学生数学·2020年2月上·第627期(高中) 倒记频率分布直方图中的问题 张钢1,张启兆 c) (无锡市第六商级中学,江苏无锡214023;2.无锡市青山高级中学,江苏无锡21036)路 与 频率分布直方图的相关问题是高考中的了未使用节水龙头50天的日用水量数据(单 万 热点那么频率分布直方图到底涉及到哪些问位:m3)和使用了节水龙头50天的日用水量数法 题,又如何求解呢? 据,得到频数分布表如下: 例1(2018年高考全国Ⅰ卷)某家庭记录 未使用节水龙头50天的日用水量频数分布表 日用水量[o0.1)[0.1,0.2)[o.2,0.3)[o.3,0.4)[o.4,0.5)[o.5,0.6)[o.6,07) 使用了节水龙头50天的日用水量频数分布表 日用水量0.1)[0.1,0.2)[o0.3)[o.3.0.o.0.5 0.5,0.6) 频数 (1)在答题卡上作出使用了节水龙头50天数据以这组数据所在区间中点的值作代表) 的日用水量数据的频率分布直方图 解(1) 频率/组距 2.8 中 0.2 00.1020.3040.506日用水量/m2 00.1020.3040.506日用水量/m2 图1 (2)估计该家庭使用节水龙头后,日用水 (2)根据以上数据,该家庭使用节水龙头 学4教学 量小于0.35m3的概率 后50天日用水量小于0.35m3的频率为 (3)估计该家庭使用节水龙头后,一年能 0.2×0.1+1×0.1+2.6×0.1+2×0.05 节省多少水?(一年按365天计算,同一组中的=0.48 址: zxss. cbpt cnki 7· 邮箱:zxss2486@163
中学生数学2020年2月上第627期(高中) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 邮箱:zxss2486@163.com 思 路 与 方 法 例说频率分布直方图中的问题 张钢1,张启兆2 (1.无锡市第六高级中学,江苏 无锡 214023;2.无锡市青山高级中学,江苏 无锡 214036) 频率分布直方图的相关问题是高考中的 热点.那么,频率分布直方图到底涉及到哪些问 题,又如何求解呢? 例1 (2018年高考全国Ⅰ卷)某家庭记录 了未使用节水龙头 50 天的日用水量数据(单 位:m3)和使用了节水龙头50天的日用水量数 据,得到频数分布表如下: 未使用节水龙头50天的日用水量频数分布表 日用水量 [0,0.1) [0.1,0.2) [0.2,0.3) [0.3,0.4) [0.4,0.5) [0.5,0.6) [0.6,0.7) 频数 1 3 2 4 9 26 5 使用了节水龙头50天的日用水量频数分布表 日用水量 [0,0.1) [0.1,0.2) [0.2,0.3) [0.3,0.4) [0.4,0.5) [0.5,0.6) 频数 1 5 13 10 16 5 (1)在答题卡上作出使用了节水龙头50天 的日用水量数据的频率分布直方图: 图1 (2)估计该家庭使用节水龙头后,日用水 量小于035m3 的概率; (3)估计该家庭使用节水龙头后,一年能 节省多少水? (一年按365天计算,同一组中的 数据以这组数据所在区间中点的值作代表.) 解 (1) 图2 (2)根据以上数据,该家庭使用节水龙头 后50天日用水量小于035m3 的频率为 02×01+1×01+26×01+2×005 =048, 7
