陳宏
摘要:本文中對2022年浙江省高考數(shù)學試卷進行評析,通過分析試卷的整體難度、試題的特點、解決方法,并與新高考全國卷進行差異對比,為學生更好地適應全國新高考的評價方式及在學習中培養(yǎng)核心素養(yǎng)與關鍵能力做導向.
關鍵詞:高考數(shù)學;關鍵能力;核心素養(yǎng)
2022年浙江省高考數(shù)學試卷是2014年浙江省實施高考改革——數(shù)學文理合卷考試以來浙江省自主命題的收官之作,特殊的年份和疫情給高考命題和備考都帶來了挑戰(zhàn).針對2022 年浙江省高考數(shù)學試題的內(nèi)容特點和解決方法以及其與新高考全國卷的差異,筆者談談自己的認識,以期能讓學生更好地適應全國新高考的評價方式.
1 依綱靠本,平穩(wěn)收官
2022年浙江省高考數(shù)學試題堅持立足基礎、素養(yǎng)導向、能力立意的命題原則,秉持了浙江省自主命題以來的簡約且具內(nèi)涵的風格.整卷保持了浙江卷“低起點、有梯度、多層次、重區(qū)分”的經(jīng)典特色,嚴格遵循《考試說明》《浙江省高中數(shù)學學科教學指導意見》,全面考查了高中階段的主要內(nèi)容、核心思想方法及考生的學科關鍵能力.試題貼近高中數(shù)學教學實際,整體難度與2021年浙江卷難度相當,在結構、題型、內(nèi)容、分值等方面保持穩(wěn)定,試題注重基礎知識和通性通法的考查,在傳承經(jīng)典的同時注重變化,適度創(chuàng)新.在體現(xiàn)對考生人文關懷的同時有利于高校合理選拔人才和正確引導中學數(shù)學教學,平穩(wěn)收官.
2 傳承經(jīng)典,準確區(qū)分
2022年試題檢測全面、凸顯本質(zhì),重在理解,準確區(qū)分.選擇題難度較2021年略降,有利于降低考生的焦慮情緒.如單項選擇題第 1~7 題,這些試題或源于課本或改編自課本中的例題、歷年的浙江卷高考題等,體現(xiàn)了試題的基礎性;第1題考查集合運算,第2 題考查復數(shù)相等的概念,第3題考查線性規(guī)劃,第4題考查三角函數(shù)和簡單邏輯用語,第 5 題考查三視圖、組合體的體積求解(球的體積公式與圓臺體積公式的簡單應用),第 6題考查三角函數(shù)圖象的平移,第7題考查指數(shù)、對數(shù)運算.填空題難度與2021年相當,第11題考查了數(shù)學文化知識也是植根于教材且注重內(nèi)容的交叉,第12題考查了二項式定理與賦值法,第13題考查了特殊條件下三角函數(shù)值的計算,第14題考查了二次函數(shù)與“對勾”函數(shù)的圖象與性質(zhì)、數(shù)形結合的思想方法,計算量較小.解決這些試題只要平時學習中概念理解到位、考試時計算認真即可,體現(xiàn)一個“穩(wěn)”字,也為考生增加了信心[1].
試卷同時編制了一些層次高、思維妙、解法巧的新題.如,第8題是立體幾何中線線角、線面角、二面角的大小比較,主要考查最大角定理與三類空間角的定義,與2018年的選擇題雖類似但需理解深刻
各類角的定義;第9題為多絕對值函數(shù)應用,需熟練掌握
絕對值的運算意義或圖象;第10題是遞推數(shù)列的考查;第17題是多向量模長的計算,需對回歸圓心后進行向量的轉化,要求掌握基底轉化的本質(zhì)和數(shù)形結合的方法;第20題是數(shù)列題但與以往求和的考查不同;第21題是橢圓上點到一個定點的距離的最值問題,需對距離公式以及通性通法理解到位且注重算理;第22題函數(shù)與導數(shù)題都是在常見的背景中以新的角度設計問題,重視思維和運算能力.這些試題體現(xiàn)一個“變”字,也為高考的選拔增添了公平性.
