2022年高中数学新教材人教B版选择性必修第一册学案章末检测试卷(二)
展开一、单项选择题(本大题共8小题,每小题5分,共40分)
1.已知A(4,8),B(2,4),C(3,y)三点共线,则y的值为( )
A.4 B.5 C.6 D.7
答案 C
解析 由于A(4,8),B(2,4),C(3,y)三点共线,
则kAB=kBC,即eq \f(4-8,2-4)=eq \f(y-4,3-2),
解得y=6.
2.已知圆的方程是x2+y2-2x-1=0,则它的半径是( )
A.1 B.eq \r(2) C.2 D.4
答案 B
解析 圆的方程可化简为(x-1)2+y2=2,
则它的半径是eq \r(2).
3.直线l1:ax-4y+2=0与直线l2:x-ay-1=0平行,则a的值为( )
A.±2 B.2 C.-2 D.-1
答案 B
解析 a=0时,显然两直线不平行,
a≠0时,由两直线平行得eq \f(a,1)=eq \f(-4,-a)≠eq \f(2,-1),
解得a=2.
4.已知△ABC的顶点B(2,1),C(-6,3),其垂心为H(-3,2),则其顶点A的坐标为( )
A.(-19,-62) B.(19,-62)
C.(-19,62) D.(19,62)
答案 A
解析 ∵H为△ABC的垂心,∴AH⊥BC,BH⊥AC,
又kBC=eq \f(3-1,-6-2)=-eq \f(1,4),kBH=eq \f(2-1,-3-2)=-eq \f(1,5),
∴直线AH,AC斜率存在且kAH=4,kAC=5,
设A(x,y),则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(kAH=\f(y-2,x+3)=4,,kAC=\f(y-3,x+6)=5,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=-19,,y=-62,))∴A(-19,-62).
5.直线y=2x+1与圆x2+y2-2x-3=0的位置关系是( )
A.相切 B.相离
C.相交 D.随a的变化而变化
答案 C
解析 ∵直线y=2x+1过定点(0,1),
圆x2+y2-2x-3=0,点(0,1)在圆内,
∴直线y=2x+1与圆x2+y2-2x-3=0相交.
6.设P(x,y),若eq \r(x2+y-2\r(3)2)+eq \r(x2+y+2\r(3)2)=8,则点P的轨迹方程为( )
A.eq \f(x2,16)+eq \f(y2,4)=1 B.eq \f(x2,4)+eq \f(y2,16)=1
C.eq \f(x2,4)-eq \f(y2,8)=1 D.eq \f(x2,8)-eq \f(y2,4)=1
答案 B
解析 由题意可知,点P(x,y)到点F1(0,2eq \r(3))的距离与到点F2(0,-2eq \r(3))的距离之和为定值8,并且8>4eq \r(3)=|F1F2|,
所以点P的轨迹是以F1,F2为焦点的椭圆,所以2a=8,a=4,
因为c=2eq \r(3),所以b2=a2-c2=16-12=4,
所以点P的轨迹方程为eq \f(x2,4)+eq \f(y2,16)=1.
7.设双曲线C的方程为eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),过抛物线y2=4x的焦点和点(0,b)的直线为l.若C的一条渐近线与l平行,另一条渐近线与l垂直,则双曲线C的方程为( )
A.eq \f(x2,4)-eq \f(y2,4)=1 B.x2-eq \f(y2,4)=1
C.eq \f(x2,4)-y2=1 D.x2-y2=1
答案 D
解析 由题意知,抛物线的焦点坐标为(1,0),
∴直线l的斜率kl=eq \f(b-0,0-1)=-b=-eq \f(b,a),解得a=1.
又∵eq \f(b,a)·(-b)=-1,∴b=a=1,
∴双曲线C的方程为x2-y2=1.
8.设双曲线C:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为eq \r(5).P是C上一点,且F1P⊥F2P.若△PF1F2的面积为4,则a等于( )
A.1 B.2 C.4 D.8
答案 A
解析 由题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(c,a)=\r(5),,c2=a2+b2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=\r(5)a,,b=2a,))
∴|F1F2|=2c=2eq \r(5)a.
∵△PF1F2中,F1P⊥F2P,
∴|F1P|2+|F2P|2=|F1F2|2=4c2=20a2.
