2022-2023学年山东省菏泽市巨野一中高二(上)期末数学试卷(含答案详解)
展开1.(5分){an}是首项和公差均为3的等差数列,如果an=2022,则n等于( )
A.671B.672C.673D.674
2.(5分)设Sn为等差数列{an}的前n项和,已知a3=11,S10=60,则a5=( )
A.7B.8C.9D.10
3.(5分)阿波罗尼斯是古希腊著名数学家,与阿基米德、欧几里得并称为亚历山大时期数学三巨匠,他研究发现:如果一个动点P到两个定点的距离之比为常数λ(λ>0,且λ≠1),那么点P的轨迹为圆,这就是著名的阿波罗尼斯圆.若点C到A(﹣1,0),B(1,0)的距离之比为,则点C到直线x﹣2y+8=0的距离的最小值为( )
A.B.C.D.
4.(5分)如图,某建筑物白色的波浪形屋顶像翅膀一样漂浮,建筑师通过双曲线的设计元素赋予了这座建筑以轻盈,极简和雕塑般的气质,该建筑物外形弧线的一段可以近似看成焦点在y轴上的双曲线上支的一部分.已知该双曲线的上焦点F到下顶点的距离为18,F到渐近线的距离为6,则该双曲线的离心率为( )
A.B.C.D.
5.(5分)已知椭圆M:的中心为O,过焦点F的直线l与M交于A,B两点,线段AF的中点为P,若|OP|=|PF|,则M的方程为( )
A.B.
C.D.
6.(5分)对于空间一点O和不共线三点A,B,C,且有623,则( )
A.O,A,B,C四点共面B.P,A,B,C四点共面
C.O,P,B,C四点共面D.O,P,A,B,C五点共面
7.(5分)已知直线y=kx+2与圆C:x2+y2=2交于A,B两点,且|AB|=2,则k的值为( )
A.B.C.D.2
8.(5分)已知椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上且在x轴的下方,若线段PF2的中点在以原点O为圆心,OF2为半径的圆上,则直线PF2的倾斜角为( )
A.B.C.D.
二、多选题
(多选)9.(5分)已知在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,底面是一个等腰直角三角形,且AB=BC=BB1,点E,F,G,M分别为B1C1,A1B1,AB,BC的中点,则( )
A.GB1与平面ACC1A1夹角余弦值为
B.AB1与BC1所成的角为
C.A1M∥平面EFB
D.平面AB1C⊥平面A1MC
(多选)10.(5分)已知椭圆C:1的左、右焦点分别是F1,F2,M(,y0)为椭圆C上一点,则下列结论正确的是( )
A.△MF1F2的周长为6
B.△MF1F2的面积为
C.△MF1F2的内切圆的半径为
D.△MF1F2的外接圆的直径为
(多选)11.(5分)过抛物线C:y2=2px上一点A(1,﹣4)作两条相互垂直的直线,与C的另外两个交点分别为M,N,则( )
A.C的准线方程是x=﹣4
B.过C的焦点的最短弦长为8
C.直线MN过定点(0,4)
D.当点A到直线MN的距离最大时,直线MN的方程为2x+y﹣38=0
(多选)12.(5分)已知C:x2+y2﹣6x=0,则下述正确的是( )
A.圆C的半径r=3
B.点(1,2)在圆C的内部
C.直线l:xy+3=0与圆C相切
D.圆C′:(x+1)2+y2=4与圆C相交
三、填空题
13.(5分)已知P为抛物线y2=12x上一个动点,Q为圆x2+(y﹣4)2=1上一个动点,那么点P到点Q的距离与点P到直线x=﹣3的距离之和的最小值是 .
14.(5分)已知F为双曲线C:1(a>0,b>0)的右焦点,A为C的左顶点,B为C上的点,且BF垂直于x轴,若AB的斜率为2,则C的离心率为 .
15.(5分)斐波那契数列(Fibnacci sequence)又称黄金分割数列,是数学史上一个著名的数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34,….已知在斐波那契数列{an}中,a1=1,a2=1,an+2=an+1+an(n∈N+),若a2022=m,则数列{an}的前2020项和为 (用含m的代数式表示).