3 守正出新,關注素養(yǎng)
試題全面考查的同時,突出了函數(shù)、幾何等重點內(nèi)容.2022 年的浙江高考數(shù)學試卷沒有超綱試題,部分試題直擊概念本質(zhì),雖取材背景熟悉,但著眼變化,適度創(chuàng)新,同時關注核心素養(yǎng).第9題是含參絕對值不等式求參數(shù)的范圍,可小題小做(對自變量賦特殊值)或采用通性通法(結合參數(shù)分離、直觀想象、數(shù)形結合等思想方法)得出答案,較2021年的第9題難度有所下降,但對細心認真卻數(shù)學邏輯不夠強的同學來說有一個比較“委屈”的坑.第10題對思維能力與計算能力的要求都較高,主要考查數(shù)列的性質(zhì)與有限項放縮求和,對學生能否選擇合適的方法、放縮求和的運算等綜合能力有一定的要求,但思路與2021年第10題較為相似,一定程度上降低了學生對壓軸選擇題的恐懼感. 第17題作為填空壓軸題仍和2021年保持方向一致,考查向量的轉化以及運算,且將向量放入正八邊形中結構新穎,但因為提到了單位圓,因此將向量起點回歸原點(圓心)對向量進行轉化[2],繼而化繁為簡求得答案,所以感覺難度比2021年第17題小,重在思維的創(chuàng)新和學生直觀想象、數(shù)學運算等核心素養(yǎng)的考查,體現(xiàn)了命題者的良苦用心.
解答題第20題背景熟悉但立意獨特,在第(2)小題考查了函數(shù)思想及應用一元二次方程根的存在性條件(判別式法),得到通項與公差的不等關系,繼而求解公差的范圍,較之前的高考數(shù)學試題中常見考查求和的題型有所創(chuàng)新并注重思維的靈活性.第22題(2)(3)小題考查了函數(shù)、導數(shù)、不等式的綜合運用,只有深刻理解問題本質(zhì),才能完整解決整個問題,特別考查學生的邏輯推理、直觀想象和數(shù)學運算等核心素養(yǎng),有很好的選拔功能.
3.1 傳承經(jīng)典,凸顯本質(zhì),注重算理
例1 ( 2022 年浙江省高考數(shù)學試題第 9 題)已知a,b∈R,若對任意x∈R,ax-b+x-4-2x-5≥0,則(? ).
A.a≤1,b≥3
B.a≤1,b≤3
C.a≥1,b≥3
D.a≥1,b≤3
分析:結合參數(shù)分離法,可將不含參數(shù)的兩項絕對值移項到不等式右邊,可得ax-b≥2x-5-x-4.分別畫出不等式左右兩邊對應的函數(shù)圖象,如圖1.由圖象及斜率知a≥3,1≤b≤3或1≤a<3,1≤b≤4-3a≤3.故選:D.
或者小題小做,由于x的任意性對自變量x進行賦值,考慮移項后絕對值外的符號,因此可賦值x=b,x=4求得a,b范圍.如取x=4,則不等式變?yōu)閍4-b-3≥0,所以a≠0,b≠4,排除選項A,B,C.故選:D.
但是也有細心的考生用以下的數(shù)據(jù)驗證:令a=1,b=3,x=4,則不等式ax-b+x-4-2x-5≥0不成立,竟沒有正確答案?事實上如圖1,當a≥1時,a4-b≥3,解得b≤4-3a,則當a≥3時,b取到最大值3.此處b是一個與a關聯(lián)的量,并非所有的大于1的a與小于3的b都能使得題設不等式成立,因為這個問題讓我們求的不是充要條件,而是使原題設不等式成立的a,b必須滿足的必要條件,即求a的最小值與b的最大值.這道題對于不甚了了的學生來說構不成問題,對深諳數(shù)學邏輯或?qū)A知識掌握扎實的考生來說也不成問題,但對于細心認真但邏輯思維能力不夠強的學生來說冷不丁考慮到這一點,算一個“痛點”.
