2023-2024学年浙江省杭州市学军中学高一(下)期末数学试卷
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这是一份2023-2024学年浙江省杭州市学军中学高一(下)期末数学试卷,共19页。试卷主要包含了单选题,多选题,填空题,解答题等内容,欢迎下载使用。
1.(5分)设集合A={0,1,2},B={x|1<x≤2},则A∩B=( )
A.{2}B.{1,2}C.{0}D.{0,1,2}
2.(5分)已知复数z在复平面内对应的点是(0,1),则( )
A.1+iB.1﹣iC.﹣1+iD.﹣1﹣i
3.(5分)密位制是度量角的一种方法.把一周角等分为6000份,每一份叫做1密位的角.以密位作为角的度量单位,这种度量角的单位制,叫做角的密位制.在角的密位制中,采用四个数码表示角的大小,单位名称密位二字可以省去不写.密位的写法是在百位数与十位数字之间画一条短线,如7密位写成“0﹣07”,478密位写成“4﹣78”.1周角等于6000密位,记作1周角=60﹣00,1直角=15﹣00.如果一个半径为3的扇形,它的面积为3π,则其圆心角用密位制表示为( )
A.10﹣00B.20﹣00C.30﹣00D.40﹣00
4.(5分)已知l,m是不重合的两条直线,α,β是不重合的两个平面,则下列结论正确的是( )
A.若α∩β=l,m⊂α,m⊥l,则α⊥β
B.若l⊥m,m∥α,则l⊥α
C.若α∩β=l,m⊂α,l∥m,则m∥β
D.若l⊂α,m⊂β,α∥β,则l∥m
5.(5分)已知,,…,是单位平面向量,若对任意的1≤i<j≤n(n∈N*),都有,则n的最大值为( )
A.3B.4C.5D.6
6.(5分)已知△ABC的三个内角A、B、C满足sin2B=3sin2A﹣2sin2C,当sinA的值最大时,的值为( )
A.2B.1C.D.
7.(5分)如图,在三棱锥S﹣ABC中,SA=SC=AC=2,AB=BC=2,二面角S﹣AC﹣B的正切值是,则三棱锥S﹣ABC外接球的表面积是( )
A.12πB.4πC.4πD.
8.(5分)已知函数,则下列结论正确的是( )
A.函数y=f(x)﹣x有两个零点
B.若函数y=f(x)﹣t有四个零点,则t∈[1,2]
C.若关于x的方程f(x)=t有四个不等实根x1,x2,x3,x4,则x1+x2+x3+x4=1
D.若关于x的方程f2(x)﹣3f(x)+α=0有8个不等实根,则
二、多选题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,全部选对得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)
(多选)9.(6分)下列说法正确的是( )
A.若α的终边经过P(5k,12k),k≠0,则
B.
C.若csα>0,则α为第一或第四象限角
D.若角α和角β的终边关于y轴对称,则
(多选)10.(6分)在△ABC中,角A,B,C的对边分别是a,b,c,下列说法正确的是( )
A.若A>B,则csA<csB
B.若A=30°,b=5,a=2,则△ABC有两解
C.若csAcsBcsC>0,则△ABC为锐角三角形
D.若a﹣c•csB=a•csC,则△ABC为等腰三角形或直角三角形
(多选)11.(6分)如图,点P是棱长为2的正方体ABCD﹣A1B1C1D1的表面上一个动点,F是线段A1B1的中点,则( )
A.若点P满足AP⊥B1C,则动点P的轨迹长度为
B.当点P在棱DD1上时,AP+PC1的最小值为
C.当直线AP与AB所成的角为45°时,点P的轨迹长度为
D.当P在底面ABCD上运动,且满足PF∥平面B1CD1时,线段PF长度最大值为
三、填空题(本题共3小题,每小题5分,共15分)
12.(5分)在平面斜坐标系xOy中,∠xOy=60°,平面上任一点P关于斜坐标系的斜坐标是这样定义的:若(其中,分别为x,y轴方向相同的单位向量),则P的坐标为(x,y),若P关于斜坐标系xOy的坐标为(2,﹣1),则
13.(5分)已知函数f(x)=Asinωx(A>0,ω>0)的图象向右平移个单位长度后,所得函数在上至少存在两个最值点,则实数ω的取值范围是 .
