2020年河南省焦作市高考数学四模试卷(理科)
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一.选择题:
1.(3分)已知集合A ={x |x 2﹣x ﹣6>0},B ={y|y =x −8
x ,x >4},则A ∩B =( ) A .(﹣2,2)
B .(﹣2,3]
C .(﹣2,+∞)
D .(3,+∞)
【解答】解:∵A ={x |x <﹣2或x >3},B ={y |y >2}, ∴A ∩B =(3,+∞). 故选:D .
2.(3分)已知复数z =5i
2019
i−2,则其共轭复数z 在复平面内对应的点位于( ) A .第一象限
B .第二象限
C .第三象限
D .第四象限
【解答】解:∵z =5i 2019i−2=−5i i−2=−5i(i+2)(i−2)(i+2)
=−1+2i ,
∴z =−1−2i ,
z 在复平面内对应的点为(﹣1,﹣2),在第三象限. 故选:C .
3.(3分)(x 4−2)(x 3−1x
)4的展开式的常数项为( ) A .9
B .8
C .﹣1
D .﹣7
【解答】解:(x 3−1x )4的通项T r+1=C 4r ⋅(x 3)4−r ⋅(−1x
)r =(−1)r ⋅C 4r
⋅x 12−4r .
令12﹣4r =0,得r =3,令12﹣4r =﹣4,得r =4,
所以(x 4−2)(x 3−1
x )4的展开式的常数项为−2×(−1)3×C 43+1×(−1)4×C 44=9.
故选:A .
4.(3分)“三分损益法”是古代中国发明制定音律时所用的方法,其基本原理是:以一根确定长度的琴弦为基准,取此琴弦长度的2
3
得到第二根琴弦,第二根琴弦长度的4
3
为第三
根琴弦,第三根琴弦长度的23
为第四根琴弦,第四根琴弦长度的4
3
为第五根琴弦.琴弦越
短,发出的声音音调越高,这五根琴弦发出的声音按音调由低到高分别称为“宫、商、角(ju é)、微(zh ǐ)、羽”,则“角”和“徵”对应的琴弦长度之比为( ) A .3
2
B .
8164
C .
3227
D .9
8
【解答】解:设基准琴弦的长度为1,
则根据“三分损益法”得到的另外四根琴弦的长度依次为23
,89
,
1627
,
6481
,
五根琴弦的长度从大到小依次为1,89
,
6481
,23,
1627,
所以“角”和“微”对应的琴弦长度分别为6481
和23
,其长度之比为3227
,
故选:C .
5.(3分)函数f(x)=cosx−2x 2
2x−sinx
的部分图象大致是( )
A .
B .
C .
D .
【解答】解:因为f(−x)=cos(−x)−2(−x)2
−2x−sin(−x)=−cosx−2x 2
2x−sinx =−f(x),所以f (x )是奇函
数,排除选项C 和D ,
因为x =1时,0<cos1<1,0<sin1<1,所以f(1)=cos1−2
2−sin1<0,排除选项A .
故选:B.
6.(3分)执行如图所示的程序框图,输出S的值为()
A.3B.4C.5D.6
【解答】解:第一次循环,S=0−
1
(−1)1
=1,n=1+2=3;
第二次循环,S=1−
1
(−1)3
=2,n=3+2=5;
第三次循环,S=2−
1
(−1)5
=3,n=5+2=7;
第四次循环,S=3−
1
(−1)7
=4,n=7+2=9,
跳出循环,输出S=4.故选:B.
7.(3分)已知f(x)={−1+log2(−2x),x<0
g(x),x>0
为奇函数,则f(g(2))+g(f(﹣8))=()
A.2+log23B.1C.0D.﹣log23
【解答】解:因为f(x)={−1+log2(−2x),x<0
g(x),x>0
为奇函数,
所以g(x)=1﹣log2(2x)(x>0).所以g(2)=1﹣log24=﹣1,
所以f (g (2))=﹣1+log 22=0.f (﹣8)=﹣1+log 216=3, 所以g (f (﹣8))=g (3)=1﹣log 26,
所以f (g (2))+g (f (﹣8))=1﹣log 26=1﹣log 22﹣log 23=﹣log 23. 故选:D .