評注:類似思維的問題在 2019 年浙江卷第9題、2020年浙江卷第9題中都出現(xiàn)過,也是求解參數(shù)必須滿足的必要條件,這類題目強調(diào)對數(shù)學概念與函數(shù)本質(zhì)、圖象特征的理解,能多維度考查學生的數(shù)學知識、數(shù)學思維等.
例2 ( 2022 年浙江省高考數(shù)學試題第 21 題)如圖2,已知橢圓x212+y2=1,A,B是橢圓上異于P0,1的兩點,且AB過點Q0,12,若直線AP,BP分別交直線l:y=-12x+3于C,D兩點.
(1)求橢圓上的點到點P距離的最大值;
(2)求CD的取值范圍.
分析:本題第(1)小題主要考查兩點間的距離公式及消元的思想.設橢圓上任意一點M(x,y),則|PM|2=x2+(y-1)2=12-12y2+y2-2y+1=-11y2-2y+13,y∈-1,1,而函數(shù)z=-11y2-2y+13的對稱軸為y=-111∈[-1,1],則|PM|max=14411=121111.即點P到橢圓上點的距離的最大值為121111.
本題第(2)小題主要考查直線與圓錐曲線的位置關系,同時考查解析幾何的基本思想方法、綜合應用知識的能力、邏輯推理和數(shù)學運算素養(yǎng).這些都是高中解析幾何中最核心的知識、技能、思想方法和核心素養(yǎng).
第(2)小題的解題方法有很多,由于點A,B是過點Q的直線與橢圓的交點,故自然想到可以“設線”,聯(lián)立橢圓與過點Q的直線方程得到A,B兩點的坐標關系,繼而分別聯(lián)立直線AP與直線l的過程、直線BP與直線l的方程得到點C,D的坐標,從而求得CD的表達式及范圍,即為解法1.此種解法雖然思維入口較寬但深入較難,運算量較大.
也可以直接結合問題本質(zhì)求C,D兩點距離,故可直接“設點”解決.設出點C,D的坐標,解得點A,B的坐標,利用點A,Q,B共線得到點C,D的坐標的等量關系,繼而消元求得CD的表達式及范圍,即為解法2.解法2較解法1運算量減少,但是審題時需要把握問題的本質(zhì).此兩種解法正說明了解析幾何問題中的少思多算或多思少算;也說明了該問題突破的關鍵都是需建立起A,B,C,D四點之間的聯(lián)系,并實現(xiàn)消參,用盡可能少的參數(shù)表示CD.
如果對此題繼續(xù)做一個探究,會發(fā)現(xiàn)通過仿射變換,將橢圓化成圓,在圓中應用圓冪定理便可將問題轉化為三角形中的邊長求解問題,也可得到CD的表達式,繼而求解范圍,即為解法3.
(2)解法1:設直線AB:y=kx+12,A(x1,y1),B(x2,y2).
聯(lián)立直線AB與橢圓方程y=kx+12,x212+y2=1,消去y并整理,可得(12k2+1)x2+12kx-9=0.
由韋達定理,可得
x1+x2=-12k12k2+1,x1x2=-912k2+1.
所以|x1-x2|=(x1+x2)2-4x1x2=(-12k12k2+1)2+3612k2+1=616k2+112k2+1.
設C(x3,y3),D(x4,y4),直線AP:y=y1-1x1\5x+1,直線BP:y=y2-1x2x+1.
聯(lián)立y=y1-1x1x+1,y=-12x+3和y=y2-1x2x+1,y=-12x+3,
可得x3=4x1(2k+1)x1-1,x4=4x2(2k+1)x2-1.