14.(5分)在锐角△ABC中,,它的面积为10,,E,F分别在AB、AC上,且满足,对任意x,y∈R恒成立,则 .
四、解答题(本题共5题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)
15.(13分)已知向量(2csx,1),(﹣cs(x),),x∈[0,].
(1)若,求x的值;
(2)记f(x),若对于任意x1,x2∈[0,],|f(x1)﹣f(x2)|≤λ恒成立,求实数λ的最小值.
16.(15分)已知△ABC的内角A,B,C所对的边分别是a,b,c,.
(1)求角B;
(2)若△ABC外接圆的周长为,求△ABC周长的取值范围.
17.(15分)已知函数.
(1)证明:f(x)的定义域与值域相同.
(2)若∀x∈[3,+∞),∀t∈(0,+∞),,求m的取值范围.
18.(17分)已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面互相垂直,AB=2,AF=1,点M在线段EF上.
(Ⅰ)若M为EF的中点,求证:AM∥平面BDE;
(Ⅱ)求二面角A﹣DF﹣B的正切值;
(Ⅲ)证明:存在点M,使得AM⊥平面BDF,并求的值.
19.(17分)已知函数f(x)的定义域为D,若存在常数k(k>0),使得对D内的任意x1,x2(x1≠x2),都有|f(x1)﹣f(x2)|≤k|x1﹣x2|,则称f(x)是“k﹣利普希兹条件函数”.
(1)判断函数y=2x+1,y=x是否为“2﹣利普希兹条件函数”,并说明理由;
(2)若函数y=f(x)是周期为2的“1﹣利普希兹条件函数”,证明:对定义域内任意的x1,x2∈R(x1≠x2),均有|f(x1)﹣f(x2)|≤1.
2023-2024学年浙江省杭州市学军中学高一(下)期末数学试卷
参考答案与试题解析
一.选择题(共8小题)
二.多选题(共3小题)
一、单选题(本题共8小题,每小题5分,共40分,每小题给出的四个选项中只有一个是符合题目要求的)
1.(5分)设集合A={0,1,2},B={x|1<x≤2},则A∩B=( )
A.{2}B.{1,2}C.{0}D.{0,1,2}
【分析】利用交集定义直接求解.
【解答】解:∵集合A={0,1,2},B={x|1<x≤2},
∴A∩B={2}.
故选:A.
【点评】本题考查交集的求法,考查交集定义等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.
2.(5分)已知复数z在复平面内对应的点是(0,1),则( )
A.1+iB.1﹣iC.﹣1+iD.﹣1﹣i
【分析】由题得到z,再由复数的四则运算求解.
【解答】解:∵复数z在复平面内对应的点是(0,1),∴z=i,
∴1﹣i.
故选:B.
【点评】本题考查复数的运算及几何意义,属于基础题.
3.(5分)密位制是度量角的一种方法.把一周角等分为6000份,每一份叫做1密位的角.以密位作为角的度量单位,这种度量角的单位制,叫做角的密位制.在角的密位制中,采用四个数码表示角的大小,单位名称密位二字可以省去不写.密位的写法是在百位数与十位数字之间画一条短线,如7密位写成“0﹣07”,478密位写成“4﹣78”.1周角等于6000密位,记作1周角=60﹣00,1直角=15﹣00.如果一个半径为3的扇形,它的面积为3π,则其圆心角用密位制表示为( )
A.10﹣00B.20﹣00C.30﹣00D.40﹣00
【分析】根据扇形面积公式即可求得圆心角,再根据密位制定义即可求解.
【解答】解:设扇形所对的圆心角为α,α所对的密位为n,
则,解得,
由题意可得,解得,
因此该扇形圆心角用密位制表示为20﹣00.
故选:B.
【点评】本题主要考查扇形的面积公式,属于基础题.
4.(5分)已知l,m是不重合的两条直线,α,β是不重合的两个平面,则下列结论正确的是( )
A.若α∩β=l,m⊂α,m⊥l,则α⊥β
B.若l⊥m,m∥α,则l⊥α
C.若α∩β=l,m⊂α,l∥m,则m∥β
D.若l⊂α,m⊂β,α∥β,则l∥m
【分析】根据线面平行、垂直的判定定理逐个判断即可.