不妨设P在C的右支上,则|F1P|-|F2P|=2a.
∵△PF1F2的面积为4,
∴eq \f(1,2)|F1P||F2P|=4,
即|F1P||F2P|=8.
∴(|F1P|-|F2P|)2=|F1P|2+|F2P|2-2|F1P||F2P|,
即4a2=20a2-2×8,解得a=1.
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题5分,共20分,全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分)
9.下列说法正确的是( )
A.方程eq \f(y,x-2)=1表示一条直线
B.到x轴的距离为2的点的轨迹方程为y=2
C.方程(x2-1)2+(y2-4)2=0表示四个点
D.“5
解析 对A,∵eq \f(y,x-2)=1,
即x-y-2=0(x≠2),表示直线x-y-2=0去掉一点(2,0),故A错误;
对B,根据题意可知,满足要求的轨迹方程为y=±2,故B错误;
对C,∵(x2-1)2+(y2-4)2=0,
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2=1,,y2=4,))即表示(1,2),(1,-2),(-1,2),(-1,-2)四个点,故C正确;
对D,若eq \f(x2,7-m)+eq \f(y2,m-5)=1表示椭圆,则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(7-m>0,,m-5>0,,7-m≠m-5,))
即5
A.轨迹方程C为eq \f(x2,25)+eq \f(y2,16)=1
B.轨迹方程C的焦距为3
C.轨迹方程C的长轴长为10
D.轨迹方程C的离心率为eq \f(3,5)
答案 ACD
解析 圆C1:(x+3)2+y2=1的圆心C1(-3,0),半径r1=1,圆C2:(x-3)2+y2=81的圆心C2(3,0),半径r2=9,
设点P(x,y),动圆的半径为r(r>0),则由题意得|PC1|=1+r,|PC2|=9-r,
所以|PC1|+|PC2|=10,即动点P到两个定点C1(-3,0),C2(3,0)的距离之和为10.
又因为10=|PC1|+|PC2|>|C1C2|=6,
所以点P在以两定点C1(-3,0),C2(3,0)为焦点,10为长轴长的椭圆上.
所以设此椭圆的方程为C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1,
由a=5,c=3,则b2=a2-c2=16,
因此,动圆圆心P所在的曲线方程为eq \f(x2,25)+eq \f(y2,16)=1.
所以轨迹方程C的焦距为6,轨迹方程C的长轴长为10,轨迹方程C的离心率为eq \f(3,5).
11.已知双曲线C:eq \f(x2,3)-eq \f(y2,m)=1过点(3,eq \r(2)),则下列结论正确的是( )
A.C的焦距为4
B.C的离心率为eq \r(3)
C.C的渐近线方程为y=±eq \f(\r(3),3)x
D.直线2x-eq \r(3)y-1=0与C有两个公共点
答案 AC
解析 A项,由双曲线C:eq \f(x2,3)-eq \f(y2,m)=1过点(3,eq \r(2)),可得m=1,则双曲线C的标准方程为eq \f(x2,3)-y2=1.所以a=eq \r(3),b=1,c=eq \r(a2+b2)=2,因此椭圆C的焦距为2c=4,故正确;
B项,离心率为eq \f(c,a)=eq \f(2,\r(3))=eq \f(2\r(3),3),故不正确;
C项,渐近线方程为y=±eq \f(\r(3),3)x,故正确;
D项,将直线2x-eq \r(3)y-1=0与双曲线eq \f(x2,3)-y2=1联立,消去y可得3x2-4x+4=0,Δ=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-4))2-4×3×4=-32<0,所以直线2x-eq \r(3)y-1=0与双曲线C没有公共点,故不正确.