8.(3分)在各项均为正数的等比数列{a n }中,a 1a 11+2a 5a 9+a 3a 13=25,则a 1a 13的最大值是( ) A .25
B .
254
C .5
D .2
5
【解答】解:由题意利用等比数列的性质知a 1a 11+2a 5a 9+a 3a 13=a 62+2a 6a 8+a 82=
(a 6+a 8)2=25,
又因为a n >0,所以a 6+a 8=5, 所以a 1a 13=a 6a 8≤(a 6+a 82)2=254,当且仅当a 6=a 8=5
2
时取等号, 故选:B .
9.(3分)如图,四边形ABCD 是正方形,点E ,F 分别在边AD ,CD 上,△BEF 是等边三角形,在正方形ABCD 内随机取一点,则该点取自△BEF 内的概率为( )
A .2√3−3
B .2−√3
C .1
3
D .
√3
3
【解答】解:连接BD 交EF 于G ,则BD ⊥EF ,EG =FG ,所以∠ABE =15°. 设等边三角形BEF 的边长为2,所以AB =2cos15°, 所以正方形ABCD 的面积为(2cos15°)2=4cos 215°=4×1+cos30°
2
=2+√3, 等边三角形BEF 的面积为1
2×2×2×
√3
2
=√3,
故所求的概率P =√3
2+3
=2√3−3.
故选:A .
10.(3分)在长方体ABCD ﹣A 1B 1C 1D 1中,底面ABCD 是正方形,AA 1=2AB ,E ,F ,G ,H 分别是AD ,AB ,BC ,CC 1的中点,则异面直线EF 与GH 的夹角的余弦值为( ) A .
√5
5
B .
2√5
5
C .
√10
10
D .
3√1010
【解答】解:如图,在长方体ABCD ﹣A 1B 1C 1D 1中,取DD 1的中点N ,连接EN ,FN , 因为E ,F ,G ,H 分别是AD ,AB ,BC ,CC 1的中点,由长方体的性质可知GH ∥EN , 所以∠FEN (或其补角)为异面直线EF 与GH 所成的角,
因为AA 1=2AB ,设正方形ABCD 的边长为a ,所以AA 1=2a ,EF =√AE 2+AF 2=√2
2
a ,
EN =√DE 2+DN 2=√52a ,FN =√AD 2+AF 2+DN 2=3
2a ,
在△EFN 中,由余弦定理得cos∠FEN =EN 2
+EF 2
−FN 2
2EN⋅EF =(√5
2a)2
+(√2
2a)2
−(32a)2
2×√52a×22a
=−√1010, 所以异面直线EF 与GH 的夹角的余弦值为√10
10
. 故选:C .
11.(3分)记双曲线C :
x 2a 2
−
y 2b 2
=1(a >0,b >0)的右焦点为F ,以F 为圆心,r 为半径
作圆F ,以C '(0,m )为圆心.2r 为半径作圆C '.若圆F 与圆C '仅有3条公切线,且其中2条恰为双曲线C 的渐近线,则双曲线C 的离心率为( )
A .
√62
B .√2
C .√3
D .2√2
【解答】解:设双曲线的半焦距为c ,离心率为e .双曲线的一条渐近线为bx ﹣ay =0, 故F (c ,0)到渐近线的距离为
√a 2+b 2
=r ,即b =r .
设圆F 与圆C '的切点为M ,点O 为坐标原点,
由题意可得圆C '与圆F 外切,则OM ⊥FC ',故Rt △OMF ∽Rt △C 'OF , 故
|MF||OF|
=
|OF|
|FC′|
,即r c
=
c 3r
,故c =√3r ,
则a =2−b 2=√2r , 故所求离心率e =c a =√6
2
. 故选:A .
12.(3分)抛物线C :x 2=2py (0<p <3)在点A (3,y 1)处的切线交准线于B ,且与y 轴交于D ,F 为C 的焦点.若△BDF 的面积为7p 15
,则p =( )
A .√5
B .2√3
C .4
D .2√5
【解答】解:因为x 2
=2py (0<p <3),所以y =x 22p ,则A(3,9
2p ).
又y′|x=3=3
p ,所以点A 处的切线方程为y −
92p =3
p
(x −3). 令y =−p 2,得x =9−p 26,即B(9−p 26,−p
2).
