为加深学生对新中国成立以来我国在经济建设、科技创新、精神文明建设等方面取得成就的了解,某学校高二年级组织举办了知识竞赛。选拔赛阶段采用逐一答题的方式,每位选手最多有 5 次答题机会,累计答对 3 道题则进入初赛,累计答错 3 道题则被淘汰.初赛阶段参赛者每两人一组进行比赛,组织者随机从准备好的题目中抽取 2 道试题供两位选手抢答,每位选手抢到每道试题的机会相等,得分规则如下:选手抢到试题且回答正确得 10 分,对方选手得 0 分,选手抢到试题但没有回答正确得 0 分,对方选手得 5 分, 2 道试题抢答完毕后得分少者被淘汰,得分多者进入决赛(若分数相同,则同时进入决赛).
(1)已知选拔赛中选手甲答对每道试题的概率为 $\frac{2}{3}$ ,且回答每道试题是否正确相互独立,求甲进入初赛的概率;
(2)已知初赛中选手甲答对每道试题的概率为 $\frac{4}{5}$ ,对手答对每道试题的概率为 $\frac{3}{4}$ ,两名选手回答每道试题是否正确相互独立,求初赛中甲的得分 $Y$ 的分布列与期望;
(3)进入决赛后,每位选手回答 4 道试题,至少答对 3 道试题胜出,否则被淘汰,已知选手甲进入决赛,且决赛中前 3 道试题每道试题被答对的概率都为 $(p \in(0,1))$ ,若甲 4 道试题全对的概率为 $\frac{1}{16}$ ,求甲能胜出的概率的最小值.
设 $n(n \geq 2)$ 为正整数,集合 $U=\{1,2,3, \cdots, n\}$ ,集合 $A=\left\{t_1, t_2, \cdots, t_m\right\}\left(m \in \mathbf{N}^*, m \leq n\right)$ 为 $U$ 的一个非空子集,记 $S(A)=q^{t_1}+q^{t_2}+\cdots+q^{t_m}$ ,其中 $q \geq 2$ 。
(1)若 $n=2, q=3$ ,求 $S(A)$ 的取值的集合;
(2)证明:$S(A)$ 的所有可能取值个数为 $2^n-1$ ;
(3)是否存在 $q$ ,使得 $S(A)$ 的所有可能取值从小到大排列成等差数列,若存在,求 $q$ ;若不存在 ,说明理由.
欧拉公式 $\mathrm{e}^{\mathrm{i} x}=\cos x+\mathrm{i} \sin x(x \in \mathrm{R}), \mathrm{e}$ 是自然对数的底, i 是虚数单位.它的一个简单而重要的结论是:余弦函数和正弦函数可以用定义在复数集上的指数函数构造出来,即 $\cos x= \frac{\mathrm{e}^{\mathrm{i} x}+\mathrm{e}^{\mathrm{i} x}}{2}, \sin x=\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{i} x}-\mathrm{e}^{-\mathrm{i} x}}{2 \mathrm{i}}(x \in \mathrm{R})$ 。欧拉公式将指数函数的定义域扩大到复数集,建立了三角函数和指数函数的关系,被誉为"数学中的天桥".当 $x=\pi$ 时,得到等式 $\mathrm{e}^{\mathrm{i} \pi}+1=0$ ,数学里最重要的五个常数 $\mathrm{e}, \pi, \mathrm{i}, 1,0$ 被联系在一起,仿佛一句诗,道尽了数学之美.
(1)证明:若 $x \in \mathrm{R}$ ,则 $\mathrm{e}^{\mathrm{i} x}$ 与 $\mathrm{e}^{-\mathrm{i} x}$ 互为共轭复数;
(2)已知 $\mathrm{e}^{z_1} \mathrm{e}^{z_2}=\mathrm{e}^{z_1+z_2}\left(z_1, z_2 \in \mathrm{C}\right)$ ,欧拉公式在复数集内可推广为 $\mathrm{e}^{\mathrm{i} z}=\cos z+\mathrm{i} \sin z, \mathrm{e}^{-\mathrm{i} z}= \cos z-\mathrm{i} \sin z(z \in \mathrm{C})$ ,需要指出的是, $\cos z$ 和 $\sin z$ 是复数,它们不是 $\mathrm{e}^{\mathrm{i} z}$ 的实部和虚部,且 $\cos z=\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{i} z}+\mathrm{e}^{-\mathrm{i} z}}{2}, \sin z=\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{i} z}-\mathrm{e}^{-\mathrm{i} z}}{2 \mathrm{i}}(z \in \mathrm{C})$ 。容易证明,两角和的余弦公式在复数范围内仍然成立,即 $\cos \left(z_1+z_2\right)=\cos z_1 \cos z_2-\sin z_1 \sin z_2\left(z_1, z_2 \in \mathrm{C}\right)$ 。定义函数 $\cosh z=\cos (\mathrm{i} z), \quad \sinh z=-\mathrm{i} \sin (\mathrm{i} z)(z \in \mathrm{C})$ .证明: $\cosh \left(z_1+z_2\right)=\cosh z_1 \cosh z_2+\sinh z_1 \sinh z_2\left(z_1, z_2 \in \mathrm{C}\right)$ ;
(3)若 $a, x, y \in \mathrm{R}$ ,令 $z=a+\mathrm{i} \ln 2, \cos z=x+y \mathrm{i}$ ,证明:$\frac{16 x^2}{25}+\frac{16 y^2}{9}=1$ .
已知函数 $f(x)=\frac{\ln x+a}{x}-\frac{a}{2}(a \in \mathbf{R})$ .
(1)当 $a=1$ 时,求曲线 $f(x)$ 切线斜率的最小值;
(2)若 $g(x)=x^2 f(x)$ 有两个不同的极值点 $X_1, x_2$ .
(i)求 $a$ 的取值范围;
(ii)求证:$x_1 x_2>\mathrm{e}^{-2 a}$ .