中学生数学·2020年2月上·第627期(高中) 因此该家庭使用节水龙头后日用水量小若从抽取的6人中任选2人,求这2人成绩之 图/于0.35m2的概率的估计值为0.48 和大于或等于15的概率 (3)该家庭未使用节水龙头50天日用水量 解(D从A校样本数据的条形图可知:成 路的平均数为 绩分别为4分、5分、6分、7分、8分、9分的学生 分别有:6人、15人、21人、12人、3人、3人 -(0.05×1+0.15×3+0.25×2+ A校样本的平均成绩为 万 0.35×4+0.45×9+0.55×26+0.65×5) 法 4X6+5×15+6×21+7×12+8×3+9 0.48 该家庭使用了节水龙头后50天日用水量=6(分) 的平均数为 A校样本的方差为 =(0.05×1+0.15×5+0.25×13+ S2=0.1×(4-6)2+0.25×(5-6)2+ 0.35×(6-6)2+0.2×(7 +0.5×(8一 0.35×10+0.45×16+0.55×5)=0.35 6)2+0.5×(9-6)2=1.5 估计使用节水龙头后,一年可节省水 从B校样本数据统计表可知 (0.48-0.35)×365=47.45(m3) B校样本的平均成绩为 评注本题主要考查频率分布直方图的 4X9+5×12+6×21+7×9+8×6+9×3 绘制,利用样本估计总体,对数据的处理能力 例2某市组织高一全体学生参加计算机=6(分) 操作比赛,比赛成绩等级分为1至10分,随机 B校样本的方差为 调阅了A、B两所学校各60名学生的成绩,得 SB=[9×(4-6)2+12×(5-6)2+21 到样本数据如下: (6-6)2+9×(7-6)2+6×(8-6)2+3×(9 6)2]=1.8. 因为xA=xB所以两校学生的计算机成绩 平均分相同;又因为S24<SB,所以A校学生的 计算机成绩比较稳定,总体得分情况比较集中. 2345678910分数 中 (Ⅱ)依题意,A校成绩为7分的学生应抽取 A校样本数据条形图 ×6=4人,设为a,b,c,d 成绩(分) 成绩为8分的学生应抽取的人数为 数(个) 00912219630 3 B校样本数据统计表 12+3+3×6=1人,设为e (I)计算两校样本数据的均值和方差,并 成绩为9分的学生应抽取的人数为 根据所得数据进行比较 Ⅱ)从A校样本数据成绩分别为7分、812+3+3×6=1人,设为f 分和9分的学生中按分层抽样方法抽取6人 (下转第9页) 网址: Zxsscbpt. cnki, net 邮箱:zx2486@163.com
中学生数学2020年2月上第627期(高中) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 邮箱:zxss2486@163.com 思 路 与 方 法 因此该家庭使用节水龙头后日用水量小 于035m3 的概率的估计值为048. (3)该家庭未使用节水龙头50天日用水量 的平均数为 x1= 1 50 (005×1+015×3+025×2+ 035×4+045×9+055×26+065×5)= 048. 该家庭使用了节水龙头后50天日用水量 的平均数为 x2= 1 50 (005×1+015×5+025×13+ 035×10+045×16+055×5)=035. 估计 使 用 节 水 龙 头 后,一 年 可 节 省 水 (048-035)×365=4745(m3). 评注 本题主要考查频率分布直方图的 绘制,利用样本估计总体,对数据的处理能力. 例2 某市组织高一全体学生参加计算机 操作比赛,比赛成绩等级分为1至10分,随机 调阅了A、B 两所学校各60名学生的成绩,得 到样本数据如下: A 校样本数据条形图 成绩(分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 人数(个) 0 0 0 9 12 21 9 6 3 0 B 校样本数据统计表 (Ⅰ)计算两校样本数据的均值和方差,并 根据所得数据进行比较. (Ⅱ)从 A 校样本数据成绩分别为7分、8 分和9分的学生中按分层抽样方法抽取6人, 若从抽取的6人中任选2人,求这2人成绩之 和大于或等于15的概率. 解 (Ⅰ)从A 校样本数据的条形图可知:成 绩分别为4分、5分、6分、7分、8分、9分的学生 分别有:6人、15人、21人、12人、3人、3人. A 校样本的平均成绩为 xA = 4×6+5×15+6×21+7×12+8×3+9×3 60 =6(分), A 校样本的方差为 S2 A =0.1× (4-6)2 +0.25× (5-6)2 + 035×(6-6)2 +02×(7-6)2 +05×(8- 6)2+05×(9-6)2=15. 