【解答】解:若α∩β=l,m⊂α,m⊥l,则α与β不一定垂直,故A不正确;
若l⊥m,m∥α,则l与α的关系不确定,故B不正确;
若α∩β=l,m⊂α,l∥m,根据线面平行的判定定理可知m∥β,故C正确;
若l⊂α,m⊂β,α∥β,则l∥m或l,m异面,故D不正确.
故选:C.
【点评】本题考查线面位置关系的判断,属于中档题.
5.(5分)已知,,…,是单位平面向量,若对任意的1≤i<j≤n(n∈N*),都有,则n的最大值为( )
A.3B.4C.5D.6
【分析】由题意可知,单位向量 的夹角θ最小时,正整数n有最大值,利用向量数量积的定义求出此时n的值即可.
【解答】解:依题意,设单位向量 的夹角为θ,
因为,
所以,所以,
根据题意,正整数n的最大值为.
故选:C.
【点评】本题考查了数列与向量的综合应用,属于中档题.
6.(5分)已知△ABC的三个内角A、B、C满足sin2B=3sin2A﹣2sin2C,当sinA的值最大时,的值为( )
A.2B.1C.D.
【分析】利用正弦定理化角为边,利用余弦定理结合基本不等式求出csA的最小值,再根据平方关系即可求出sinA的值最大,结合取等号的条件即可得解.
【解答】解:因为sin2B=3sin2A﹣2sin2C,
由正弦定理得b2=3a2﹣2c2,所以,
则,
所以,
当且仅当,即2b2=c2时取等号,
所以当sinA的值最大时,.
故选:C.
【点评】本题主要考查解三角形,考查转化能力,属于基础题.
7.(5分)如图,在三棱锥S﹣ABC中,SA=SC=AC=2,AB=BC=2,二面角S﹣AC﹣B的正切值是,则三棱锥S﹣ABC外接球的表面积是( )
A.12πB.4πC.4πD.
【分析】首先利用二面角的正弦值求出二面角的余弦值,进一步判定BS=BA=BC=2,且BS、BA、BC两两垂直,由此将三棱锥补形成正方体,进一步求出正方体的外接球半径,进一步求得外接球的表面积.
【解答】解:设点E为AC的中点,连接EB,ES,由于SA=SC,AB=BC,所以AC⊥SE,AC⊥BE,所以∠SEB为二面角S﹣AC﹣B的平面角;
由于二面角S﹣AC﹣B的正切值是,
所以tan∠SEB,故cs∠SEB;
在△SAC中,SE,
在△ABE中,BE,
在△SBE中,由余弦定理SB2;
所以BS=AB=BC=2,
由于SA=SC=AC=2,
所以BS、BA、BC两两垂直,将三棱锥体补成正方体,
如图所示:
正方体的棱长为2,则正方体的对角线长为2,
故外接球的半径R,
则外接球的表面积为4π•()2=12π.
故选:A.
【点评】本题考查的知识要点:二面角的应用,余弦定理和补形法的应用,球的半径和球的表面积公式,主要考查学生的运算能力和数学思维能力,属中档题.
8.(5分)已知函数,则下列结论正确的是( )
A.函数y=f(x)﹣x有两个零点
B.若函数y=f(x)﹣t有四个零点,则t∈[1,2]
C.若关于x的方程f(x)=t有四个不等实根x1,x2,x3,x4,则x1+x2+x3+x4=1
D.若关于x的方程f2(x)﹣3f(x)+α=0有8个不等实根,则
【分析】作出函数f(x)与y=x的图象,对于A:函数y=f(x)﹣x的零点个数为函数f(x)与y=x的交点个数,结合图象,即可判断A是否正确;
对于B:函数y=f(x)﹣t的零点个数为函数f(x)与y=t的交点个数,若函数y=f(x)﹣t的零点有四个,可得t的取值范围,即可判断B是否正确;
对于C:由图知f(x)=t有4个不等实数根,不妨设从左到右分别为x1,x2,x3,x4,x1,x2关于x=﹣1对称,x3,x4关于x=2对称,即可判断C是否正确;
对于D:令f(x)=t,则t2﹣3t+a=0有8个不等实数根,即t=f(x)有4个交点,t∈(1,2),令h(t)=t2﹣3t+α,对称轴t∈(1,2),则,解得α的取值范围,即可判断D是否正确.
