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      2021年清華大學強基計劃數(shù)學試題及其詳解

      2022-03-27 21:59:30甘志國
      關鍵詞:強基計劃數(shù)學試題

      摘 要:文章給出了2021年清華大學強基計劃數(shù)學試題的回憶版及其詳解.

      關鍵詞:強基計劃;數(shù)學試題;詳解;初等數(shù)論

      中圖分類號:G632?? 文獻標識碼:A?? 文章編號:1008-0333(2022)04-0084-09

      全卷共35道不定項選擇題.以下試題是回憶版(只有21道,差14道,有的試題還差選項,題目順序及試題內(nèi)容也可能不準確),其解答詳盡.

      試題涉及函數(shù)與方程(第1,8,10,14題);集合及計數(shù)原理(第2,13題);整數(shù)性質(zhì)(第3題);平面解析幾何(第4,11題);數(shù)列(第5題);定積分(第6題);平面幾何(第7題);平面向量與線性規(guī)劃(第9題);概率(第12題);三角(第15,20題);組合數(shù)學(第16題);復數(shù)(第17題);立體幾何(第18題);代數(shù)運算(第19題);不等式(第21題).其中第9,10均是往年的高考題,第17道是往年的高中數(shù)學聯(lián)賽一試試題.

      題1 若恰有一個實數(shù)x使得x3-ax-1=0成立,則常數(shù)a的取值范圍是( ).

      A.(-∞,32)? B.(-∞,3322)

      C.(322,+∞)(-∞,322)

      解析 關于x的方程x2-1x=a有唯一實根.

      設f(x)=x2-1xf ′(x)=2x+1x2=2x3+1x2,可得f(x)在(-∞,-132),(-132,0),(0,+∞)

      上分別單調(diào)遞減、單調(diào)遞增、單調(diào)遞增.再由

      limx→-∞f(x)=+∞,f(-132)=3232,

      limx→0-f(x)=+∞,

      limx→0+f(x)=-∞,

      limx→+∞f(x)=+∞可作出函數(shù)f(x)的圖象如圖1.

      圖1

      進而可得所求a的取值范圍是(-∞,3232).

      題2 若集合U={0,1,2,…,2021},SU,且集合S中的任意兩個元素之和均不是5的倍數(shù),則集合S元素個數(shù)的最大值是.

      解析 集合U中元素(共2022個)分5類:

      (1)(共405個)5×0,5×1,5×2,…,5×404;

      (2)(共405個)5×0+1,5×1+1,5×2+1,…,5×404+1;

      (3)(共404個)5×0+2,5×1+2,5×2+2,…,5×403+2;

      (4)(共404個)5×0+3,5×1+3,5×2+3,…,5×403+3;

      (5)(共404個)5×0+4,5×1+4,5×2+4,…,5×403+4.

      由題設可知,第(2)類與第(5)類的元素不能同選;第(3)類與第(4)類的元素也不能同選.因而,集合S元素個數(shù)至多是405+405+404=1214.

      當?shù)冢?)(2)(3)類的元素全選,或第(1)(2)(4)類的元素全選時得到的集合S元素的個數(shù)均是1214,此時滿足題意,且當集合S元素個數(shù)取最大值時,沒有別的情形.

      綜上所述,可得所求答案是1214.

      題3 若正整數(shù)(m,n)的最大公約數(shù)、最小公倍數(shù)分別是10!,50!,則數(shù)對(m,n)的對數(shù)是(? ).

      A.29? B.215? C.218? D.221

      解析 可設m=10!a,n=10!b,正整數(shù)a,b互質(zhì),且ab=11×12×13×…×50.

      可得ab的質(zhì)因數(shù)共15個:2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47.

      再由正整數(shù)a,b互質(zhì),可得數(shù)對(a,b)的對數(shù)是215,進而可得數(shù)對(m,n)的對數(shù)也是215.

      題4 在平面直角坐標系xOy中,過點A(-2,3)作拋物線y2=4x的兩條切線,分別與y軸交于點B,C,則△ABC的外接圓方程是(? ).

      A.(x+1)2+(y-32)2=134

      B.(x+1)2+(y-1)2=134

      C.(x+12)2+(y-32)2=92

      D.(x+32)2+(y-1)2=174

      解析 如圖2所示,可設切線方程是y-3=k(x+2),聯(lián)立

      y-3=k(x+2)y2=4x

      得y-3=k(y24+2).即ky2-4y+8k+12=0.