从B 校样本数据统计表可知: B 校样本的平均成绩为 xB = 4×9+5×12+6×21+7×9+8×6+9×3 60 =6(分), B 校样本的方差为 S2 B = 1 60 [9×(4-6)2 +12×(5-6)2 +21 ×(6-6)2+9×(7-6)2+6×(8-6)2+3×(9 -6)2]=18. 因为xA =xB ,所以两校学生的计算机成绩 平均分相同;又因为S2 A <S2 B ,所以A 校学生的 计算机成绩比较稳定,总体得分情况比较集中. (Ⅱ)依题意,A 校成绩为7分的学生应抽取 的人数为: 12 12+3+3 ×6=4人,设为a,b,c,d; 成 绩 为 8 分 的 学 生 应 抽 取 的 人 数 为: 3 12+3+3 ×6=1人,设为e; 成 绩 为 9 分 的 学 生 应 抽 取 的 人 数 为: 3 12+3+3 ×6=1人,设为f; (下转第9页) 8
学生数学·2020年2月上·第627期(高中) 2y 用“参数法”求轨迹方程的基本原理 黄邵华 c) (南宁市第二中学,广西南宁530029) 方程,是含有未知数的等式笛卡尔的方程的轨迹方程 路与方 思想是:实际问题→数学问题→代数问题→方 求点M的轨迹方 去 程问题,也就是从实际问题的数量关系入手,程,就是求关于M点的 运用数学语言将问题中的条件转化为方程,然横纵坐标x,y的一个等 后通过解方程来使问题获解 量关系此题可用“参数 本文将从以下角度来对方程思想进行理法”来求解,根本思想是 解和应用:一般来说,一个方程(等式)可以消借助“设而不求”的理念,通过引入n个参数并寻 个元,若共有n个未知数且有n个方程,则找出与此n个参数相关的n-1个方程 可确定这n个未知数的值;若共有n个未知 解法1不妨设直线OA的斜率为k>0, 数,但只有n-1个方程,则可以得到无数组设点M的坐标为(x,y) 解,并且可以通过合适的消元最终得到其中某 则直线OA的方程为y=kx,与抛物线方 2个未知数的等量关系 程y2=4x联立后,可得点A的坐标为( 下面以一道例题的不同引参方法,来呈现 和阐述“参数法”求轨迹方程过程中,不同的引 k)又因为O4⊥OB,所以直线OB的斜率为 参方法蕴含着的相同的方程思想原理 例已知抛物线y2=4x上有异于原点O 同理可得点B的坐标为(4k2,-4k) 的两动点A,B,且OA⊥OB,求A,B中点M (下转第10页) ++-+“+“+“+ “+“++-+-+-+-+ (上接第8页) 关系是解决这类问题的关键,频率分布直方图 所以,所有基本事件有C3=15个 中常用的几个等量关系有: 其中,满足条件的基本事件有:ae,af,be, 频数 f,ce,cf,de,df,ef共9个 (1)频率二样本容量(2)各小组的频数之 中 所以从抽取的6人中任选2人,这2人成和等于总数;(3)各小组的频率之和等于1;(4) 各组距相等,即每个小长方形的宽都相等;,学 绩之和大于或等于15的概率为P=15=5 评注本题考查平均数、方差的求法,考 (2各小长方形的高一组距一释本容量X组距’当 查概率的求法,解题时要认真审题,注意频率所以,小长方形的高与频率成正比,与频数也 分布直方图的应用 成正比;(6)各小长方形的面积为各组频率; 理解频率分布直方图中常用的几个等量(7)小长方形面积之和等于频率之和,即为1.● (责审马思林)● 网址:zxs.cbpt.cnki 邮箱:zxss2486@163
