基本不等式:
(1)了解基本不等式的證明過程.
(2)會用基本不等式解決簡單的最大(小)值問題.
一、基本不等式
1.基本不等式:
(1)基本不等式成立的條件:.
(2)等號成立的條件,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號.
2.算術(shù)平均數(shù)與幾何平均數(shù)
設(shè),則a、b的算術(shù)平均數(shù)為,幾何平均數(shù)為,基本不等式可敘述為:兩個正數(shù)的算術(shù)平均數(shù)不小于它們的幾何平均數(shù).
3.利用基本不等式求最值問題
(1)如果積xy是定值P,那么當(dāng)且僅當(dāng)時,x+y有最小值是.(簡記:積定和最小)
(2)如果和x+y是定值P,那么當(dāng)且僅當(dāng)時,xy有最大值是.(簡記:和定積最大)
4.常用結(jié)論
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
二、基本不等式在實際中的應(yīng)用
1.問題的背景是人們關(guān)心的社會熱點問題,如物價、銷售、稅收等.
題目往往較長,解題時需認(rèn)真閱讀,從中提煉出有用信息,建立數(shù)學(xué)模型,轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題求解;
2.經(jīng)常建立的函數(shù)模型有正(反)比例函數(shù)、一次函數(shù)、二次函數(shù)、分段函數(shù)以及
等.
解答函數(shù)應(yīng)用題中的最值問題時一般利用二次函數(shù)的性質(zhì),基本不等式,函數(shù)的單調(diào)性或?qū)?shù)求解.
考向一 利用基本不等式求最值
利用基本不等式求最值的常用技巧:
(1)若直接滿足基本不等式條件,則直接應(yīng)用基本不等式.
(2)若不直接滿足基本不等式條件,則需要創(chuàng)造條件對式子進(jìn)行恒等變形,如構(gòu)造“1”的代換等.常見的變形手段有拆、并、配.
①拆——裂項拆項
對分子的次數(shù)不低于分母次數(shù)的分式進(jìn)行整式分離——分離成整式與“真分式”的和,再根據(jù)分式中分母的情況對整式進(jìn)行拆項,為應(yīng)用基本不等式湊定積創(chuàng)造條件.
②并——分組并項
目的是分組后各組可以單獨應(yīng)用基本不等式,或分組后先由一組應(yīng)用基本不等式,再組與組之間應(yīng)用基本不等式得出最值.
③配——配式配系數(shù)
有時為了挖掘出“積”或“和”為定值,常常需要根據(jù)題設(shè)條件采取合理配式、配系數(shù)的方法,使配式與待求式相乘后可以應(yīng)用基本不等式得出定值,或配以恰當(dāng)?shù)南禂?shù)后,使積式中的各項之和為定值.
(3)若一次應(yīng)用基本不等式不能達(dá)到要求,需多次應(yīng)用基本不等式,但要注意等號成立的條件必須要一致.注:若可用基本不等式,但等號不成立,則一般是利用函數(shù)單調(diào)性求解.
典例1 若正數(shù)a,b滿足,則的最小值為
A.1 B.6
C.9 D.16
【答案】B
【解析】解法一:因為,所以a+b=ab?(a?1)·(b?1)=1,
所以=2×3=6(當(dāng)且僅當(dāng),b=4時取“=”).
故的最小值為6.
解法二:因為,所以a+b=ab,
所以
(當(dāng)且僅當(dāng),b=4時取“=”).
故的最小值為6.
解法三:因為,所以,
所以(當(dāng)且僅當(dāng)b=4時取“=”).
故的最小值為6.
【名師點睛】在應(yīng)用基本不等式求最值時,要把握不等式成立的三個條件,就是“一正——各項均為正;二定——積或和為定值;三相等——等號能否取得”,若忽略了某個條件,就會出現(xiàn)錯誤.
1.函數(shù)的最大值為______,此時的值為______.
考向二 基本不等式的實際應(yīng)用
有關(guān)函數(shù)最值的實際問題的解題技巧:
(1)根據(jù)實際問題抽象出函數(shù)的解析式,再利用基本不等式求得函數(shù)的最值.
(2)設(shè)變量時一般要把求最大值或最小值的變量定義為函數(shù).
(3)解應(yīng)用題時,一定要注意變量的實際意義及其取值范圍.
(4)在應(yīng)用基本不等式求函數(shù)最值時,若等號取不到,可利用函數(shù)的單調(diào)性求解.
