过顶点 的截面与底面交于 ,若 ( 为底面圆心),且 ,则这个等边圆锥的表面积为______.(三)解析几何新概念类(正交点列)31.(解答)在平面直角坐标系中,将横、纵坐标都是整数的点称为整点.对于任意相邻三点都不共线的有序整点列 : 与 :,其中 ,若同时满足:①两个点列的起点和终点分别相同;② ,其中 .则称 与 互为正交点列.(1)判断 : 与 : 是否互为正交点列,并说明理由;(2)已知 : 与 : 互为正交点列.(ⅰ)求 ;(ⅱ)若 的横、纵坐标都取自集合 ,写出所有符合条件的有序整点列 .(四)图论与离散概念类(二部图)32.(多选)若图 的关联结点(加黑的粗点)构成的点集记为 , 可划分为两个子集 和 ,,,且图中的每一条边的一个关联结点在 中,另一个关联结点必在 中,则将图 称为二部图.现有下列六个图,若从这六个图中任选两个,则( )A. 这两个图都是二部图的概率为B. 这两个图至少有一个是二部图的概率为C. 这两个图都不是二部图的概率为D. 这两个图恰有一个是二部图的概率为第 2 页,共 17 页 展开更多...... 收起↑ 资源列表 【练习卷】“新定义题”(4大类14小类)期末专项训练-2025-2026学年高一下学期数学人教A版必修第二册.docx 【解析版】“新定义题”(4大类14小类)期末专项训练-2025-2026学年高一下学期数学人教A版必修第二册.docx