12.在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=x2上异于顶点的两个动点A,B,以AB为直径的圆过原点,则下列说法正确的是( )
A.直线AB过定点(0,1)
B.△AOB的重心的轨迹为抛物线
C.△AOB的面积的最小值为1
D.若OM⊥AB于点M,则M点的轨迹为椭圆
答案 ABC
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),直线AB的方程为y=kx+m,
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=x2,,y=kx+m,))得x2-kx-m=0,
所以x1x2=-m,x1+x2=k,
由题知OA⊥OB,则eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=x1x2+y1y2=0,
即x1x2+xeq \\al(2,1)xeq \\al(2,2)=0,所以x1x2=-1,即m=1,
故直线AB:y=kx+1,过定点P(0,1),A项正确;
设△AOB的重心为G(x0,y0),
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=\f(x1+x2+0,3),,y0=\f(y1+y2+0,3),))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=\f(k,3),,y0=\f(k2+2,3),))
所以y0=3xeq \\al(2,0)+eq \f(2,3),
因此G点的轨迹为抛物线,B项正确;
|AB|=eq \r(1+k2)eq \r(x1+x22-4x1x2)=eq \r(1+k2)·eq \r(k2+4),
O到AB的距离d=eq \f(1,\r(k2+1)),
所以S△AOB=eq \f(1,2)·|AB|·d=eq \f(1,2)eq \r(k2+4)≥1,
当且仅当k=0时等号成立,C项正确;
若OM⊥AB于点M,则OM⊥MP,
设OP的中点为Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2))),则|MQ|=eq \f(1,2)|OP|=eq \f(1,2),
故M点的轨迹为圆,D项错误.
三、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分)
13.在△ABC中,A(4,1),B(7,5),C(-4,7),则∠A的平分线所在直线的一般式方程是____________.
答案 7x+y-29=0
解析 向量eq \(AB,\s\up6(→))=(3,4),eq \(AC,\s\up6(→))=(-8,6),
故∠A的平分线的一个方向向量为eq \f(\(AB,\s\up6(→)),|\(AB,\s\up6(→))|)+eq \f(\(AC,\s\up6(→)),|\(AC,\s\up6(→))|)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,5),\f(4,5)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(4,5),\f(3,5)))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,5),\f(7,5))),
故∠A的平分线所在直线的方程可设为eq \f(7,5)x+eq \f(1,5)y+m=0,
将A(4,1)代入方程得m=-eq \f(29,5),
故直线方程为eq \f(7,5)x+eq \f(1,5)y-eq \f(29,5)=0,即7x+y-29=0.
14.已知两点A(-1,2),B(2,1),直线l:3x-my-m=0与线段AB相交,则m的取值范围是________.
答案 [-1,3]
解析 m=0时,直线l与线段AB相交,m≠0时,直线l的斜率为k=eq \f(3,m),
易知直线l:3x-my-m=0过定点P(0,-1),
又kPA=eq \f(2--1,-1-0)=-3,kPB=eq \f(1--1,2-0)=1,
而线段AB上点的横坐标x满足-1≤x≤2,
∴eq \f(3,m)≤-3或eq \f(3,m)≥1,解得-1≤m<0或0
15.设双曲线C:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的一条渐近线为y=eq \r(2)x,则C的离心率为________.
答案 eq \r(3)
解析 双曲线的一条渐近线方程为y=eq \r(2)x,则b=eq \r(2)a.
∴双曲线的离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(a2+b2),a)=eq \r(3).
16.2020年是中国传统的农历“鼠年”,有人用3个圆构成“卡通鼠”的形象,如图,Q(0,-3)是圆Q的圆心,圆Q过坐标原点O;点L,S均在x轴上,圆L与圆S的半径都等于2,圆S,圆L均与圆Q外切.已知直线l过点O.若直线l截圆L,圆S,圆Q所得弦长均等于d,则d=________.
答案 eq \f(12,5)
解析 由题意,得圆L与圆S关于原点对称,设S(a,0)(a>0),则eq \r(a2+32)=2+3,a=4,
即S(4,0),∴L(-4,0).
设方程为y=kx(k≠0),则三个圆心到该直线的距离分别为d1=eq \f(|-4k|,\r(1+k2)),d2=eq \f(|4k|,\r(1+k2)),d3=eq \f(3,\r(1+k2)),
则d2=4(4-deq \\al(2,1))=4(4-deq \\al(2,2))=4(9-deq \\al(2,3)),
即有4-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(-4k,\r(1+k2))))2=4-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4k,\r(1+k2))))2
=9-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,\r(1+k2))))2,解得k2=eq \f(4,21),
则d2=4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4-\f(16×\f(4,21),1+\f(4,21))))=eq \f(144,25),即d=eq \f(12,5).