      由這個關于y的一元二次方程的判別式的值為0,可求得k=-3±174,進而可求得兩個切點B(0,3+172),C(0,3-172),還可求得弦AB,BC的中垂線方程分別是8x+(217-6)y+13-317=0,y=32,進而可求得△ABC的外接圓圓心是點

      (-12,32),半徑是92.

      所以該圓的方程是

      (x+12)2+(y-32)2=92.

      題5 若一個k項等差數(shù)列的公差是4,且首項的平方與除首項外的各項和小于100,則k的取值范圍是.

      解析 設該等差數(shù)列的首項是a1,由題設及等差數(shù)列前n項和公式可得

      a21+(k-1)(a1+4)+(k-1)(k-2)2·4<100.

      即a21+(k-1)a1+2k2-2k-100<0.①

      關于a1的一元二次方程①的判別式-7k2+6k+401>0,解得k<

      3+16117.再由等差數(shù)列的項數(shù)k≥3,

      可得k∈{3,4,5,6,7,8}.

      k∈{3,4,5,6,7,8},方程①均有實數(shù)根

      a1=1-k±-7k2+6k+4012,

      即滿足題設的等差數(shù)列均存在(有且僅有兩個),所以所求k的取值范圍是{3,4,5,6,7,8}.

      題6 在數(shù)軸上有n個質(zhì)點,若第k(k=1,2,…,n)個質(zhì)點在數(shù)軸上的坐標是xk,質(zhì)量是mk,則這n個質(zhì)點的質(zhì)心坐標是

      ∑nk=1xkmk∑nk=1xkmk.

      已知一根桿位于數(shù)軸上的[-1,2]處,且在坐標x處的線密度是x+2,可求得該桿的質(zhì)心坐標是(? ).

      A.215? B.25? C.35? D.45

      解析 由題中的結(jié)論及微元法、定積分的知識,可得該桿的質(zhì)心坐標是∫2-1x(x+2)dx∫2-1x(x+2)dx=

      (13x3+x2)|2-1(12x2+2x)|2-1=6152=45.

      題7 如圖3所示,四邊形AEBC內(nèi)接于⊙O,邊BC是⊙O的一條直徑,過點E作ED∥BC交邊AC于點D.若BE=12,DC=DE=14,則線段AE,BD的長分別是.

      解析 如圖4所示,連接OD,OE,CE.由DC=DE,OC=OE,可得DO是線段CE的中垂線,所以DO⊥CE.再由邊BC是⊙O的一條直徑,可得BE⊥CE,所以BE∥OD.再由ED∥BC,可得EBOD,OB=OC=CD=DE=14,還得菱形OCDE.

      在△OBE中,可求得cos∠OBE=

      37,cos∠BOE=3149,所以cos∠A=37,sin∠A=2710,sin∠ADE=sin∠DCO=sin∠BOE=124910.

      再在△ADE中,由正弦定理

      AEsin∠ADE=DEsin∠A,

      可得AE124910=142710,解得AE=12.

      由ED∥BC,可得cos∠BED=-cos∠OBE=-37.

      所以在△BDE中,由余弦定理可求得

      BD=122+142-2×12×14×(-37)=22.

      題8 若函數(shù)f(x)滿足f(0)=12,f(x+y)=

      f(x)f(a-y)+f(y)f(a-x)(a是常數(shù)),則(? ).

      A.f(a)=12

      B.x∈R,f(x)=12

      C.x,y∈R,f(x+y)=2f(x)f(y)

      D.滿足題設的函數(shù)f(x)不唯一

      解析 令x=y=0,

      可得

      f(0)=12,f(0)=f(0)f(a)+f(0)f(a),

      所以f(a)=12,選項A正確.

      令y=0,可得f(x)=f(a-x).

      由題設,得x,y∈R,f(x+y)=2f(x)f(y),選項C正確.

      在選項C中,令y=x=t2,

      可得f(t)=2[f(t2)]2≥0.

      令y=a-x,

      可得2f(x)f(a-x)=12;

      在題設中,令y=a-x,

      得[f(x)]2+[f(a-x)]2=12=2f(x)f(a-x),f(x)=f(a-x).

      故2f(x)f(a-x)=2[f(x)]2=12,f(x)=12.

      所以選項B正確,選項D不正確.