16.(5分)已知抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F,Q(2,3)为C内的一点,M为C上任意一点,且|MQ|+|MF|的最小值为4,则p= ;若直线l过点Q,与抛物线C交于A,B两点,且Q为线段AB的中点,则△OAB的面积为 .
四、解答题
17.(10分)已知空间三点A(﹣4,0,4),B(﹣2,2,4),C(﹣3,2,3).设,.
(1)求,;
(2)求与的夹角;
(3)若向量与互相垂直,求实数k的值.
18.(12分)记Sn为数列{an}的前n项和.已知n=2an+1.
(1)证明:{an}是等差数列;
(2)若a4,a7,a9成等比数列,求Sn的最小值.
19.(12分)已知直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,侧面AA1B1B为正方形,AB=BC=2,E,F分别为AC和CC1的中点,D为棱A1B1上的点,BF⊥A1B1.
(1)证明:BF⊥DE;
(2)当B1D为何值时,面BB1C1C与面DFE所成的二面角的正弦值最小?
20.(12分)如图,正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中,AA1=2AB,E为棱CC1的中点.
(1)用向量法证明:A1C∥平面B1ED1;
(2)求直线B1D与平面B1ED1所成角的正弦值.
21.(12分)已知P是离心率为的椭圆上任意一点,且P到两个焦点的距离之和为4.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设点A是椭圆C的左顶点,直线AP交y轴于点D,E为线段AP的中点,在x轴上是否存在定点M,使得直线DM与OE交于Q,且点Q在一个定圆上,若存在,求点M的坐标与该圆的方程;若不存在,说明理由.
22.(12分)已知椭圆C:的上、下焦点分别为F1,F2,左、右顶点分别为A1,A2,且四边形A1F1A2F2是面积为8的正方形.
(1)求C的标准方程;
(2)M,N为C上且在y轴右侧的两点,MF1∥NF2,MF2与NF1的交点为P,试问|PF1|+|PF2|是否为定值?若是定值,求出该定值;若不是,请说明理由.
2022-2023学年山东省菏泽市巨野一中高二(上)期末数学试卷
参考答案与试题解析
一、单选题
1.(5分){an}是首项和公差均为3的等差数列,如果an=2022,则n等于( )
A.671B.672C.673D.674
【解答】解:由题意,得an=3+3(n﹣1)=3n,
再由an=2022,得3n=2022,即n=674.
故选:D.
2.(5分)设Sn为等差数列{an}的前n项和,已知a3=11,S10=60,则a5=( )
A.7B.8C.9D.10
【解答】解:设等差数列{an}的公差为d,
由,得,解得,
所以a5=a1+4d=15﹣8=7.
故选:A.
3.(5分)阿波罗尼斯是古希腊著名数学家,与阿基米德、欧几里得并称为亚历山大时期数学三巨匠,他研究发现:如果一个动点P到两个定点的距离之比为常数λ(λ>0,且λ≠1),那么点P的轨迹为圆,这就是著名的阿波罗尼斯圆.若点C到A(﹣1,0),B(1,0)的距离之比为,则点C到直线x﹣2y+8=0的距离的最小值为( )
A.B.C.D.
【解答】解:由题意,设A(﹣1,0),B(1,0),C(x,y),
因为,所以,即(x﹣2)2+y2=3,
所以点P的轨迹为以M(2,0)为圆心,半径为的圆,
则点C到直线x﹣2y+8=0的距离d2,
故点C到直线x﹣2y+8=0的距离的最小值为2.
故选:A.
4.(5分)如图,某建筑物白色的波浪形屋顶像翅膀一样漂浮,建筑师通过双曲线的设计元素赋予了这座建筑以轻盈,极简和雕塑般的气质,该建筑物外形弧线的一段可以近似看成焦点在y轴上的双曲线上支的一部分.已知该双曲线的上焦点F到下顶点的距离为18,F到渐近线的距离为6,则该双曲线的离心率为( )
A.B.C.D.
【解答】解:由上焦点F到下顶点的距离为18,得a+c=18①,
点F(0,c)到渐近线,即ax﹣by=0的距离②
又c2=a2+b2③,联立①②③解得:a=8,c=10,b=6,
所以.