令x =0,得y =−92p ,即D(0,−9
2p
). 因为S △BDF
=7p
15,所以12(p 2+92p )⋅|9−p 26|=7p 15
.
因为0<p <3,所以9+p 24p
⋅
9−p 26
=
7p 15
,
整理得5p 4+56p 2﹣405=0,解得p 2=5或p 2=−81
5(舍去), 所以p 2=5,即p =√5. 故选:A . 二.填空题
13.(3分)已知向量a →
=(3,−1),b →
−a →
=(−4,2),则a →
与b →
夹角的余弦值为 −2√5
5 . 【解答】解:由已知向量a →
=(3,−1),b →
−a →
=(−4,2),可得b →
=(−1,1), |b →
|=√2,|a →
|=√10,
所以cos〈a →
,b →
〉=
a →⋅b
→
|a →||b →
|
=
√10×√2
=−2√5
5,
故答案为:−
2√5
5
. 14.(3分)某一批花生种子的发芽率为p ,设播下10粒这样的种子,发芽的种子数量为随机变量X .若D(X)=12
5, 则p =
25
或3
5
.
【解答】解:X 服从二项分布,即X ~B (10,p ). 因为D(X)=12
5,所以10×p ×(1−p)=12
5, 解得p =2
5或p =35. 故答案为:2
5
或35.
15.(3分)已知正项数列{a n }中,a 1=1,a 2=√3,a n +12﹣a n 2=a n 2﹣a n ﹣12(n ≥2),则数列{1
a n +a n+1
}的前60项和 5 .
【解答】解:由条件可知,a n +12+a n ﹣12=
2a n 2(n ≥2),∴数列{a n 2}是首项为a 12=1,公差
为a 22−a 12=3−1=2的等差数列,
所以a n 2=1+2(n −1)=2n −1,又a n >0,所以a n =√2n −1,
所以
1
a n +a n+1
=
√2n−1+√2n+1
=
12(√2n +1−√2n −1),
所以数列{1
a n +a n+1}的前n 项和S n =1
2[(√3−√1)+(√5−√3)+(√7−√5)+…(√2n +1−
√2n −1)=1
2(√2n +1−1)
, 即S n =12(√2n +1−1),所以S 60=12
(√121−1)=5. 故答案为:5.
16.(3分)已知函数f(x)=1
6x 3−mx +3,g (x )=﹣5x +4lnx ,若函数f (x )的导函数f '(x )与g (x )(x ∈[1,9])的图象上至少存在一对关于x 轴对称的点,则实数m 的最大值为 −9
2+8ln3 .
【解答】解:因为f(x)=16x 3−mx +3,所以f′(x)=1
2x 2−m .由题意知方程f′(x)+g(x)=1
2x 2−m −5x +4lnx =0在x ∈[1,9]上有解,
等价于m =1
2
x 2−5x +4lnx 在x ∈[1,9]上有解, 令ℎ(x)=12
x 2−5x +4lnx (x ∈[1,9]),则ℎ′(x)=x −5+4x =x 2−5x+4x =(x−1)(x−4)x
, 当1<x <4时,h '(x )<0,当4<x <9时,h '(x )>0. 所以函数h (x )在[1,4)上单调递减,在(4,9]上单调递增, 所以h (1)>h (4), 因为ℎ(4)=
12×16−5×4+8ln2=−12+8ln2<0,ℎ(9)=1
2×92−5×9+4ln9=−9
2+8ln3>−92+8>0,
所以h (x )的最大值为−9
2
+8ln3, 所以m 的最大值为−9
2+8ln3. 故答案为:−92
+8ln3.
三、解答题:共70分解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤.第17~21题为必考题,每个试题考生都必须作答.第22,23题为选考题,考生根据要求作答.(一)必考题 17.在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,已知b =4,A =π3
. (Ⅰ)AD 是BC 边上的中线,若AD =√7,求c 的值; (Ⅱ)若a =4√3,求△ABC 的周长. 【解答】解:(Ⅰ)因为AB →
+AC →
=2AD →
,
所以(AB →
+AC →
)2=AB →
2+AC →
2+2AB →
⋅AC →
=4AD →
2=28, 即b 2+c 2+2bc cos A =28.