      題9 在平面直角坐標系中,O是坐標原點,若兩定點A,B滿足

      |OA|=|OB|=OA·OB=2,則點集{P|OP=λOA+μOB,|λ|+|μ|≤1,μ∈R}所表示的區(qū)域的面積是(? ).

      A.22? B.23? C.42? D.43

      解析 由題設可求得

      ∠AOB=π3,進而可設兩點A,B的坐標分別是(2,0),(1,3),因而點集

      {P|OP=λOA+μOB,|λ|+|μ|≤1,λ,μ∈R}

      ={(x,y)|(x,y)=(2λ+μ,3μ),|λ|+|μ|≤1,λ,μ∈R}={(x,y)||12x-123y|+|123y|≤1}={(x,y)||3x-y|+2|y|≤23}

      =(x,y)|3x-y≥0y≥03x+y-23≤0∪(x,y)|

      3x-y≥0y≤0x-3y-23≤0

      =(x,y)|3x-y≤0y≥0x-3y+2≥0∪(x,y)|

      3x-y≤0y≤0

      3x+y+23≥0.

      由線性規(guī)劃知識,可得以上四個集合的并集分別表示圖5中的四個區(qū)域△OAB,△OBC,△OAD,△OCD的并集,即矩形ABCD,進而可得所求答案是|AB|·|BC|=2×23=43.

      題10 將函數(shù)y=

      4+6x-x2-2(x∈[0,6])的圖象繞坐標原點逆時針方向旋轉(zhuǎn)角θ(0≤θ≤α),得到曲線C.若對于每一個旋轉(zhuǎn)角θ,曲線C都是一個函數(shù)的圖象,則α的最大值為(? ).

      A.arctan32 B.arctan23 C.π4 D.π3

      解析 如圖6與圖7所示,可得題中的函數(shù)圖象即圓弧

      (x-3)2+(y+2)2=13(0≤x≤6,y≥0)(其圓心是點(3,0),圓弧的弦是OB):

      可求得y′=3-x4+6x-x2,y′|x=0=32,所以曲線y=4+6x-x2-2(x∈[0,6])在原點處切線(設其傾斜角是β)的斜率是

      32.如圖8所示,可得當

      αmax=π2-β取最大值時,

      αmax=arctan23.

      也可這樣求αmax

      :在圖8中,由同角的余角相等,可得αmax=∠MOB,再由垂徑定理可求得αmax=∠MOB=arctan23.

      題11 已知橢圓x24+y2=1

      及其左頂點A(-2,0).若過點P(1,0)的直線l與該橢圓交于兩點M,N,直線AM,AN與直線x=1分別交于點B,C,則(? ).

      A.|PB|+|PC|是定值'

      B.|PB|·|PC|是定值

      C.|PB|+|PC|的值可以是2

      D.|PB|·|PC|的值可以是2

      解析 可設直線l:y=k(x-1),

      聯(lián)立

      y=k(x-1),x24+y2=1,

      可得

      (4k2+1)x2-8k2x+4k2-4=0.

      所以x=4k2±23k2+14k2+1,

      |xM-xN|=43k2+14k2+1.

      由一元二次方程根與系數(shù)的關系,可得

      xM+xN=8k24k2+1,xMxN=4k2-44k2+1.

      可求得直線AM:y=k(xM-1)xM+2(x+2).

      故它與直線x=1的交點

      B(1,3k(1-3xM+2)).

      同理,可得點C(1,3k(1-3xN+2)).

      所以|PB|+|PC|

      =3k(1-3xM+2)-3k(1-3xN+2)

      =9|k|·xM-xNxMxN+2(xM+xN)+4

      =9|k|·

      43k2+14k2+1

      4k2-44k2+1+2·8k24k2+1+4=3+1k2.

      因而選項A錯誤C正確.當且僅當k=±1時|PB|+|PC|=2.

      還可得

      |PB|·|PC|

      =3k(1-3xM+2)·3k(1-3xN+2)

      =9k2·(xM-1)(xN-1)(xM+2)(xN+2)

      =9k2xMxN-(xM+xN)+1xMxN+2(xM+xN)+4

      =9k24k2-44k2+1-8k24k2+1+1

      4k2-44k2+1+2·8k24k2+1+4

      =34.

      因而選項B正確D錯誤.