故选:B.
5.(5分)已知椭圆M:的中心为O,过焦点F的直线l与M交于A,B两点,线段AF的中点为P,若|OP|=|PF|,则M的方程为( )
A.B.
C.D.
【解答】解:设,则,
因为,所以,
所以即解得m=0,n2=1,a2=3,
所以椭圆M的方程为.
故选:B.
6.(5分)对于空间一点O和不共线三点A,B,C,且有623,则( )
A.O,A,B,C四点共面B.P,A,B,C四点共面
C.O,P,B,C四点共面D.O,P,A,B,C五点共面
【解答】解:∵623,
∴且,
∴P,A,B,C共面.
故选:B.
7.(5分)已知直线y=kx+2与圆C:x2+y2=2交于A,B两点,且|AB|=2,则k的值为( )
A.B.C.D.2
【解答】解:由圆C:x2+y2=2,得C(0,0),半径r,
圆心C到直线l:y=kx+2的距离d.
又|AB|=2,所以12+()2=2,
解得:k=±.
故选:B.
8.(5分)已知椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上且在x轴的下方,若线段PF2的中点在以原点O为圆心,OF2为半径的圆上,则直线PF2的倾斜角为( )
A.B.C.D.
【解答】解:如图,
设线段PF2的中点为M,连接OM,连接PF1,则OM∥PF1,
∵椭圆的方程为,
∴a2=4,b2=3,c2=a2﹣b2=1,即a=2,c=1,
∵|OM|=|OF2||F1P|=c,
∴|F2M||PF2|(2a﹣2c)=a﹣c=1,
∴△MF2O是等边三角形,则∠MF2O,即直线PF2的倾斜角为.
故选:C.
二、多选题
(多选)9.(5分)已知在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,底面是一个等腰直角三角形,且AB=BC=BB1,点E,F,G,M分别为B1C1,A1B1,AB,BC的中点,则( )
A.GB1与平面ACC1A1夹角余弦值为
B.AB1与BC1所成的角为
C.A1M∥平面EFB
D.平面AB1C⊥平面A1MC
【解答】解:以点B为坐标原点,分别以,,为x轴,y轴,z轴的正方向,建立空间直角坐标系,如图所示,
设AB=BC=BB1=2,则E(0,1,2),F(1,0,2),G(1,0,0),M(0,1,0),A(2,0,0),B(0,0,0),C(0,2,0),A1(2,0,2),B1(0,0,2),C1(0,2,2),
对于A,设平面ACC1A1的一个法向量为(x,y,z),
∵(﹣2,2,0),(0,0,2),
∴,取x=1得,∴(1,1,0),
又∵(﹣1,0,2),
∴GB1与平面ACC1A1夹角正弦值为|cs,|,
∴GB1与平面ACC1A1夹角余弦值为,故A错误,
对于B,∵(﹣2,0,2),(0,2,2),
∴4,
∴AB1与BC1所成角的余弦值为|cs,|,
∴AB1与BC1所成的角为,故B正确,
对于C,设平面BEF的一个法向量为(x,y,z),
∵(0,1,2),(1,0,2),
∴,取z=1得,∴(﹣2,﹣2,1),
又∵(﹣2,1,﹣2),
∴4﹣2﹣2=0,
∴A1M∥平面EFB,故C正确,
对于D,设平面AB1C的一个法向量为(x,y,z),
∵(﹣2,0,2),(﹣2,2,0),
∴,取x=1得,∴,
设平面A1MC的一个法向量为,
∵(﹣2,1,﹣2),(﹣2,2,﹣2),
∴,取a=1得,∴(1,0,﹣1),
∵1+0﹣1=0,
∴平面AB1C⊥平面A1MC,故D正确,
故选:BCD.