由弦長公式,可得
CD=1+14x3-x4
=524x12k+1x1-1-4x22k+1x2-1.
=524(x1-x2)2k2+1x1x2-2k+1x1+x2+1
由x1+x2=-kk2+112,x1x2=-34k2+112,x1-x2=616k2+112k2+1,得
x3-x4=316k2+13k+1.
令t=3k+1∈R,則
x3-x4=454t-452+925≥125.
所以CD≥52×125=655,此時t=3k+1=2516,k=316.
上述解法運算量較大在于設點坐標較多,聯(lián)立方程次數(shù)也較多.因此基于優(yōu)化運算的目的,問題求的是C,D兩點距離,故可直接設出關鍵點C,D的坐標,表示出CD并求得范圍.
解法2:設C2c,3-c,D2d,3-d,則CD=5c-d,直線PC:y=2-c2cx+1.
聯(lián)立y=2-c2cx+1,x212+y2=1,得
A3c2-6cc2-3c+3,-c22+3c-3c2-3c+3.
由結構對稱,同理可得
B3d2-6dd2-3d+3,-d22+3d-3d2-3d+3.
由點A,Q,B共線,得
-d22+3d-3d2-3d+3-123d2-6dd2-3d+3=-c22+3c-3c2-3c+3-123c2-6cc2-3c+3.
整理得5cd-9(c+d)+18=0,即d=9c-185c-9.
所以,可得c-d=c-9c-185c-9=5c-95+95·15c-9≥2925=65,
當且僅當c-95=35時,等號成立.
故CD=5c-d≥655.
對此題繼續(xù)做一個探究,會發(fā)現(xiàn)通過仿射變換,將橢圓化成圓,在圓中應用圓冪定理便可將問題轉化為三角形中的邊長求解問題,避免了聯(lián)立方程求CD的范圍.
解法3:對橢圓 x212+y2=1 進行伸縮變換x′=x,y′=23y, 得到圓x′2+y′2=12,即x2+y2=12.
則l′:y=-3x+63,P′0,23,
Q′0,3.如圖3,過P′作P′I⊥C′D′于點I,則
P′I=23.
設∠A′P′O=α,∠D′P′O=β ,則∠A′=π2-β,∠P′B′A′=π2-α,∠P′C′D′=π6+α,∠P′D′C′=β-π6.在△A′P′Q′,△B′P′Q′中, 分別由正弦定理,得
|A′Q′|sin α=|P′Q′|sinπ2-β,|B′Q′|sin β=|P′Q′|sinπ2-α .于是
|A′Q′|=3sin αcos β,|B′Q′|=3sin βcos α .
由圓冪定理|A′Q′|·|B′Q′|=R2-OQ′2=9,得tan αtan β=3.
故|C′D′|=|C′I|+|D′I|=23tanα+π6+23tanβ-π6=231-33tan α33+tan α+1-33tan βtan β-33
設tan α=t則tan β=3t.
故|C′D′|=23-433+43t+3+3693-3t≥23-433+(2+6)2103=245.
(權方和不等式.)
故CD1+k2=C′D′1+k′2≥2451+3=125.
即CD≥1+14×125=655.
評注:以上方法均是解決直線與橢圓位置關系的通性通法,其中前兩種解法在日常復習中用的較多,需要扎實的數(shù)學運算素養(yǎng).解法3在化橢圓為圓的基礎上借助圓的幾何特性,把多個變量轉化為一個變量,2020年浙江卷的第21題也可使用此法,使得問題的呈現(xiàn)更直觀,解法更為簡潔[3].橢圓化圓也使問題本質(zhì)更清晰,該方法在一一對應思想的指導下完成了問題轉化和思路突破,這種聚焦核心素養(yǎng)的創(chuàng)新思維培養(yǎng)應成為數(shù)學課堂教學的核心,在平時教學中需引起重視.解析幾何問題對廣大考生來說是一個挑戰(zhàn),計算對學生來說更是痛點.故需在復習中引導學生注重思維,講究算理,突破關鍵,鼓勵他們運用合理的思維結合運算技巧找關鍵點,計算到底,從而提升數(shù)學運算能力和綜合能力.