所以c 2+4c ﹣12=0,解得c =2(负值舍去). (Ⅱ)由
a sinA
=
b sinB
,可得sinB =
bsinA a =43×√32
=1
2. 因为a >b ,所以A >B ,所以B =π
6. 所以C =π−A −B =π
2
. 所以c =√a 2+b 2=8.
所以△ABC 的周长为a +b +c =12+4√3.
18.如图1,在正方形ABCP 中,AB =4,D 是CP 的中点,把△ADP 沿AD 折叠,使△P AB
为等边三角形,得到如图2所示的几何体. (Ⅰ)证明:AB ⊥PD ;
(Ⅱ)求二面角A ﹣PB ﹣C 的余弦值.
【解答】解:(I )证明:依题意,底面ABCD 是直角梯形,AB ⊥BC ,AB =2CD . 取AB 的中点E ,连接DE ,PE ,
则BE =CD ,BE ∥CD ,所以四边形BCDE 为矩形,所以BE ⊥DE . 因为△P AB 为等边三角形,所以AB ⊥PE . 因为PE ∩DE =E ,所以AB ⊥平面PDE . 因为PD ⊂平面PDE ,所以AB ⊥PD .
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,AB ⊥平面PDE ,所以平面ABCD ⊥平面PDE . 点P 到平面ABCD 的距离即点P 到DE 的距离.
因为PD ⊥P A ,PD ⊥AB ,AB ∩P A =A ,所以PD ⊥平面P AB ,所以PD ⊥PE . 在Rt △PDE 中,可得P 到DE 的距离为
PE×PD DE
=
2√3×2
4
=√3.
分别以DE ,DC 的方向为x 轴,y 轴的正方向,过点D 垂直于平面ABCD 的直线为z 轴建立如图所示的空间直角坐标系D ﹣xyz .
则D (0,0,0),B (4,2,0),C (0,2,0),P(1,0,√3), 所以PC →
=(−1,2,−√3),BC →
=(−4,0,0).
设平面PBC 的一个法向量为n →
=(x ,y ,z), 取z =2,则n →
=(0,√3,2).
而平面P AB 的一个法向量为DP →
=(1,0,√3). 则cos〈n →
,DP →
〉=
n →⋅DP
→|n →
||DP →
|
=
√3,√3)3+4×1+3
=√21
7,
由图可知,二面角A ﹣PB ﹣C 为钝角,所以所求的余弦值为−√21
7
.
19.已知椭圆C :
x 2a 2
+
y 2b 2
=1(a >b >0)的离心率为1
2
,短轴长为2√3.
(Ⅰ)求椭圆C 的标准方程;
(Ⅱ)若斜率为k (k ≠0)的直线l 与椭圆C 交于不同的两点A ,B ,且线段AB 的垂直平分线过定点(1
3,0),求k 的取值范围.
【解答】解:(Ⅰ)由题意可知{2b =2√3,
c a
=12
,
c 2=b 2+c 2
解得{a =2,b =√3,c =1.
,
故椭圆C 的标准方程为
x 24
+
y 23
=1.
(Ⅱ)设直线l :y =kx +m ,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2).
联立直线与椭圆方程,消去y 得(3+4k 2)x 2+8kmx +4m 2﹣12=0. 则△=(8km )2﹣4(3+4k 2)(4m 2﹣12)>0,整理得m 2<4k 2+3.① 由根与系数关系得x 1+x 2=−8km 3+4k
2,
则
x 1+x 22
=−
4km 3+4k
,y 1+y 22
=
3m 3+4k
,即AB 中点的坐标为(−4km 3+4k 2,
3m 3+4k
2).
又线段AB 的垂直平分线方程为y =−1
k (x −1
3),所以
3m 3+4k 2
=−1k
(−
4km 3+4k 2
−1
3
),
化简可得m =−4k 2
+3
3k .②
由①②得
(4k 2+3)2
9k 2
<4k 2+3,因为4k 2+3>0,所以4k 2+3<9k 2,
所以k 2>3
5,得k <−√15
5或k >√15
5.
所以k 的取值范围是(−∞,−√15
5)∪(√15
5,+∞). 20.已知函数f (x )=x 2+2ax ﹣4a 2lnx ,其中a ∈R .