典例2 2017年,在國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略下,北斗系統(tǒng)作為一項國家高科技工程,一個開放型的創(chuàng)新平臺,1400多個北斗基站遍布全國,上萬臺設(shè)備組成星地“一張網(wǎng)”,國內(nèi)定位精度全部達(dá)到亞米級,部分地區(qū)達(dá)到分米級,最高精度甚至可以達(dá)到厘米或毫米級.最近北斗三號工程耗資a元建成一大型設(shè)備,已知這臺設(shè)備維修和消耗費用第一年為b元,以后每年增加b元(a、b是常數(shù)),用t表示設(shè)備使用的年數(shù),記設(shè)備年平均維修和消耗費用為y,即y= (設(shè)備單價+設(shè)備維修和消耗費用)÷設(shè)備使用的年數(shù).
(1)求y關(guān)于t的函數(shù)關(guān)系式;
(2)當(dāng)a=112500,b=1000時,求這種設(shè)備的最佳更新年限.
【解析】(1)由題意,設(shè)備維修和消耗費用構(gòu)成以b為首項,b為公差的等差數(shù)列,
因此年平均維修和消耗費用為(元).
于是有y=b2(t+1)+at=b2+bt2+at,t>0.
(2)由(1)可知,當(dāng)a=112500,b=1000時,
,
當(dāng)且僅當(dāng)t=225t,即t=15時,等號成立.
答:這種設(shè)備的最佳更新年限為15年.
【名師點睛】利用基本不等式解決應(yīng)用問題的關(guān)鍵是構(gòu)建模型,一般來說,都是從具體的問題背景,通過相關(guān)的關(guān)系建立關(guān)系式.在解題過程中盡量向模型上靠攏.
2.在城市舊城改造中,某小區(qū)為了升級居住環(huán)境,擬在小區(qū)的閑置地中規(guī)劃一個面積為的矩形區(qū)域(如圖所示),按規(guī)劃要求:在矩形內(nèi)的四周安排寬的綠化,綠化造價為200元/,中間區(qū)域地面硬化以方便后期放置各類健身器材,硬化造價為100元/.設(shè)矩形的長為.
(1)將總造價(元)表示為長度的函數(shù);
(2)當(dāng)取何值時,總造價最低,并求出最低總造價.
考向三 基本不等式的綜合應(yīng)用
基本不等式是高考考查的熱點,常以選擇題、填空題的形式出現(xiàn).通常以不等式為載體綜合考查函數(shù)、方程、三角函數(shù)、立體幾何、解析幾何等問題.主要有以下幾種命題方式:
(1)應(yīng)用基本不等式判斷不等式是否成立或比較大小.解決此類問題通常將所給不等式(或式子)變形,然后利用基本不等式求解.
(2)條件不等式問題.通過條件轉(zhuǎn)化成能利用基本不等式的形式求解.
(3)求參數(shù)的值或范圍.觀察題目特點,利用基本不等式確定相關(guān)成立條件,從而得到參數(shù)的值或范圍.
典例3 下列不等式一定成立的是
A.B.
C.D.
【答案】C
【解析】對于A:(當(dāng)時,),A不正確;
對于B:,,B不正確;
對于C:,C正確;
對于D:,D不正確.
故選C.
【思路點撥】利用基本不等式判斷不等關(guān)系及比較大小的思路:基本不等式常用于有條件的不等關(guān)系的判斷、比較代數(shù)式的大小等.一般地,結(jié)合所給代數(shù)式的特征,將所給條件進(jìn)行轉(zhuǎn)換(利用基本不等式可將整式和根式相互轉(zhuǎn)化),使其中的不等關(guān)系明晰即可解決問題.
3.設(shè),,且恒成立,則的最大值是
A.B.
C.D.
典例4 設(shè)正項等差數(shù)列的前項和為,若,則的最小值為______.
【答案】
【解析】因為,所以
則即.
所以.
當(dāng)且僅當(dāng)時取等號.
故答案為:.
【名師點睛】條件最值的求解通常有兩種方法:一是消元法,即根據(jù)條件建立兩個量之間的函數(shù)關(guān)系,然后代入代數(shù)式轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值求解;二是將條件靈活變形,利用常數(shù)代換的方法構(gòu)造和或積為常數(shù)的式子,然后利用基本不等式求解最值.
4.已知向量,且為正實數(shù),若滿足,則的最小值為
A.B.
C.D.
1.已知,,,則的最大值為
A.1B.
C.D.
2.若直線過點,則的最小值等于
A.3B.4
C.D.
3.已知,則的最小值是
A.2B.3
C.4D.5
4.當(dāng)時,不等式恒成立,則的取值范圍是
A.B.
C.D.