3.2 守正出新,考查能力,聚焦素養(yǎng)
例3 (2022年年浙江省高考數(shù)學試題第20題)已知等差數(shù)列an的首項a1=-1,公差d>1.記an的前n項和為Sn(n∈N*).
(1)若S4-2a2a3+6=0,求Sn;
(2)若對于每個n∈N*,存在實數(shù)cn,使an+cn,an+1+4cn,an+2+15cn成等比數(shù)列,求d的取值范圍.
分析:(1)由等差數(shù)列an的首項a1=-1及S4-2a2a3+6=0可得關于公差d的方程d2=3d,
再由公差d>1的范圍可得d=3,繼而由等差數(shù)列的前n項和公式可得Sn=na1+n(n-1)2d=-n+3n2-3n2=3n2-5n2.
(2)由an+cn,an+1+4cn,an+2+15cn成等比數(shù)列,可得關于cn的二次方程,由判別式法可得d的表達式,分類討論可得d的取值范圍.
解析:(2)因為對每個n∈N*,存在實數(shù)cn,使an+cn,an+1+4cn,an+2+15cn成等比數(shù)列,
則(a1+nd+4cn)2=[a1+(n-1)d+cn]\5[(a1+(n+1)d+15cn],a1=-1.
整理可得c2n+[(14-8n)d+8]cn+d2=0,則Δ=14d-8an+12-4d2≥0.
所以an+1≥2d,或2an+1≤3d恒成立,即得n-2d≥1,或2n-3d≤2恒成立.
當n=1時,因為d>1,故n-2d≥1不成立,但2n-3d≤2成立;
當n=2時,n-2d≥1不成立,此時需要2n-3d≤2,解得d≤2;
當n≥3時,因為d>1,所以n-2d≥1恒成立.
綜上所述,d∈(1,2].
評注:本題第(2)小題設問靈活,應用一元二次等式成立的判斷方法(判別式法),得到通項與公差的不等關系,繼而求解公差范圍的方法對學生的應變能力和把握問題本質(zhì)的能力有一定的要求.最后的分類討論則考查了學生的數(shù)據(jù)分析、邏輯推理等素養(yǎng).創(chuàng)新的設計也要求平時教學中引導學生透徹理解基礎概念知識,從而學會以不變應萬變.
例4 (2022 年浙江省高考數(shù)學試題第22 題)設函數(shù)f(x)=e2x+ln x(x>0).
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)已知a,b∈R,曲線y=f(x)上不同的三點(x1,f(x1)),(x2,f(x2)),(x3,f(x3))處的切線都經(jīng)過點(a,b).證明:
①若a>e,則0 ②若0 (注:e=2.71828…是自然對數(shù)的底數(shù).) 分析:第(1)問和2021年浙江卷最后一題第(1)問類似,也是考查函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,但涉及的函數(shù)更為常規(guī),入口較寬.常用思路是從求導函數(shù)開始f′(x)=-e2x2+1x=2x-e2x2(x>0),從而由f′(x)=0,得x=e2,于是f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為0,e2,單調(diào)遞增區(qū)間為e2,+∞. 第(2)小題從函數(shù)存在三條切線且經(jīng)過同一個點入手,分兩類情況證明不等式成立,較為復雜.因此先解決大前提條件(導數(shù)背景下的切線條數(shù)問題一般轉化為切點方程解的個數(shù)問題)后分類解答.①可由題設構造關于切點橫坐標的方程,根據(jù)方程有3個不同的解,等價轉化為函數(shù)有3個不同的正零點問題,再根據(jù)零點存在定理及性質(zhì)轉化需求證的不等式.