      注 筆者還證得了本題的一般情形的結(jié)論:

      設中心二次曲線

      Γ:x2λ2+μy2=1(λ>0,μ≠0)的左頂點是A(-λ,0).若動直線y=k(x-h)(k≠0)(其中h是定值且h≠±λ)

      與曲線Γ交于兩點M,N,直線AM,AN與直線x=h分別交于點B,C,則k的取值范圍由不等式μ(λ2-h2)k2+1>0(k≠0)確定;

      |PB|+|PC|=2λ|μ|μ2(λ2-h2)+1k2,

      |PB|·|PC|=|λ2-h2|λ2|μ|(是定值).且有:

      (1)當μ(λ2-h2)>0時,則k的取值范圍是(-∞,0)∪(0,+∞);|PB|+|PC|=2λ|μ|·μ2(λ2-h2)+1k2,

      |PB|·|PC|=λ2-h2λ2|μ|(是定值);當k取遍非0實數(shù)時,|PB|+|PC|的取值范圍是2|1-(hλ)2|,+∞);

      (2)當μ(λ2-h2)>0是,則k的取值范圍是(-1μ2(h2-λ2),0)∪(0,1μ2(h2-λ2));

      |PB|+|PC|=2λ|μ|μ2(λ2-h2)+1k2,

      |PB|·|PC|=|h2-λ2|λ2|μ|(是定值);當k取遍

      (-1μ(h2-λ2),1μ(h2-λ2))中的非0實數(shù)時,|PB|+|PC|的取值范圍是(0,+∞).

      題12 已知x1,x2,x3,x4是兩兩不等的實數(shù),xi1,xi2,xi3,xi4是x1,x2,x3,x4的任意一個排列,若記X=max{min{xi1,xi2},min(

      xi3,xi4}},Y=min{max{xi1,xi2},max{xi3,xi4}},則X>Y的概率是.

      解析 可不妨設x1<x2<x3<x4.

      對于確定的xi1,xi2,xi3,xi4,可得min{xi1,xi2},min{xi3,xi4},max{xi1,xi2},max{xi3,xi4}兩兩不等(因而這四個值依次也組成x1,x2,x3,x4的一個排列),所以X≠Y.

      還可得min{xi1,xi2}<x4,min{xi3,xi4}<x4,所以

      max{min{xi1,xi2},min{xi3,xi4}}<x4;因為

      min{xi1,xi2},min{xi3,xi4}是x1,x2,x3,x4中的某兩個數(shù),所以

      max{min{xi1,xi2},min{xi3,xi4}}>x0.

      因而X∈{x2,x3}.同理,還可證得Y∈{x2,x3}.

      再由X≠Y,可得X>YY=x2

      max{xi1,xi2}=x2,

      max{xi3,xi4}=x3,x4

      max{xi1,xi2}=x3,x4,

      max{xi3,xi4}=x2.

      因而X>Y

      {xi1,xi2}={x1,x2},

      {xi3,xi4}={x3,x4|或

      {xi1,xi2}={x3,x4},

      {xi3,xi4}={x1,x2|.

      所以所求概率是A22A22A44+A22A22A44=13.

      題13 已知A1,A2,…,A10是某個圓的十等分點,則取其中的四點能是梯形的四個頂點的取法種數(shù)是(? ).

      A.60? B.45? C.40? D.50

      解析 設梯形的上底、腰、下底對應圓周的份數(shù)分別是x,y,z,可得x+2y+z=10,x<z(x,y,z∈N*.進而可得(x,y,z)=(1,1,7),(2,1,6),(3,1,5),(1,2,5),(2,2,4),(1,3,3).

      這10個梯形還可旋轉(zhuǎn)成另外的9個位置,所以所求答案是10×6=60.

      題14 若[x]是高斯函數(shù),則方程

      [x2]+[x3]+[x5]=x實根的個數(shù)是(? ).

      A.30? B.40? C.50? D.60

      解析 可得原方程即

      x2-[x2]+x3-[x3]+x5-[x5]=x30.

      即{x2}+{x3}+{x5}=x30.②

      易知原方程的實根是整數(shù),所以x2=0或12;

      x3=0,

      13或23;x5=0,

      15,25,35,或45.

      因而x30即{x2}+{x3}+{x5}最多有2×3×5=30種可能,得x的值最多也有30種可能.下面來求出的30個值:

      可設x=30n+r(r=0,1,2,…,29),由②可得當且僅當r=0,15,16,18,20,21,22,24,25,26,27,28

      時n=0(即x=0,15,16,18,20,21,22,24,25,26,27,28);當且僅當r=1,2,…,14,17,19,23,29時n=1(即x=31,32,…,44,47,49,53,59).所以原方程實根的個數(shù)是30.