【解答】解:当x>0时,f(x)=e|x﹣2|,
函数y=ex保留y轴右侧图象,将y轴右侧图象关于y轴对称可得y=e|x|,再向右平移两个单位长度可得f(x)的图象,
当x≤0时,f(x)=﹣x2﹣2x+1开口向下,对称轴为x=﹣1,作出函数f(x)与y=x的图象,如右图:
对于A:函数y=f(x)﹣x的零点个数为函数f(x)与y=x的交点个数,
由图可知函数f(x)与y=x有3个交点,故A错误;
对于B:函数y=f(x)﹣t的零点个数为函数f(x)与y=t的交点个数,
f(﹣1)=2,f(2)=1,f(0)=1,
若函数y=f(x)﹣t的零点有四个,则t∈(1,2),故B错误;
对于C:由图知f(x)=t有4个不等实数根,不妨设从左到右分别为x1,x2,x3,x4,
x1,x2关于x=﹣1对称,x3,x4关于x=2对称,
所以x1+x2=﹣2,x3+x4=4,
所以x1+x2+x3+x4=2,故C错误;
对于D:令f(x)=t,则t2﹣3t+α=0有2个不等实数根,
即t=f(x)有4个交点,t∈(1,2),
所以t2﹣3t+α=0在(1,2)上有两个不同实数根,
令h(t)=t2﹣3t+α,对称轴t∈(1,2),
所以,即,
解得2<α,故D正确.
故选:D.
【点评】本题考查函数与方程之间的关系,解题中注意转化思想的应用,属于中档题.
二、多选题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,全部选对得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)
(多选)9.(6分)下列说法正确的是( )
A.若α的终边经过P(5k,12k),k≠0,则
B.
C.若csα>0,则α为第一或第四象限角
D.若角α和角β的终边关于y轴对称,则
【分析】根据k的正负判断A,根据诱导公式判断B,根据三角函数在坐标轴上的符号判断C,由对称及三角函数的定义判断D.
【解答】解:当k<0时,,故A选项错误;
,B正确;
csα>0时,α的终边在第一或第四象限或x轴非负半轴,C错误;
因为,角α和角β的终边关于y轴对称,
结合三角函数定义可知csα=﹣csβ,即,故D选项正确.
故选:BD.
【点评】本题主要考查了三角函数的定义的应用,属于基础题.
(多选)10.(6分)在△ABC中,角A,B,C的对边分别是a,b,c,下列说法正确的是( )
A.若A>B,则csA<csB
B.若A=30°,b=5,a=2,则△ABC有两解
C.若csAcsBcsC>0,则△ABC为锐角三角形
D.若a﹣c•csB=a•csC,则△ABC为等腰三角形或直角三角形
【分析】利用正、余弦定理对每项逐一判断即可得解.
【解答】解:对于A,∵A>B,
∴sinA>sinB,根据同角三角函数基本关系式可知csA<csB,故A正确;
对于B,由正弦定理可得:,
∴sinB1,
此时△ABC无解,故B错误;
对于C,∵csAcsBcsC>0,
∴,可知A,B,C均为锐角,故△ABC为锐角三角形,故C正确;
对于D:∵a﹣c•csB=a•csC,a=ccsB+acsC,
∴ccsB+bcsC﹣c•csB=a•csC,∴bcsC=acsC,∴(b﹣a)csC=0,b=a或csC=0⇒C=90°,故D正确.
故选:ACD.
【点评】本题考查了正弦定理,余弦定理在解三角形中的综合应用,考查了转化思想,属于基础题.
(多选)11.(6分)如图,点P是棱长为2的正方体ABCD﹣A1B1C1D1的表面上一个动点,F是线段A1B1的中点,则( )
A.若点P满足AP⊥B1C,则动点P的轨迹长度为
B.当点P在棱DD1上时,AP+PC1的最小值为
C.当直线AP与AB所成的角为45°时,点P的轨迹长度为
D.当P在底面ABCD上运动,且满足PF∥平面B1CD1时,线段PF长度最大值为
【分析】利用线面垂直的性质定理可得动点P的轨迹为矩形ABC1D1,其周长为4,判断A;以DD1为轴,将平面AA1D1D顺时针旋转90°,由勾股定理判断B;当点P在线段AC,AB1和上时,直线AP与AB所成角为45°,可知其轨迹长度为,判断C;根据线面平行的判定定理可求出点P在底面ABCD上的轨迹△FNM,推导出FP长度的最大值为FN=2,判断D.