(多选)10.(5分)已知椭圆C:1的左、右焦点分别是F1,F2,M(,y0)为椭圆C上一点,则下列结论正确的是( )
A.△MF1F2的周长为6
B.△MF1F2的面积为
C.△MF1F2的内切圆的半径为
D.△MF1F2的外接圆的直径为
【解答】解:由题意知,a=2,b,c=1,
由椭圆的定义知,|MF1|+|MF2|=2a=4,|F1F2|=2c=2,
所以△MF1F2的周长为|MF1|+|MF2|+|F1F2|=4+2=6,即选项A正确;
将M(,y0)代入椭圆方程得,,解得y0=±,
所以△MF1F2的面积为S|F1F2|•|y0|,即选项B正确;
设△MF1F2的内切圆的半径为r,则S(|MF1|+|MF2|+|F1F2|)•r,即6×r,
所以r,即选项C正确;
不妨取M(,),则|MF1|,|MF2|,
所以△MF1F2的面积为S|MF1|•|MF2|sin∠F1MF2,即•••sin∠F1MF2,所以sin∠F1MF2,
由正弦定理知,△MF1F2的外接圆的直径D,即选项D错误.
故选:ABC.
(多选)11.(5分)过抛物线C:y2=2px上一点A(1,﹣4)作两条相互垂直的直线,与C的另外两个交点分别为M,N,则( )
A.C的准线方程是x=﹣4
B.过C的焦点的最短弦长为8
C.直线MN过定点(0,4)
D.当点A到直线MN的距离最大时,直线MN的方程为2x+y﹣38=0
【解答】解:将A(1,﹣4)代入C中得p=8,
则C为y2=16x,
故C的准线方程为x=﹣4,故A正确,
当过C的焦点且与x轴垂直时弦长最短,此时弦长为16,故B错误,
设,,直线MN为x=my+n,
联立抛物线可得,y2﹣16my﹣16n=0,
∴y1+y2=16m,y1y2=﹣16n,
∵AM⊥AN,
∴•(y1+4)(y2+4)=0,
∵y1≠0,y2≠0,
∴(y1+4)(y2+4)≠0,,化简整理可得,y1y2﹣4(y1+y2)+272=0,
∴﹣16n﹣64m+272=0,得n=﹣4m+17,
∴直线MN为x=m(y﹣4)+17,
∴直线MN过定点P(17,4),故C错误,
当MN⊥AP时,A到直线MN的距离最大,此时直线MN为2x+y﹣38=0,故D正确.
故选:AD.
(多选)12.(5分)已知C:x2+y2﹣6x=0,则下述正确的是( )
A.圆C的半径r=3
B.点(1,2)在圆C的内部
C.直线l:xy+3=0与圆C相切
D.圆C′:(x+1)2+y2=4与圆C相交
【解答】解:圆C的方程即(x﹣3)2+y2=9,则圆的半径为3,选项A正确;
,则点在圆的外部,选项B错误;
圆心到直线的距离,则直线与圆相切,选项C正确;
C与C'的圆心距,由于1<4<5,故两圆相交,选项D正确.
故选:ACD.
三、填空题
13.(5分)已知P为抛物线y2=12x上一个动点,Q为圆x2+(y﹣4)2=1上一个动点,那么点P到点Q的距离与点P到直线x=﹣3的距离之和的最小值是 4 .
【解答】解:抛物线y2=12x的焦点为F(3,0),圆x2+(y﹣4)2=1的圆心为E(0,4),半径为1,
根据抛物线的定义可知点P到准线的距离等于点P到焦点的距离,
进而推断出当P,Q,F三点共线时P到点Q的距离与点P到直线x=﹣1距离之和的最小为:
丨QF丨=|EF|﹣r1=5﹣1=4,⇔
故答案为:4.
14.(5分)已知F为双曲线C:1(a>0,b>0)的右焦点,A为C的左顶点,B为C上的点,且BF垂直于x轴,若AB的斜率为2,则C的离心率为 3 .
【解答】解:设双曲线焦距为2c,则,
因为AB的斜率为2,所以,
整理得c2﹣2ac﹣3a2=0,解得c=3a,所以e=3.
故答案为:3.
15.(5分)斐波那契数列(Fibnacci sequence)又称黄金分割数列,是数学史上一个著名的数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34,….已知在斐波那契数列{an}中,a1=1,a2=1,an+2=an+1+an(n∈N+),若a2022=m,则数列{an}的前2020项和为 m﹣1 (用含m的代数式表示).