      題15 已知函數(shù)f(x)=sinxcosx+sinx+25cosx(0≤x≤π2)的最大值與最小值分別是M,m,則(? ).

      A.M=238

      B.m=25

      C.M=3825

      D.m=15

      解析 可求得f ′(x)=cos2x+cosx-25sinx(0≤x≤π2),由三個減函數(shù)之和是減函數(shù)可得f ′(x)是減函數(shù).再由f ′(0)=2>0, f ′(π2)=-75<0,可得存在唯一的x0∈(0,π2)使得f ′(x0)=0,且f(x)在(0,x0),(x0,π2)上分別單調(diào)遞增、單調(diào)遞減.

      由待定系數(shù)法及均值不等式可得

      f(x)=sinxcosx+sinx+25cosx

      ≤(38sin2x+23cos2x)+(

      58sin2x+25)

      +(13cos2x+325)=2825(0≤x≤π2),

      當且僅當38sin2x=23cos2x,

      58sin2x=25,

      13cos2x+325.(0≤x≤π2).

      即x0=arcsin45時,f(x)max=3825.

      再由f(0)=25,f(π2)=1,得m=f(x)min=25.

      題16 甲、乙、丙、丁四人共同參加4項體育比賽,每項比賽第一名到第四名的分數(shù)依次是4,3,2,1分.比賽結(jié)束時甲獲得14分第一名,乙獲得13分第二名,則(??? ).

      A.第三名不超過9分

      B.第三名可能獲得其中一場比賽的第一名

      C.最后一名不超過6分

      D.第四名可能有一項比賽拿到3分

      解析 因為四個人的得分之和是4(4+3+2+1)=40,甲、乙得分之和是14+13=27,所以丙、丁得分之和是40-27=13.可得第四名至少得4分,因而選項AC均正確.

      所有項目的第一名與第二名分數(shù)之和是4(4+3)=28,只比甲、乙得分之和高1分,說明甲、乙包攬了所有項目的第一名,還拿到了3個第二名與1個第三名,因而選項B錯誤.

      由下面的情形(表中的數(shù)字指得分)可知選項D正確:

      第一項比賽第二項比賽第三項比賽第四項比賽

      甲4442

      乙3334

      丙2221

      丁1113

      17.若ω=cosπ5+isinπ5,則(? ).

      A.x4+x3+x2+x+1=(x-ω)(x-ω3)(x-ω7)(x-ω9)

      B.x4-x3+x2-x+1=(x-ω)(x-ω3)(x-ω7)(x-ω9)

      C.x4-x3-x2+x+1=(x-ω)(x-ω3)(x-ω7)(x-ω9)

      D.x4+x3+x2-x-1=(x-ω)(x-ω3)(x-ω7)(x-ω9)

      解析 由

      ω=cosπ5+isinπ5=

      cos2π10+isin2π10,可得

      x10-1=(x-1)(x-ω)(x-ω2)…(x-ω9),

      x5-1=(x-1)(x-ω2)(x-ω4)(x-ω6)(x-ω8).

      把它們相除,得x5+1=(x-1)(x-ω3)(x-ω5)(x-ω7)(x-ω9).

      再由ω5=-1,可得(x-1)(x-ω3)(x-ω5)(x-ω7)(x-ω9)=x5+1x+1=x4-x3+x2-x+1.

      題18 在四面體ABCD中,若AC=BC=AD=BD=1,則四面體ABCD體積的最大值是(? ).

      A.4227? B.328? 2327? D.318

      解析 如圖10所示,可得△ACD≌△BCD(邊邊邊),因而可設

      ∠ACD=∠BCD=θ(0<θ<π2).

      設棱CD的中點是M,可得CD⊥平面ABM,且MA=MB=sinθ,CM=cosθ,所以V四面體ABCD=2V三棱錐C-ABM=23S△ABM·CM=23(12MA·MB·sin∠AMB)·CM

      =13sin2θ·cosθ·sin∠AMB≤1322cos2θsin2θsin2θ.

      再由三元均值不等式,可得

      V四面體ABCD≤132(2cos2θsin2θsin2θ3)3=2327

      進而可得當且僅當θ=arctan2,且平面ACD⊥平面BCD時,(V四面體ABCD)max=2327.