5.已知正數(shù)滿足,則
A.有最大值B.有最小值
C.有最大值10D.有最小值10
6.已知,則取到最小值時,
A.B.
C.D.
7.用籬笆圍一個面積為的矩形菜園,問這個矩形的長、寬各為多少時,所用籬笆最短,則最短的籬笆是
A.30 mB.36 m
C.40 mD.50 m
8.下列式子的最小值等于4的是
A.B.,
C.,D.
9.已知,,滿足,則的最小值是
A.B.
C.D.
10.中,角的對應(yīng)邊分別為,若成等差數(shù)列,則角的取值范圍是
A.B.
C.D.
11.已知,則的最小值為
A.B.6
C.D.
12.已知實數(shù),是與的等比中項,則的最小值是______.
13.已知正數(shù)、滿足,則的最大值為__________.
14.已知直線被圓截得的弦長為,則的最大值為________.
15.設(shè)實數(shù)滿足條件,若目標(biāo)函數(shù)的最大值為12,則的最小值為________.
16.已知函數(shù).
(1)解關(guān)于的不等式;
(2)若,令,求函數(shù)的最小值.
17.為了加強“平安校園”建設(shè),有效遏制涉校案件的發(fā)生,保障師生安全,某校決定在學(xué)校門口利用一側(cè)原有墻體,建造一間墻高為3米,底面為24平方米,且背面靠墻的長方體形狀的校園警務(wù)室.由于此警務(wù)室的后背靠墻,無需建造費用,甲工程隊給出的報價為:屋子前面新建墻體的報價為每平方米400元,左右兩面新建墻體報價為每平方米300元,屋頂和地面以及其他報價共計14400元.設(shè)屋子的左右兩面墻的長度均為米.
(1)當(dāng)左右兩面墻的長度為多少時,甲工程隊報價最低?并求出最低報價.
(2)現(xiàn)有乙工程隊也要參與此警務(wù)室的建造競標(biāo),其給出的整體報價為元,若無論左右兩面墻的長度為多少米,乙工程隊都能競標(biāo)成功,試求的取值范圍.
1.(2017山東理科)若,且,則下列不等式成立的是
A. B.
C. D.
2.(2018天津理科)已知,且,則的最小值為 .
3.(2017江蘇)某公司一年購買某種貨物600噸,每次購買噸,運費為6萬元/次,一年的總存儲費用為萬元.要使一年的總運費與總存儲費用之和最小,則的值是___________.
4.(2018江蘇)在中,角所對的邊分別為,,的平分線交于點D,且,則的最小值為___________.
5.(2019年高考天津卷理數(shù))設(shè),則的最小值為__________.
6.(2017年高考天津卷理數(shù))若,,則的最小值為___________.
變式拓展
1.【答案】?3 2
【解析】因為,
又,所以,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號.
此時.
即的最大值為,此時.
【名師點睛】本題主要考查求函數(shù)的最值,熟記基本不等式即可,屬于??碱}型.求解時,先將原式化為,再由基本不等式,即可求出結(jié)果.
2.【答案】(1),;(2)當(dāng)時,總造價最低為元.
【解析】(1)由矩形的長為m,得矩形的寬為m,
則中間區(qū)域的長為m,寬為m,
則,定義域為.
整理得,.
(2),
當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號.
所以當(dāng)時,總造價最低為元.
【名師點睛】本題主要考查了函數(shù)的表示方法,以及基本不等式的應(yīng)用.在利用基本不等式時保證“一正二定三相等”,屬于中等題.
(1)根據(jù)題意得矩形的長為m,則矩形的寬為m,中間區(qū)域的長為m,寬為m,列出函數(shù)關(guān)系式即可.
(2)根據(jù)(1)的結(jié)果利用基本不等式求解即可.
3.【答案】B
【解析】等價于,


當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號,
故得到,則的最大值是3.
故答案為B.
【名師點睛】在利用基本不等式求最值時,要特別注意“拆、拼、湊”等技巧,使其滿足基本不等式中“正”(即條件要求中字母為正數(shù))、“定”(不等式的另一邊必須為定值)、“等”(等號取得的條件)的條件才能應(yīng)用,否則會出現(xiàn)錯誤.
4.【答案】A
【解析】由題意得,因為,為正實數(shù),則,
當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號.
所以選擇A.
【名師點睛】本題主要考查了向量的數(shù)量積以及基本不等式,在用基本不等式時要滿足“一正二定三相等”.屬于中等題.
專題沖關(guān)
1.【答案】D
【解析】因為,,,所以有,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號,故本題選D.
【名師點睛】本題考查了基本不等式的應(yīng)用,掌握公式的特征是解題的關(guān)鍵.求解時,直接使用基本不等式,可以求出的最大值.