【解答】解:因为a1=a2=1,an+2=an+1+an(n∈N+),a2022=m,
所以数列{an}的前2020项和为a1+a2+a3+a4+...+a2020=(a2+a1)+a2+a3+a4+...+a2020﹣a2
=a3+a2+a3+a4+...+a2020﹣a2=a4+a3+a4+...+a2020﹣a2
=a5+a4+...+a2020﹣a2=a6+a5+a6+...+a2020﹣a2=a2022﹣a2=m﹣1.
故答案为:m﹣1.
16.(5分)已知抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F,Q(2,3)为C内的一点,M为C上任意一点,且|MQ|+|MF|的最小值为4,则p= 2 ;若直线l过点Q,与抛物线C交于A,B两点,且Q为线段AB的中点,则△OAB的面积为 .
【解答】解:易知是抛物线的准线,过P作MN⊥l于N,过Q作QP⊥l于P,
则|MF|=|MN|,|QM|+|MF|=|QM|+|MN|,易知当M是QP与抛物线的交点时,|QM|+|MF|取得最小值,所以,p=2,
设A(x1,y1),B(x2,y2),显然x1≠x2,x1+x2=4,y1+y2=6,
由,得,,
直线AB方程为y﹣3=x﹣2,即y=x+1,
原点O到直线AB的距离为,
由,得x2﹣4x﹣4=0,x1+x2=4,x1x2=﹣4,
则,
所以.
故答案为:2;.
四、解答题
17.(10分)已知空间三点A(﹣4,0,4),B(﹣2,2,4),C(﹣3,2,3).设,.
(1)求,;
(2)求与的夹角;
(3)若向量与互相垂直,求实数k的值.
【解答】解:(1)因为A(﹣4,0,4),B(﹣2,2,4),
所以(2,2,0),
所以||2;
因为B(﹣2,2,4),C(﹣3,2,3),
所以(﹣1,0,﹣1),
所以||.
(2)由(1)可知cs,,
又,∈[0,π],
所以,,即与的夹角为.
(3)∵(2,2,0),(﹣1,0,﹣1),
∴k(2k,2k,0)+(﹣1,0,﹣1)=(2k﹣1,2k,﹣1),
k2(2k,2k,0)﹣(﹣2,0,﹣2)=(2k+2,2k,2),
∵向量k与k2互相垂直,
∴(k)•(k2)=(2k﹣1)(2k+2)+4k2﹣2=0,
整理,得4k2+k﹣2=0,
解得实数k的值为.
18.(12分)记Sn为数列{an}的前n项和.已知n=2an+1.
(1)证明:{an}是等差数列;
(2)若a4,a7,a9成等比数列,求Sn的最小值.
【解答】解:(1)证明:由已知有:⋯①,
把n换成n+1,⋯②,
②﹣①可得:2an+1=2(n+1)an+1﹣2nan﹣2n,
整理得:an+1=an+1,
由等差数列定义有{an}为等差数列;
(2)由已知有,设等差数列an的首项为x,由(1)有其公差为1,
故(x+6)2=(x+3)(x+8),解得x=﹣12,故a1=﹣12,
所以an=﹣12+(n﹣1)×1=n﹣13,
故可得:a1<a2<a3<⋯<a12<0,a13=0,a14>0,
故Sn在n=12或者n=13时取最小值,,
故Sn的最小值为﹣78.
19.(12分)已知直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,侧面AA1B1B为正方形,AB=BC=2,E,F分别为AC和CC1的中点,D为棱A1B1上的点,BF⊥A1B1.
(1)证明:BF⊥DE;
(2)当B1D为何值时,面BB1C1C与面DFE所成的二面角的正弦值最小?
【解答】(1)证明:连接AF,
∵E,F分别为直三棱柱ABC﹣A1B1C1的棱AC和CC1的中点,且AB=BC=2,
∴CF=1,BF,
∵BF⊥A1B1,AB∥A1B1,
∴BF⊥AB
∴AF3,AC,
∴AC2=AB2+BC2,即BA⊥BC,
故以B为原点,BA,BC,BB1所在直线分别为x,y,z轴建立如图所示的空间直角坐标系,
则A(2,0,0),B(0,0,0),C(0,2,0),E(1,1,0),F(0,2,1),
设B1D=m,则D(m,0,2),
∴(0,2,1),(1﹣m,1,﹣2),
∴•0,即BF⊥DE.