【解答】解:对于A,由题意得B1C⊥平面ABC1D1,A∈平面ABC1D1,
∴动点P的轨迹为矩形ABC1D1,
动点P的轨迹长度为矩形ABC1D1的周长,即为4,故A正确;
对于B,以DD1为轴,将平面AA1D1D旋转90°,如图,
则AC12,故B错误;
对于C,连接AC,AB1,以B为圆心,BB1为半径,画圆弧,如图,
当点P在线段AC,AB1和圆弧上时,直线AP与AB所成角为45°,
∵AC,AB1,
圆弧长度为π,
∴点P的轨迹长度为,故C正确;
对于D,取A1D1,D1D,DC,CB,BB1,AB的中点O,R,N,M,T,H,
连接OR,QF,FT,TM,MN,NR,FH,HN,HA,如图,
∵FT∥D1C,FT⊄平面D1B1C,D1C⊂平面D1B1C,∴FT∥平面D1B1C,
TM∥B1C,TM⊄平面D1B1C,B1C⊂平面D1B1C,∴TM∥平面D1B1C,
∵QF∥NM,QR∥TM,RN∥FT,
∴平在FTMNRQ与平面FTM是同一个平面,
∴点P的线段MN,
在△FNM中,
FN,FM,MN,
∴FM2+MN2=8=FN2,
∴△FNM是以∠FMN为直角的直角三角形,
∴,∴FP长度的最大值为2,故D正确.
故选:ACD.
【点评】本题考查线线垂直、点的轨迹、线面平行、正方体结构特征等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.
三、填空题(本题共3小题,每小题5分,共15分)
12.(5分)在平面斜坐标系xOy中,∠xOy=60°,平面上任一点P关于斜坐标系的斜坐标是这样定义的:若(其中,分别为x,y轴方向相同的单位向量),则P的坐标为(x,y),若P关于斜坐标系xOy的坐标为(2,﹣1),则
【分析】由斜坐标定义用,表示,然后平方转化为数量积求得模.
【解答】解:由题意,
所以.
故答案为:.
【点评】本题主要考查了向量的数量积运算,属于基础题.
13.(5分)已知函数f(x)=Asinωx(A>0,ω>0)的图象向右平移个单位长度后,所得函数在上至少存在两个最值点,则实数ω的取值范围是 [,]∪[,+∞) .
【分析】先求得图象平移后的函数解析式,根据所得函数在区间上最值点的情况以及对ω进行分类讨论来求得ω的取值范围.
【解答】解:将f(x)=Asinωx的图象向右平移个单位长度后,
所得函数图象对应的解析式为,
则当,
即ω≥2时,g(x)在上至少存在两个最值点,满足题意;
当0<ω≤2时,,所以(k∈Z),
解得(k∈Z).当k≤1时,解集为∅,不符合题意;
当k=2时,解得;当k=3时,解得.
综上,实数ω的取值范围是.
故答案为:.
【点评】本题主要考查函数的图像变换,属于中档题.
14.(5分)在锐角△ABC中,,它的面积为10,,E,F分别在AB、AC上,且满足,对任意x,y∈R恒成立,则 .
【分析】根据三角形面积求得,根据,对任意x,y∈R恒成立,可得DE⊥AB,DF⊥AC,再由,结合△ABD和△ACD的面积公式,推出c×DE=5和b×DF=15,最后根据向量数量积的定义式即可求得.
【解答】解:因△ABC的面积为10,且,
则有,解得,
由图知表示直线AB上一点到点D的向量,
而则表示直线AB上一点到点D 的距离,
由对任意x∈R恒成立可知,的长是点D到直线AB上的点的最短距离,
故易得此时DE⊥AB,同理可得DF⊥AC,
如图所示,因,
由可得:c×DE=5,
由可得:b×DF=15,
由锐角三角形ABC可知A是锐角,故∠EDF=π﹣A是钝角,
于是,
于是.
故答案为:.
【点评】本题考查向量数量积的性质及运算,考查不等式恒成立问题,属中档题.
四、解答题(本题共5题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)
15.(13分)已知向量(2csx,1),(﹣cs(x),),x∈[0,].