(Ⅰ)若a ≠0,讨论f (x )的单调性;
(Ⅱ)若a =0,当x ≥1时,xlnx ﹣m [f (x )﹣1]≤0恒成立,求实数m 的取值范围.
【解答】解:(Ⅰ)因为f (x )=x 2+2ax ﹣4a 2lnx ,所以x ∈(0,+∞).
所以f′(x)=2x 2+2ax−4a 2x =2(x−a)(x+2a)x
. ①当a >0时,由f '(x )>0得x >a ;由f '(x )<0得0<x <a .
故f (x )在(0,a )上单调递减,在(a ,+∞)上单调递增.
②当a <0时,由f '(x )>0得x >﹣2a ;由f '(x )<0得0<x <﹣2a .
故f (x )在(0,﹣2a )上单调递减,在(﹣2a ,+∞)上单调递增
综上,①当a >0时f (x )在(0,a )上单调递减,在(a ,+∞)上单调递增;
②当a <0时f (x )在(0,﹣2a )上单调递减,在(﹣2a ,+∞)上单调递增.
(Ⅱ)若a =0,不等式转化为当x ≥1时,xlnx ﹣m (x 2﹣1)≤0恒成立.
令F (x )=xlnx ﹣m (x 2﹣1),则F '(x )=lnx +1﹣2mx .
令G (x )=lnx +1﹣2mx ,则G′(x)=1x −2m .
①当m ≤0时,对任意x ∈[1,+∞),恒有F '(x )=lnx +1﹣2mx >0,
所以F (x )在[1,+∞)上单调递增,所以F (x )≥F (1)=0,所以m ≤0不合题意. ②当m ≥12时,因为x ≥1,所以1x ≤1,所以1x −2m ≤0,即G '(x )≤0, 所以G (x )在[1,+∞)上单调递减,所以G (x )≤G (1)=1﹣2m ≤0,即F '(x )≤0, 所以F (x )在[1,+∞)上单调递减,所以F (x )≤F (1)=0,
所以m ≥12符合题意.
③当0<m <12时,令G′(x)=
1x −2m >0,解得1≤x <12m :令G′(x)=1x −2m <0,解得x >12m .
所以G (x )在[1,12m
]上单调递增.所以G (x )≥G (1)=1﹣2m >0,即F '(x )>0, 所以F (x )在[1,12m ]上单调递增,所以当x ∈[1,12m ]时,F (x )≥F (1)=0,
故0<m <12不合题意.
综合①②③可知,实数m 的取值范围是[12,+∞).
21.无线电技术在航海中有很广泛的应用,无线电波可以作为各种信息的载体.现有一艘航
行中的轮船需要与陆地上的基站进行通信,其连续向基站拍发若干次呼叫信号,每次呼叫信号被基站收到的概率都是0.2,基站收到呼叫信号后立即向轮船拍发回答信号,回答信号一定能被轮船收到.
(Ⅰ)若要保证基站收到信号的概率大于0.99,求轮船至少要拍发多少次呼叫信号.(Ⅱ)设(Ⅰ)中求得的结果为n.若轮船第一次拍发呼叫信号后,每隔5秒钟拍发下一次,直到收到回答信号为止,已知该轮船最多拍发n次呼叫信号,且无线电信号在轮船与基站之间一个来回需要16秒,设轮船停止拍发时,一共拍发了X次呼叫信号,求X 的数学期望(结果精确到0.01).
参考数据:210≈1.05×106.
【解答】解:(1)设“轮船拍发k次呼叫信号,基站至少收到1次信号”为事件A,则其对立事件A表示“轮船拍发k次呼叫信号,基站收到0次信号”,其中k为正整数.
要使P(A)>0.99,则需P(A)<0.01.
由题可知P(A)=(1−0.2)k=0.8k.
因为0.820=(4
5
)20=4
20×220
520×220
=2
60
1020
≈1.16×10−2=0.0116>0.01,
而0.821≈0.0116×0.8=0.00928<0.01,
又因为k∈N*,所以k≥21,即轮船至少要拍发21次呼叫信号.