2.【答案】C
【解析】將代入直線方程得到,
,
當(dāng)時等號成立.
故選C.
【名師點睛】本題考查了直線方程,均值不等式,1的代換是解題的關(guān)鍵.求解時,將代入直線方程得到,利用均值不等式得到的最小值.
3.【答案】D
【解析】由題意知,,
因為,所以,
則(當(dāng)且僅當(dāng),即時取“=”),
故的最小值是5.
故答案為D.
【名師點睛】本題考查了基本不等式的運用,要注意“=”取得的條件,屬于基礎(chǔ)題.
4.【答案】A
【解析】∵,∴,
∴,
當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號,
∵當(dāng)時,不等式恒成立,
∴只需.
故選A.
【名師點睛】本題主要考查基本不等式,解題的關(guān)鍵是得出,屬于一般題.
5.【答案】A
【解析】由不等式的性質(zhì)有:()2,
當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立,即()2≤50,
又m>0,n>0,
所以,即m,
故選A.
【名師點睛】本題考查了基本不等式及其應(yīng)用,轉(zhuǎn)化化歸能力,注意等號成立的條件,屬中檔題.
6.【答案】D
【解析】由,可得,且.
所以,
當(dāng)且時等號成立,解得.
所以取到最小值時.故選D.
【名師點睛】本題考查基本不等式取得最值的條件,多次用不等式求最值時要注意不等式取等的條件要同時滿足.
7.【答案】C
【解析】設(shè)矩形的長為,則寬為,設(shè)所用籬笆的長為,所以有,根據(jù)基本不等式可知:(當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號),故本題選C.
【名師點睛】本題考查了基本不等式的應(yīng)用,由已知條件構(gòu)造函數(shù),利用基本不等式求出最小值是解題的關(guān)鍵.
8.【答案】C
【解析】選項A,設(shè),當(dāng)時,,當(dāng)且僅當(dāng)時,取等號;
當(dāng)時,,當(dāng)且僅當(dāng)時,取等號,故函數(shù)沒有最小值;
選項B,,令,,函數(shù)在時單調(diào)遞減,故當(dāng)時是單調(diào)遞減函數(shù),所以,沒有最小值;
選項C,,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號,故符合題意;
選項D,令,令,而函數(shù)在時是單調(diào)遞增函數(shù),故當(dāng)時,函數(shù)也單調(diào)遞增,所以,不符合題意,
所以本題選C.
【名師點睛】本題考查了基本不等式和函數(shù)的單調(diào)性,利用基本不等式時,一定要注意三點:其一,必須是正數(shù);其二,要有定值;其三,要注意等號成立的條件,簡單記為一正二定三相等.
9.【答案】D
【解析】正實數(shù),滿足,
,
,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號,
的最小值為,
故選D.
【名師點睛】本題考查了基本不等式的應(yīng)用問題,解題的關(guān)鍵是,使它能利用基本不等式,是基礎(chǔ)題目.
10.【答案】C
【解析】由成等差數(shù)列,可得,即,
則(當(dāng)且僅當(dāng)時取等號);
由于在三角形中,且在上為減函數(shù),所以角的取值范圍是:.
故選C.
【名師點睛】本題考查余弦定理,等差數(shù)列的性質(zhì),以及基本不等式的應(yīng)用,求解時,由成等差數(shù)列,可得,然后利用余弦定理表示出,進(jìn)行化簡后,利用基本不等式即可求出的最小值,根據(jù)的范圍以及余弦函數(shù)的單調(diào)性,即可求出角的取值范圍.
11.【答案】B
【解析】∵,∴,
∵,,
∴,當(dāng)且僅當(dāng),即時等號成立.
故選B.
【名師點睛】本題主要考查均值定理的應(yīng)用,構(gòu)造均值定理的結(jié)構(gòu),利用均值定理求解最小值.使用均值定理求解最值時,一要注意每一項必須為正實數(shù),二是要湊出定值,三是要驗證等號成立的條件,三者缺一不可,尤其是等號不要忘記驗證.
12.【答案】
【解析】∵實數(shù)是與的等比中項,
,即.
則,當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號.
故答案為:.
【名師點睛】本題考查了等比中項,均值不等式,1的代換是解題的關(guān)鍵.求解時,通過是與的等比中項得到,利用均值不等式求得最小值.
13.【答案】
【解析】,,
當(dāng)即時等號成立.
故答案為.
【名師點睛】本題考查了均值不等式,意在考查學(xué)生的計算能力.