中学生数学2020年2月上第627期(高中) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 邮箱:zxss2486@163.com 思 路 与 方 法 用“参数法”求轨迹方程的基本原理 黄邵华 (南宁市第二中学,广西 南宁 530029) 方程,是含有未知数的等式.笛卡尔的方程 思想是:实际问题→数学问题→代数问题→方 程问题,也就是从实际问题的数量关系入手, 运用数学语言将问题中的条件转化为方程,然 后通过解方程来使问题获解. 本文将从以下角度来对方程思想进行理 解和应用:一般来说,一个方程(等式)可以消 一个元,若共有n 个未知数且有n 个方程,则 可确定这n 个 未 知 数 的 值;若 共 有n 个 未 知 数,但只有n-1 个 方 程,则 可 以 得 到 无 数 组 解,并且可以通过合适的消元最终得到其中某 2个未知数的等量关系. 下面以一道例题的不同引参方法,来呈现 和阐述“参数法”求轨迹方程过程中,不同的引 参方法蕴含着的相同的方程思想原理. 例 已知抛物线y 2=4x 上有异于原点O 的两动点A,B,且OA⊥OB,求A,B 中点M 的轨迹方程. 求点 M 的轨迹方 程,就是求关于 M 点的 横纵坐标x,y 的一个等 量关系.此题可用“参数 法”来求解,根本思想是 借助“设而不求”的理念,通过引入n 个参数并寻 找出与此n个参数相关的n-1个方程. 解法1 不妨设直线OA 的斜率为k>0, 设点 M 的坐标为(x,y). 则直线OA 的方程为y=kx,与抛物线方 程y 2 =4x 联 立 后,可 得 点 A 的 坐 标 为 ( 4 k2, 4 k ).又因为OA⊥OB,所以直线OB 的斜率为 - 1 k ,同理可得点B 的坐标为(4k2,-4k). (下转第10页) (上接第8页) 所以,所有基本事件有C2 6=15个, 其中,满足条件的基本事件有:ae,af,be, bf,ce,cf,de,df,ef 共9个, 所以从抽取的6人中任选2人,这2人成 绩之和大于或等于15的概率为P= 9 15 = 3 5 . 评注 本题考查平均数、方差的求法,考 查概率的求法,解题时要认真审题,注意频率 分布直方图的应用. 理解频率分布直方图中常用的几个等量 关系是解决这类问题的关键,频率分布直方图 中常用的几个等量关系有: (1)频率= 频数 样本容量 ;(2)各小组的频数之 和等于总数;(3)各小组的频率之和等于1;(4) 各组组距相等,即每个小长方形的宽都相等; (5)各小长方形的高= 频率 组距 = 频数 样本容量×组距 , 所以,小长方形的高与频率成正比,与频数也 成正比;(6)各 小 长 方 形 的 面 积 为 各 组 频 率; (7)小长方形面积之和等于频率之和,即为1. (责审 马恩林) 9
中学生数学·2020年2月上·第627期(高中) (上接第9页) 中点,就可以写出有关m,n,x,y这4个变量 由于M为A,B中点,因此可得 的3个等量关系,再通过一定的消元方法最终 ①得到有关x,y这2个参数的等量关系,即为动 路 点的轨迹方程 解法三设点A的坐标为(x1,y1),点B 万 的坐标为(x2,y2),点M的坐标为(x,y)则根 通过②2-①后,可消去参数k,最终得点据点A与点B在抛物线y2=4x上,点M为 云|M的轨迹方程为y2=2x-8 A,B中点以及OA⊥OB可以得出以下方程 此“参数法”的方程思想原理在于:引入3 组 个参数k,x,y后,根据中点的横纵坐标分别可 y12=4x1 用k表达,从而找到有关这3个参数的2个方 ② 程,再通过一定的消元方法最终得到有关x,y 这2个参数的等量关系,即为动点的轨迹方程 解法2设直线AB的方程为x=my+n + (n≠0),设点M的坐标为(x,y) ④ 将直线AB的方程x=my+n与抛物线 x12千y1y2 方程y2=4x联立可得y2-4my-4n=0,由韦 消参过程从略 达定理可得P1+切m 参数法”的方程思想原理在于:引入了 ly1J2=-4n A,B,M三个点的坐标x1,y1,x2,y2,x,y共 由此可以计算出 6个参数,根据题意建立5个方程来求解,再通 x1+x2=m(y1+y2)+2n=4m2+2n, 过一定的消元方法最终得到有关x,y这2个 参数的等量关系,即为动点的轨迹方程我们可 以发现,写出有关这6个参数的5个方程并不 由OA⊥OB以及M为A,B中点,可得 是这道题的难点,反而是如何从这5个方程中 解出点M的坐标x,y之间关系的过程较为复 杂 中 即{x=2m2+n,② 最后强调一点:虽然在此原理的指导下 解决一个问题有很多种引参方法,但我们在解 由①可解得n=4(n=0舍去),再将③中决过程当中,应当尽量采用简便的解题方法这 的m解出后代入②,从而得动点的轨迹方程 里的简便包括两方面:寻找等量关系的简便和 为:y2=2x-8 消元过程的简便.