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2025年同步解析与测评课时练人民教育出版社高中数学必修第一册人教版

2025年同步解析与测评课时练人民教育出版社高中数学必修第一册人教版

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【例1】下列命题正确的为(
C

A.“$ x > 2 $,且$ y > 3 $”是“$ x + y > 5 $”的充要条件
B.“$ b^2 - 4ac > 0 $”是“关于$ x $的方程$ ax^2 + bx + c = 0 $有两个不等实根”的充要条件
C.“$ x^2 $为无理数”是“$ x $为无理数”的必要不充分条件
D.“$ ax^2 > bx^2 $”是“$ a > b $”的充分不必要条件
答案:C
解析:
A.充分不必要条件(如$ x = 1 $,$ y = 5 $);
B.当$ a = 0 $时不成立,必要不充分条件;
C.$ x $为无理数$\Rightarrow x^2$可能为有理数(如$ x = \sqrt{2} $),$ x^2 $为无理数$\Rightarrow x$为无理数,必要不充分条件;
D.当$ x = 0 $时不成立,既不充分也不必要条件。
【过程评价】
1.判断下列各题中$ p $是$ q $的什么条件。
(1)$ p:|x| = |y| $,$ q:x = y $;
(2)$ p:\triangle ABC $是直角三角形,$ q:\triangle ABC $是等腰三角形;
(3)$ p:$四边形的对角线互相平分,$ q:$四边形是矩形。
答案:(1)必要不充分条件
(2)既不充分也不必要条件
(3)必要不充分条件
解析:
(1)$ q \Rightarrow p $,$ p \nRightarrow q $(如$ x = 1 $,$ y = -1 $)。
(2)直角三角形不一定是等腰三角形,等腰三角形不一定是直角三角形。
(3)矩形对角线互相平分,对角线互相平分的四边形是平行四边形不一定是矩形。
【例 2】已知$ab\neq0$,求证:“$a + b = 1$”是“$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}=0$”的充要条件。

答案:
解:
第一步:证明充分性(由$a + b = 1$推出$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}=0$)
已知$a + b = 1$,即$b = 1 - a$。
将$b = 1 - a$代入$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}$得:
$\begin{aligned}&a^{3}+(1 - a)^{3}+a(1 - a)-a^{2}-(1 - a)^{2}\\=&a^{3}+(1 - 3a + 3a^{2}-a^{3})+(a - a^{2})-a^{2}-(1 - 2a + a^{2})\\=&a^{3}+1 - 3a + 3a^{2}-a^{3}+a - a^{2}-a^{2}-1 + 2a - a^{2}\\=&(a^{3}-a^{3})+(3a^{2}-a^{2}-a^{2}-a^{2})+(-3a + a + 2a)+(1 - 1)\\=&0\end{aligned}$
第二步:证明必要性(由$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}=0$推出$a + b = 1$)
对$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}$进行因式分解:
根据立方和公式$x^3 + y^3=(x + y)(x^2-xy + y^2)$,则$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}=(a + b)(a^{2}-ab + b^{2})-(a^{2}-ab + b^{2})=(a^{2}-ab + b^{2})(a + b - 1)$。
因为$ab\neq0$,$a^{2}-ab + b^{2}=(a-\frac{b}{2})^{2}+\frac{3b^{2}}{4}\gt0$(任何数的平方大于等于$0$,又$ab\neq0$,所以$(a-\frac{b}{2})^{2}+\frac{3b^{2}}{4}\gt0$)。
又因为$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}=0$,即$(a^{2}-ab + b^{2})(a + b - 1)=0$,而$a^{2}-ab + b^{2}\gt0$,所以$a + b - 1 = 0$,即$a + b = 1$。
综上,“$a + b = 1$”是“$a^{3}+b^{3}+ab - a^{2}-b^{2}=0$”的充要条件。