②結構更為復雜,解決復雜問題的思想方法仍然是等價轉化,將不熟悉問題轉化為熟悉問題來解答,并輔以消元思想,將多元函數(shù)問題設法轉化為單元問題來處理. 證明:(2)①過三點的切線方程分別為 y=f′(x1)(x-x1)+f(x1), y=f′(x2)(x-x2)+f(x2), y=f′(x3)(x-x3)+f(x3). 由三條切線方程均過點a,b,得 b=f′x1a-x1+f(x1),b=f′x2a-x2+f(x2),b=f′x3a-x3+f(x3). 設h(x)=f(x)-b-f′(x)x-a.由題知,h(x)有三個正零點.接下來分析h(x)的單調(diào)性,求導可得h′(x)=f′(x)-f′(x)-f″(x)\5x-a=-ex3-1x2x-a=x-ax-ex3. 分析h′(x)正負號且由題設中a>e,得到h(x)的極小值為ha,極大值為he,因此h(x)有三個正零點,只需要滿足ha<0和he>0即可. 由fa-b<0,f(e)-b-f′(e)(e-a)>0,進而得到b-f(a)>0,b<1+a2e.故b-f(a)>已證. 下面用分析法轉化并證明b-f(a)<12ae-1. 要證b-f(a)<12(ae-1),由b b-f(a)<1+a2e-e2a-ln a. 需證明1+a2e-e2a-ln a<12ae-1,即證ln a+e2a>32,即證fa>32 . 由(1)的單調(diào)性可知fa>fe=32顯然成立. 所以,若a>e,則0 ②依據(jù)條件0 136-a6e 設t1=ex1>1,t3=ex3∈0,1,再令u=ea∈1,+∞,則上式轉化為證明 t1+t3-13u-16ut1+t3-2u+u-16u<0. 進而轉化為證明 t1+t3-2-2u<1-13u12u2-u+136u2t1+t3 (*) 又由①的切線方程有b=a2xi-e2x2i+exi+lnxi-1(i=1,2,3). 令g(x)=2x-e2x2a+ex+ln x-1,則g′(x)=e-xx3a-ex2+1x=x-ex-ax3. 當x∈0,a時,g′(x)>0,g(x)單調(diào)遞增;當x∈a,e時,g′(x)<0,g(x)單調(diào)遞減;當x∈e,+∞時,g′(x)>0,g(x)單調(diào)遞增,且滿足0 注意到g(x1)=2x1-e2x21a+ex1+ln x1-1=b,g(x3)=2x3-e2x23a+ex3+ln x3-1=b. 又t1=ex1,t3=ex3,所以 a2t21+eln t1-(a+e)t1+eb=0, a2t23+eln t3-(a+e)t3+eb=0. 所以,t1+t3=2+2ea-2ea·ln t1-ln t3t1-t3=2+2u-2uln t1-ln t3t1-t3,代入(*)式.故只需要證明 -2uln t1-ln t3t1-t3<(1-13u)(12u2-u+1)36u2(t1+t3) . 再令k=t1t3=x3x1>ea=u>1,則上式等價于證明k+1k-1ln k-13u-112u2-u+172u3>0. 注意到h(x)=x+1x-1ln x在x∈1,+∞上單調(diào)遞增,故有hk>h(u), 于是只需證明 u+1u-1lnu-13u-112u2-u+172u3>0 在1,+∞上恒成立即可. 令φ(x)=ln x-x-113x-112x2-x+172x3(x+1),則只需證明φ(x)>0在1,+∞上恒成立即可. 因為φ′(x)=x-1272x3-49x2-20x+372x4(x+1)2=x-1272x4(x+1)23+x(72x2-49x-20),并且 易知72x2-49x-20>0在x∈1,+∞時顯然成立,所以 φ′(x)>0在x∈1,+∞上恒成立. 因此φ(x)>φ1=0.