这便需要同学们通过更多的 此“参数法”的方程思想原理在于:引入了 练习和思考获取经验与灵感. 4个参数:直线方程的系数m,n以及点M的 (责审梁宇学) 两个坐标x,y而根据题中提供的条件:垂直 网址: Zxsscbpt. cnki, net 10 邮箱:zx2486@163.com
中学生数学2020年2月上第627期(高中) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 邮箱:zxss2486@163.com 思 路 与 方 法 (上接第9页) 由于 M 为A,B 中点,因此可得 x= 2 k2+2k2 y= 2 k -2k ì î í ï ï ï ï ① ② 通过②2 -①后,可消去参数k,最终得点 M 的轨迹方程为y 2=2x-8. 此“参数法”的方程思想原理在于:引入3 个参数k,x,y 后,根据中点的横纵坐标分别可 用k 表达,从而找到有关这3个参数的2个方 程,再通过一定的消元方法最终得到有关x,y 这2个参数的等量关系,即为动点的轨迹方程. 解法2 设直线 AB 的方程为x=my+n (n≠0),设点 M 的坐标为(x,y). 将直线AB 的方程x=my+n 与抛物线 方程y 2=4x 联立可得y 2-4my-4n=0,由韦 达定理可得 y1+y2=4m, {y1y2=-4n, 由此可以计算出 x1+x2=m(y1+y2)+2n=4m2+2n, x1x2= y1 2 4 y1 2 4 =n2, ì î í ï ï ïï 由OA⊥OB 以及M 为A,B 中点,可得 x1x2+y1y2=0, x= x1+x2 2 , y= y1+y2 2 , ì î í ï ï ï ï ï ï 即 n2-4n=0, x=2m2+n, y=2m, ì î í ï ï ï ï ① ② ③ 由①可解得n=4(n=0舍去),再将③中 的 m 解出后代入 ②,从而得动点的轨迹方程 为:y 2=2x-8. 此“参数法”的方程思想原理在于:引入了 4个参数:直线方程的系数 m,n 以及点 M 的 两个坐标x,y.而根据题中提供的条件:垂直、 中点,就可以写出有关 m,n,x,y 这4个变量 的3个等量关系,再通过一定的消元方法最终 得到有关x,y 这2个参数的等量关系,即为动 点的轨迹方程. 解法三 设点 A 的坐标为(x1,y1),点 B 的坐标为(x2,y2),点 M 的坐标为(x,y).则根 据点A 与点B 在抛物线y 2 =4x 上,点 M 为 A,B 中点 以 及OA ⊥OB 可 以 得 出 以 下 方 程 组: y1 2=4x1, y2 2=4x2, x= x1+x2 2 , y= y1+y2 2 , x1x2+y1y2=0. ì î í ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ① ② ③ ④ ⑤ 消参过程从略. 此“参数法”的方程思想原理在于:引入了 A,B,M 三个点的坐标x1,y1,x2,y2,x,y 共 6个参数,根据题意建立5个方程来求解,再通 过一定的消元方法最终得到有关x,y 这2个 参数的等量关系,即为动点的轨迹方程.我们可 以发现,写出有关这6个参数的5个方程并不 是这道题的难点,反而是如何从这5个方程中 解出点 M 的坐标x,y 之间关系的过程较为复 杂. 最后强调一点:虽然在此原理的指导下, 解决一个问题有很多种引参方法,但我们在解 决过程当中,应当尽量采用简便的解题方法.这 里的简便包括两方面:寻找等量关系的简便和 消元过程的简便.这便需要同学们通过更多的 练习和思考获取经验与灵感. (责审 梁宇学) 10