14.【答案】
【解析】圓可化為,
則圓心為,半徑為,
又因為直線被圓截得的弦長為,
所以直線過圓心,即,化為,
,當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號,
的最大值為,故答案為.
【名師點睛】本題主要考查圓的方程與性質(zhì)以及基本不等式的應(yīng)用,考查了轉(zhuǎn)化思想的應(yīng)用,屬于中檔題.轉(zhuǎn)化是數(shù)學(xué)解題的靈魂,合理的轉(zhuǎn)化不僅使問題得到了解決,還可以使解決問題的難度大大降低,本題將弦長問題轉(zhuǎn)化為直線過圓心是解題的關(guān)鍵.
15.【答案】
【解析】由可行域可得,當(dāng),時,目標(biāo)函數(shù)取得最大值,,即,.當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號,
故答案為.
【名師點睛】本題考查了通過目標(biāo)函數(shù)的最大值,得到參數(shù)之間的等式,求不等式最小值問題,關(guān)鍵是正確得到參數(shù)之間的等式.
16.【答案】(1)見解析;(2).
【解析】(1)①當(dāng)時,不等式的解集為,
②當(dāng)時,不等式的解集為,
③當(dāng)時,不等式的解集為.
(2)當(dāng)時,令(當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號).
故函數(shù)的最小值為.
【名師點睛】本題考查了解不等式,均值不等式,函數(shù)的最小值,意在考查學(xué)生的綜合應(yīng)用能力.
17.【答案】(1)4米時,28800元;(2).
【解析】(1)設(shè)甲工程隊的總造價為元,
則,

當(dāng)且僅當(dāng),即時等號成立.
即當(dāng)左右兩側(cè)墻的長度為4米時,甲工程隊的報價最低為28800元.
(2)由題意可得,對任意的恒成立.
即,從而恒成立,
令,則,
又在時為單調(diào)增函數(shù),故.
所以.
【名師點睛】本題主要考查基本不等式的應(yīng)用,意在考查學(xué)生對該知識的理解掌握水平和分析推理能力.
(1)設(shè)甲工程隊的總造價為元,先求出函數(shù)的解析式,再利用基本不等式求函數(shù)的最值得解;
(2)由題意可得,對任意的恒成立,從而恒成立,求出左邊函數(shù)的最小值即得解.
直通高考
1.【答案】B
【解析】因為,且,所以
,所以選B.
2.【答案】14
【解析】由a-3b+6=0可知a-3b=-6,且2a+18b=2a+2-3b,
因為對于任意x,2x>0恒成立,結(jié)合基本不等式的結(jié)論可得:2a+2-3b≥2×2a×2-3b=2×2-6=14.當(dāng)且僅當(dāng)2a=2-3ba-3b=6,即a=3b=-1時等號成立.
綜上可得2a+18b的最小值為14.
【名師點睛】利用基本不等式求最值時,要靈活運用以下兩個公式:
①,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號;
②,,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號.解題時要注意公式的適用條件、等號成立的條件,同時求最值時注意“1的妙用”.
3.【答案】30
【解析】總費用為,當(dāng)且僅當(dāng),即時等號成立.
【名師點睛】在利用基本不等式求最值時,要特別注意“拆、拼、湊”等技巧,使其滿足基本不等式中“正”(即條件要求中字母為正數(shù))、“定”(不等式的另一邊必須為定值)、“等”(等號取得的條件)的條件才能應(yīng)用,否則會出現(xiàn)錯誤.
4.【答案】9
【解析】由題意可知,S△ABC=S△ABD+S△BCD,由角平分線性質(zhì)和三角形面積公式得12acsin120°=12a×1×sin60°+12c×1×sin60°,化簡得ac=a+c,1a+1c=1,
因此4a+c=4a+c1a+1c=5+ca+4ac≥5+2ca?4ac=9,
當(dāng)且僅當(dāng)c=2a=3時取等號,則4a+c的最小值為9.
5.【答案】
【解析】方法一:.
因為,
所以,
即,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號成立.
又因為,當(dāng)且僅當(dāng),即時取等號,結(jié)合可知,可以取到3,故的最小值為.
方法二:
.
當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立,
故的最小值為.
【名師點睛】使用基本不等式求最值時一定要驗證等號是否能夠成立.
6.【答案】
【解析】,(前一個等號成立的條件是,后一個等號成立的條件是,兩個等號可以同時成立,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號).
【名師點睛】利用均值不等式求最值時要靈活運用以下兩個公式:①,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號;②,,當(dāng)且僅當(dāng)時取等號.解題時要注意公式的適用條件、等號成立的條件,同時求最值時注意“1的妙用”.

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