四、解答题(本大题共6小题,共70分)
17.(10分)从点A(-4,1)出发的一束光线l,经过直线l1:x-y+3=0反射,反射光线恰好通过点B(1,6),
(1)求反射光线所在的直线方程;
(2)求入射光线l所在的直线方程.
解 (1)设A(-4,1)关于直线l1:x-y+3=0的对称点为D(x1,y1),
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(y1-1,x1+4)·1=-1,,\f(x1-4,2)-\f(y1+1,2)+3=0,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x1=-2,,y1=-1,))
∴D(-2,-1),依题意知D在反射光线上.
又B(1,6)也在反射光线上,∴kBD=eq \f(6+1,1+2)=eq \f(7,3),
故所求方程为y-6=eq \f(7,3)(x-1),
整理得7x-3y+11=0.
(2)设B(1,6)关于直线l1:x-y+3=0的对称点为C(x0,y0),
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(y0-6,x0-1)·1=-1,,\f(x0+1,2)-\f(y0+6,2)+3=0,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=3,,y0=4,))
∴C(3,4),依题意知C在入射光线上.
又A(-4,1)也在入射光线上,
∴kAC=eq \f(4-1,3+4)=eq \f(3,7),
故所求方程为y-4=eq \f(3,7)(x-3),
整理得3x-7y+19=0.
18.(12分)已知圆E经过点A(0,0),B(1,1),从下列3个条件选取一个:
①过点C(2,0);②圆E恒被直线mx-y-m=0(m∈R)平分;③与y轴相切.
(1)求圆E的方程;
(2)过点P(3,0)的直线l与圆E相交于A,B两点,求AB中点M的轨迹方程.
解 (1)选①,设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),
由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(F=0,,2+D+E+F=0,,4+2D+F=0,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(D=-2,,E=0,,F=0,))
则圆E的方程为x2+y2-2x=0,即(x-1)2+y2=1.
选②,直线mx-y-m=0恒过(1,0),
而圆E恒被直线mx-y-m=0(m∈R)平分,
所以mx-y-m=0恒过圆心,
所以圆心为(1,0),可设圆的标准方程为(x-1)2+y2=r2,
由圆E经过点A(0,0),得r2=1,
则圆E的方程为(x-1)2+y2=1.
选③,设圆E的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,
由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(|a|=r,,a2+b2=a2,,1-a2+1-b2=r2,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=1,,b=0,,r=1,))
则圆E的方程为(x-1)2+y2=1.
(2)因为M为AB的中点,E为圆心,
根据垂径定理,得EM⊥AB,
所以点M落在以EP为直径的圆上,其方程为(x-2)2+y2=1.
即点M的轨迹为以EP为直径的圆落在圆E内的一段弧,
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x-12+y2=1,,x-22+y2=1,))解得x=eq \f(3,2),
所以M的轨迹方程为(x-2)2+y2=1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x<\f(3,2))).
19.(12分)椭圆eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1的左、右焦点分别为F1,F2,一条直线l经过点F1与椭圆交于A,B两点.
(1)求△ABF2的周长;
(2)若l的倾斜角为eq \f(π,4),求弦长AB.
解 (1)椭圆eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1,a=2,b=eq \r(3),c=1,
由椭圆的定义得|AF1|+|AF2|=2a=4,
|BF1|+|BF2|=2a=4,
又|AF1|+|BF1|=|AB|,
∴△ABF2的周长=|AB|+|AF2|+|BF2|=4a=8.
∴故△ABF2的周长为8.
(2)由(1)可知F1(-1,0),
∵AB的倾斜角为eq \f(π,4),
则直线AB的斜率为1,设A(x1,y1),B(x2,y2),
故直线AB的方程为y=x+1.
联立方程eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=x+1,,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))
整理得7y2-6y-9=0,
由根与系数的关系可知y1+y2=eq \f(6,7),y1·y2=-eq \f(9,7),
则由弦长公式得|AB|=eq \r(1+\f(1,k2))·eq \r(y1+y22-4y1y2)=eq \r(2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(6,7)))2-4×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(9,7))))=eq \f(24,7),
故弦长|AB|=eq \f(24,7).