学生数学·2020年2月上·第627期(高中) 2y 破解四面体外接球问题 冯克永 c) (霍邱县第一中学,安徽六安237400) 路 与 球和四面体是中学数学的重点内容,两者别相等,将四面体ABCD补充成如图3的长方 万 结合产生的外接球问题,具有抽象程度高求体则面对角线长分别为10,2√3,2设法 解灵活的特点,对解题者的数学技能及创新意长方体的长,宽,高分别为x,y,x,则x2+y2 识的考查具有独到之处因此,它成了高考复习 0,x2+z2=136,z2+y2=164,所以四面体 的难点和竞赛命题的热点本文通过实例介绍ABCD的外接球直径的平方为x2+y2+x2 几种常见的变通策略,供读者参考. 200.所以四面体ABCD的外接球表面积为 1补长方体(或正方体) 200π 例1某几何体的三视图如图1所示,求 该几何体外接球的表面积 正视图 俯视图 点评四面体的对棱分别相等联想到长 图2 方体面对角线,补出长方体,思路自然,过程简 解析由三视图知,该几何体是三棱锥A捷 BCD,且AB⊥平面BCD,CD⊥BD,将三棱 2建系运算 锥A一BCD补充成如图2的长方体,所以AC 例3在三棱锥S一ABC中,SA=SC= 为三棱锥A一BCD外接球的直径,在BA=BC=25,AC=4,平面SAC⊥平面 R△ADC中AC2=52+(7)=32=4R2,所以ABC,求三棱锥S-ABC外接球的表面积 该几何体外接球的表面积为32 点评由三棱锥可以补充成长方体,品味 长方体的妙用 例2在四面体ABCD中,AB=CD 中学“教受 0,AC=BD=2√34,AD=BC=2√41,求四 面体ABCD外接球的表面积 解析根据题意,四面体ABCD的对棱分 址t: zxss cbpt.cnki.n ·11· 邮箱:zxss2486@163
中学生数学2020年2月上第627期(高中) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 邮箱:zxss2486@163.com 思 路 与 方 法 破解四面体外接球问题 冯克永 (霍邱县第一中学,安徽 六安 237400) 球和四面体是中学数学的重点内容,两者 结合产生的外接球问题,具有抽象程度高、求 解灵活的特点,对解题者的数学技能及创新意 识的考查具有独到之处.因此,它成了高考复习 的难点和竞赛命题的热点.本文通过实例介绍 几种常见的变通策略,供读者参考. 1 补长方体(或正方体) 例1 某几何体的三视图如图1所示,求 该几何体外接球的表面积. 图1 图2 解析 由三视图知,该几何体是三棱锥 A -BCD,且AB⊥平面BCD,CD⊥BD,将三棱 锥A-BCD 补充成如图2的长方体,所以 AC 为 三 棱 锥 A - BCD 外 接 球 的 直 径,在 Rt△ADC中AC2=52+(7) 2=32=4R2,所以 该几何体外接球的表面积为32π. 点评 由三棱锥可以补充成长方体,品味 长方体的妙用. 例2 在 四 面 体 ABCD 中,AB =CD = 10,AC=BD=2 34,AD=BC=2 41,求四 面体ABCD 外接球的表面积. 解析 根据题意,四面体ABCD 的对棱分 别相等,将四面体ABCD 补充成如图3的长方 体,则面对角线长分别为 10,2 34,2 41.设 长方体的长,宽,高分别为x,y,z,则x2+y 2= 100,x2 +z2 =136,z2 +y 2 =164,所以四面体 ABCD 的外接球直径的平方为x2+y 2+z2= 200.所 以 四 面 体 ABCD 的 外 接 球 表 面 积 为 200π. 图3 点评 四面体的对棱分别相等联想到长 方体面对角线,补出长方体,思路自然,过程简 捷. 2 建系运算 例3 在三棱锥S-ABC 中,SA=SC= BA=BC =2 5,AC =4,平 面 SAC ⊥ 平 面 ABC,求三棱锥S-ABC 外接球的表面积. 图4 11