(Ⅱ)若第1次呼叫信号就被基站收到,则轮船16秒后会收到回答信号从而停止拍发,
16秒内轮船会继续拍发3次,即一共拍发了4次呼叫信号;
若前i﹣1(2≤i≤17)次呼叫信号都没有被基站收到,第i次呼叫信号被基站收到,与上
面同理,停止拍发时轮船一共拍发了i+3次呼叫信号;
若前17次呼叫信号都没有被基站收到,轮船会拍发21次后停止,
所以随机变量X的分布列如下:
X456 (192021)
P0.20.8×0.20.82×0.2…0.815×0.20.816×0.20.817所以E(X)=4×0.2+5×0.8×0.2+6×0.82×0.2+…+20×0.816×0.2+21×0.817=0.8×1+1
×0.8+1.2×0.82+…+4×0.816+21×0.817,
所以0.8E(X)=0.8×0.8+1×0.82+1.2×0.83+…+4×0.817+16.8×0.817
=0.8+0.2×0.8×(1−0.817)
1−0.8
=1.6−0.818,
两式相减得0.2E(X)=0.8+0.2×0.8+0.2×0.82+…+0.2×0.816+0.2×0.817
=0.8+0.2×0.8×(1−0.817)1−0.8
=1.6−0.818 所以E(X)=8−5×0.818=8−5×0.820
0.82≈8−5×0.01160.64≈7.91. (二)选考题:共10分.请考生在第22,23题中任选一题作答,如果多做,则按所做的第一题计分.[选修4-4:坐标系与参数方程]
22.在平面直角坐标系xOy 中,曲线C 的参数方程为{x =−2+3cosφ,y =1+3sinφ
(φ为参数).以坐标原点O 为极点,x 轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,直线l 的极坐标方程为ρcos θ﹣2ρsin θ﹣5=0.
(Ⅰ)求曲线C 的普通方程与直线l 的直角坐标方程;
(Ⅱ)若与l 平行的直线l '与曲线C 交于A ,B 两点.且在x 轴的截距为整数,△ABC 的面积为2√5,求直线l '的方程.
【解答】解:(Ⅰ)曲线C 的参数方程{x =−2+3cosφy =1+3sinφ
, 化为普通方程为(x +2)2+(y ﹣1)2=9.
由ρcos θ﹣2ρsin θ﹣5=0,x =ρcos θ,y =ρsin θ可得,
直线l 的直角坐标方程为x ﹣2y ﹣5=0.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知l 的直角坐标方程为x ﹣2y ﹣5=0,C (﹣2,1).
设直线l ':x ﹣2y +m =0,由题知m ∈Z .
∴C 到直线l '的距离d =5=5
, ∴|AB|=2√9−(m−4)25,∴12⋅2√9−(m−4)25⋅√5=2√5, 整理得(m ﹣4)4﹣45(m ﹣4)2+500=0,∴(m ﹣4)2=20或(m ﹣4)2=25, ∵m ∈Z ,∴m =﹣1或m =9.
∴直线l '的方程为x ﹣2y ﹣1=0或x ﹣2y +9=0.
[选修4-5:不等式选讲]
23.已知函数f (x )=|5x ﹣3|﹣|5x ﹣2|.
(Ⅰ)求不等式f (x )>3﹣4x 的解集;
(Ⅱ)若a ,b ∈R +,1a +2b =2,不等式2a +b ≥f (x )+2m 2+1恒成立,求实数m 的取值范围.
【解答】解:(Ⅰ)由题意:f (x )=|5x ﹣3|﹣|5x ﹣2|={ 1,x ≤25,−10x +5,25<x ≤35,−1,x >35. 所以不等式f (x )>3﹣4x 可化为{
x ≤25,1>3−4x 或{25<x ≤35,−10x +5>3−4x 或{x >35−1>3−4x 解得x >1. 所以不等式f (x )>3﹣4x 的解集为(1,+∞). (Ⅱ)f (x )=|5x ﹣3|﹣|5x ﹣2|≤|5x ﹣3+2﹣5x |=1 因为a ,b ∈R +,1a
+2b =2, 所以2a +b =12(2a +b)(1a +2b )=12(4+
4a b +b a )≥12(4+2√4a b ⋅b a )=4, 当且仅当4a b =b a ,即a =1,b =2时取等号.
因为2a +b ≥f (x )+2m 2+1恒成立,
所以4≥1+2m 2+1,解得﹣1≤m ≤1,
所以实数m 的取值范围是[﹣1,1].。