(2)解:∵AB⊥平面BB1C1C,∴平面BB1C1C的一个法向量为(1,0,0),
由(1)知,(1﹣m,1,﹣2),(﹣1,1,1),
设平面DEF的法向量为(x,y,z),则,即,
令x=3,则y=m+1,z=2﹣m,∴(3,m+1,2﹣m),
∴cs,,
∴当m时,面BB1C1C与面DFE所成的二面角的余弦值最大,此时正弦值最小,
故当B1D时,面BB1C1C与面DFE所成的二面角的正弦值最小.
20.(12分)如图,正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中,AA1=2AB,E为棱CC1的中点.
(1)用向量法证明:A1C∥平面B1ED1;
(2)求直线B1D与平面B1ED1所成角的正弦值.
【解答】解:(1)证明:以D为坐标原点,DA,DC,DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立如图所示空间直角坐标系,
设AB=1,AA1=2,
则A1(1,0,2),C(0,1,0),B1(1,1,2),E(0,1,1),D1(0,0,2),D(0,0,0),
∴,,,
设是平面B1ED1的一个法向量,
则可得即,
令x=1,则y=﹣1,z=﹣1,即,
∴.
且A1C⊄平面B1ED1,
∴A1C∥平面B1ED1;
(2)由(1)可知,是平面B1ED1的一个法向量,
设B1D与面B1ED1所成角为α,
∴.
∴B1D与面B1ED1所成角的正弦值为.
21.(12分)已知P是离心率为的椭圆上任意一点,且P到两个焦点的距离之和为4.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设点A是椭圆C的左顶点,直线AP交y轴于点D,E为线段AP的中点,在x轴上是否存在定点M,使得直线DM与OE交于Q,且点Q在一个定圆上,若存在,求点M的坐标与该圆的方程;若不存在,说明理由.
【解答】解:(1)因为|PF1|+|PF2|=2a=4,所以a=2,
又,所以,
故椭圆方程为:.
(2)设存在定点M(t,0),t≠0满足条件.由已知A(﹣2,0),
由题意可知,直线斜率存在,设直线AP的方程为y=k(x+2),
由,消去y整理得(1+2k)2x2+8k2x+8k2﹣4=0,
,
,,
k≠0时,,
所以直线OE的方程为,①
由y=k(x+2)中,令x=0,得y=2k,从而D(0,2k),
又M(t,0),所以,
所以直线DM方程为,②
由①②消去参数k,得,即,③
方程③要表示圆,当且仅当t=﹣1,此时圆的方程为,
k=0时,Q(0,0)在上述圆上,
所以存在定点M(﹣1,0)使直线DM与OE的交点Q在一个定圆上,
且定圆方程为:.
22.(12分)已知椭圆C:的上、下焦点分别为F1,F2,左、右顶点分别为A1,A2,且四边形A1F1A2F2是面积为8的正方形.
(1)求C的标准方程;
(2)M,N为C上且在y轴右侧的两点,MF1∥NF2,MF2与NF1的交点为P,试问|PF1|+|PF2|是否为定值?若是定值,求出该定值;若不是,请说明理由.
【解答】解:椭圆的上、下焦点分别为F1(0,c),F2(0,﹣c),
左、右顶点分别为A1(﹣b,0),A2(b,0),因为四边形A1F1A2F2是面积为8的正方形,
所以有b=c且,解得b=c=2⇒a2=b2+c2=8,
所以椭圆的标准方程为:;
因为MF1∥NF2,
所以,因为N为C上且在y轴右侧的点,
所以,
因此,
同理可得:,
所以,
设MF1,NF2的方程分别为:y=kx+2,y=kx﹣2,设M(x1,y1),N(x2,y2)(x1,x2<0),
则⇒(k2+2)x2+4kx﹣4=0,
所以,因此
,
同理可得:,
因此,
所以,
所以|PF1|+|PF2|为定值,定值为.
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