甲、乙两个箱子中装有大小相同的小球，甲箱中有2个红球和2个黑球，乙箱中装有2个黑球和3个红球，现从甲箱和乙箱中各取一个小球并且交换。
（1）求交换后甲箱中刚好有两个黑球的概率。
（2）设交换后甲箱中黑球的个数为
，求的分布列和数学期望。
（本小题满分12分）
已知
为等比数列，
为等差数列
的前n项和，
（1）求
的通项公式；
（2）设
，求
设函数
，其中
。
⑴当
时，判断函数
在定义域上的单调性；
⑵求函数的极值点；
⑶证明对任意的正整数
，不等式
成立。
如图，矩形
的两条对角线相交于点
，
边所在直线的方程为
，点
在
边所在直线上。
⑴求边所在直线的方程；
⑵求矩形外接圆的方程；
⑶若动圆
过点
，且与矩形的外接圆外切，求动圆的圆心的轨迹方程。
如图，甲船以每小时
海里的速度向正北方向航行，乙船按固定的方向匀速直线航行。当甲船位于
处时，乙船位于甲船的北偏西
方向的
处，此时两船相距
海里，当甲船航行分钟到达
处时，乙船航行到甲船的北偏西
方向的
处，此时两船相距
海里，问乙船每小时航行多少海里？
如图所示，在四面体
中，已知
,
,
,
，
是线段
上一点，
，点
在线段
上，且
。
⑴证明
；
⑵求二面角
的平面角的正弦值。