20.(12分)如果实数x,y满足(x-3)2+(y-3)2=6,求:
(1)eq \f(y,x)的最大值与最小值;
(2)x2+y2的最大值和最小值.
解 (1)实数x,y满足(x-3)2+(y-3)2=6,
则设eq \f(y,x)=k,整理得y=kx,
所以圆心(3,3)到直线的距离d=eq \f(|3k-3|,\r(1+k2))≤eq \r(6),
整理得k2-6k+1≤0,即3-2eq \r(2)≤k≤3+2eq \r(2),
所以eq \f(y,x)的最大值为3+2eq \r(2),最小值为3-2eq \r(2).
(2)由于x2+y2表示的是原点(0,0)到圆上的任意点的距离的平方,
最大距离为圆心(3,3)到原点的距离与半径的和,即eq \r(32+32)+eq \r(6)=3eq \r(2)+eq \r(6),
故最大值为24+12eq \r(3),
最小距离为圆心(3,3)到原点的距离与半径的差,
即eq \r(32+32)-eq \r(6)=3eq \r(2)-eq \r(6),
故最小值为24-12eq \r(3).
21.(12分)已知直线l与抛物线C:y2=4x交于A,B两点.
(1)若直线l的斜率为-1,且经过抛物线C的焦点,求线段AB的长;
(2)若点O为坐标原点,且OA⊥OB,求证:直线l过定点.
(1)解 抛物线为y2=4x,
所以焦点坐标为(1,0),直线AB的斜率为-1,
则直线AB的方程为y=-x+1,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=-x+1,,y2=4x))得x2-6x+1=0,
可得x1+x2=6,
又由抛物线定义可得|AB|=x1+x2+2,
所以|AB|=8.
(2)证明 设直线AB的方程为x=my+n,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=my+n,,y2=4x))得y2-4my-4n=0,
Δ=16m2+16n>0,
所以y1y2=-4n,
x1x2=eq \f(y\\al(2,1),4)·eq \f(y\\al(2,2),4)=eq \f(y1y22,16)=n2,
因为OA⊥OB,所以eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=0,
即x1x2+y1y2=0,
所以n2-4n=0,解得n=0,或n=4,
当n=0时,直线AB过原点,不满足题意;
当n=4时,直线AB过点(4,0),
故当OA⊥OB时,直线AB过定点(4,0).
22.(12分)已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的一个顶点为A(0,-3),右焦点为F,且|OA|=|OF|,其中O为原点.
(1)求椭圆的方程;
(2)已知点C满足3eq \(OC,\s\up6(→))=eq \(OF,\s\up6(→)),点B在椭圆上(B异于椭圆的顶点),直线AB与以C为圆心的圆相切于点P,且P为线段AB的中点.求直线AB的方程.
解 (1)由已知可得b=3,记半焦距为c,
由|OF|=|OA|可得c=b=3,
又由a2=b2+c2,可得a2=18,
所以椭圆的方程为eq \f(x2,18)+eq \f(y2,9)=1.
(2)因为直线AB与以C为圆心的圆相切于点P,
所以AB⊥CP.
依题意,直线AB和直线CP的斜率均存在.
设直线AB的方程为y=kx-3.
联立方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx-3,,\f(x2,18)+\f(y2,9)=1,))
消去y可得(2k2+1)x2-12kx=0,
解得x=0或x=eq \f(12k,2k2+1).
依题意,可得点B的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(12k,2k2+1),\f(6k2-3,2k2+1))).
因为P为线段AB的中点,点A的坐标为(0,-3),
所以点P的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(6k,2k2+1),\f(-3,2k2+1))).
由3eq \(OC,\s\up6(→))=eq \(OF,\s\up6(→)),得点C的坐标为(1,0),
故直线CP的斜率为eq \f(\f(-3,2k2+1)-0,\f(6k,2k2+1)-1)=eq \f(3,2k2-6k+1).
又因为AB⊥CP,所以k·eq \f(3,2k2-6k+1)=-1,
整理得2k2-3k+1=0,解得k=eq \f(1,2)或k=1.
所以直线AB的方程为y=eq \f(1,2)x-3或y=x-3,
即x-2y-6=0或x-y-3=0.
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