      題19 若定義x*y=

      x+y1+xy,則(…((2*3)*4*…)*21=.

      解析 可用數(shù)學歸納法證得

      (…((a1*a2)*a3)*…)*an

      =1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+an1-an

      1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+an1-an+1

      (n≥2).

      當n=2時成立:

      a1*a2=a1+a21+a1a2=

      1+a11-a1×1+a21-a2-11+a11-a1×1+a21-a2+1,

      假設n=k時成立:

      (…((a1*a2)*a3)*…)*ak

      =1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+ak1-ak

      1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+ak1-ak+1

      .

      由n=2時的結(jié)論成立可得

      (…((a1*a2)*a3)*…)*ak+1

      =1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+ak1-ak

      1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+ak1-ak+1

      *ak+1

      =1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+ak1-ak

      ×1+ak+11-ak+1-1

      1+a11-a1×1+a21-a2×…×1+ak1-ak

      ×1+ak+11-ak+1+1.

      得n=k+1時也成立,所以欲證結(jié)論成立.因而

      (…((2*3)*4)*…)*21=

      1+21-2×1+31-3×1+41-4×1+211-21-1

      1+21-2×1+31-3×1+41-4×1+211-21+1

      =-21×221×2-1-21×221×2+1

      =-116115.

      題20 在△ABC中,邊BC的中點是D,∠CAD=15°,則∠ABC的最大值是(? ).

      A.120°? B.105° ?C.90°? D.60°

      解析 如圖11所示,由∠CAD=15°可得:在兩點C,D確定的情形下,點A的軌跡是一段圓弧.作△ACD的外接圓⊙O,當∠ABC最大時,直線BA與⊙O相切.

      圖11

      在四邊形OABC中,∠BAO=90°,∠OCB=75°,(因為∠COD=2∠CAD=30°).

      由∠BAD=∠BCA,∠ABD=∠CBA,可得△BAD∽△BCA,由切割線定理,可得BA2=BD·BC=2BD2.所以

      ACDA=BABD=2.

      在△ACD中,∠CAD=15°,設∠ACD=θ,

      可得∠ADC=165°-θ(0°<θ<165°).

      由正弦定理,得2=ACAD=sin∠ADCsin∠ACD=

      sin(165°-θ)sinθ=sin(15°+θ)sinθ.

      所以tanθ=13,解得∠ACD=θ=30°.

      因而∠AOD=2∠ACD=60°,∠AOC=∠AOD+∠DOC=90°.所以∠ABC=360°-∠OAB-∠AOC-∠OCB=360°-90°-90°-75°=105°.

      所以∠ABC的最大值是105°.

      題21 若非負數(shù)a,b,c滿足a+b+c=1,則

      a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)的最大值是.

      解析 由題中的a,b,c是輪換對稱知,可不妨設max{a,b,c}=a.

      可得a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)=-(a-b)(b-c)(c-a),欲使a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)取最大值,可只考慮a≥b≥c的情形(否則a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)<0).

      可設a=c+x+y,b=c+x(x≥0,y≥0),再設

      a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)的最大值是k(k≥0),即a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)≤k(等號能取到,下同),即

      a2(b-c)+b2(c-a)+c2(a-b)≤k(a+b+c)3,

      即(c+x+y)2x-(c+x)2(x+y)+c2y≤k(3c+2x+y)3,

      故27kc3+27k(2x+y)c2+9k(2x2+y)2c+k(2x+y)3-xy(x+y)≥0在c≥0時恒成立.

      由以上關于c的一元三次不等式除常數(shù)外的系數(shù)均非負,可知以上不等式即k(2x+y)3-xy(x+y)≥0.

      當x=0或y=0時上式成立.

      當x>0且y>0時(可設y=tx(x>0))時,得k≥t2+t(t+2)3.

      設函數(shù)f(t)=t2+t(t+2)3(t>0),可得f ′(t)=-t2-2t-2(t+2)4(t>0).進而可得f(t)在(0,1+3],[1+3,+∞)上分別是單調(diào)遞增、單調(diào)遞減,所以f(t)max=f(1+3)=318(t>0).

      因而所求最大值是318.

      參考文獻:

      [1] 甘志國.2020清華大學強基計劃數(shù)學試題及其詳解[J].數(shù)理化解題研究,2021(04):63-69.

      [責任編輯:李 璟]

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