(1)若,求x的值;
(2)记f(x),若对于任意x1,x2∈[0,],|f(x1)﹣f(x2)|≤λ恒成立,求实数λ的最小值.
【分析】(1)由,则,再求解即可;
(2)由f(x),又x∈[0,],则f(x)∈[,1],又对于任意x1,x2∈[0,],|f(x1)﹣f(x2)|≤λ恒成立,等价于,得解.
【解答】解:(1)由,
则,
即sinx,
即tanx,
又x∈[0,],
则x;
(2)f(x)2csx[﹣cs(x)],
又x∈[0,],
则2x∈[,],
则f(x)∈[,1],
又对于任意x1,x2∈[0,],而|f(x1)﹣f(x2)|≤λ恒成立,
则,
故实数λ的最小值为.
【点评】本题考查了平面向量数量积的运算,重点考查了三角函数恒等变换及三角函数最值的求法,属中档题.
16.(15分)已知△ABC的内角A,B,C所对的边分别是a,b,c,.
(1)求角B;
(2)若△ABC外接圆的周长为,求△ABC周长的取值范围.
【分析】(1)利用正弦定理化简已知等式,可得a2+c2﹣b2=ac,然后根据余弦定理求出csB,结合B∈(0,π)求得B的值;
(2)先求出△ABC外接圆的半径R,根据正弦定理算出b=6,然后利用余弦定理与基本不等式算出a+c的最大值,结合a+c>b求得△ABC周长的取值范围.
【解答】解:(1)根据,可得,化简得a2+c2﹣b2=ac,
由余弦定理得,结合B∈(0,π),可得.
(2)设△ABC外接圆的半径为R,则2πR,解得R,外接圆直径为,
因为,所以b=2RsinBsin6,
结合余弦定理b2=a2+c2﹣2accsB,得,
整理得(a+c)2≤144,a+c≤12,当且仅当a=c=6时,等号成立.
又因为a+c>b=6,可得6<a+c,
所以a+b+c∈(12,18],即△ABC的周长的取值范围为(12,18].
【点评】本题主要考查正弦定理与余弦定理、利用基本不等式求最值等知识,属于中档题.
17.(15分)已知函数.
(1)证明:f(x)的定义域与值域相同.
(2)若∀x∈[3,+∞),∀t∈(0,+∞),,求m的取值范围.
【分析】(1)由具体函数的定义域可得,解不等式即可求出f(x)的定义域,再结合对数函数的单调性即可求出f(x)的值域.
(2)设,则m<f(x)min+g(t)min,分别求出f(x)min,g(t)min,即可得出答案.
【解答】解:(1)证明:由,得x>1,
所以f(x)的定义域为(1,+∞).
,
因为f(x)=lg2(x+1)在(1,+∞)上单调递增.
所以f(x)>f(1)=lg22=1,
所以f(x)的值域为(1,+∞),
所以f(x)的定义域与值域相同.
(2)由(1)知f(x)=lg2(x+1)在(3,+∞)上单调递增,
所以当x∈[3,+∞)时,f(x)min=f(3)=2.
设,
当,即时,g(t)取得最小值,且最小值为﹣4.
因为∀x∈[3,+∞),∀t∈(0,+∞),,
所以m<f(x)min+g(t)min=﹣2.
即m的取值范围为(﹣∞,﹣2).
【点评】本题考查了对数函数的性质、二次函数的性质,属于中档题.
18.(17分)已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面互相垂直,AB=2,AF=1,点M在线段EF上.
(Ⅰ)若M为EF的中点,求证:AM∥平面BDE;
(Ⅱ)求二面角A﹣DF﹣B的正切值;
(Ⅲ)证明:存在点M,使得AM⊥平面BDF,并求的值.
【分析】(Ⅰ)设AC∩BD=O,连结OE,证明OAME为平行四边形,推出AM∥OE,即可证明 AM∥平面BDE.
(Ⅱ)以C为原点,分别以CD,CB,CE为x,y,z轴建立坐标系C﹣xyz,求出平面BDF的法向量平面ADF的法向量,利用空间向量的数量积求解二面角A﹣DF﹣B的正切值.
(Ⅲ)设M(x0,x0,1),则,通过,求出M,然后求解比值即可.
【解答】解:(Ⅰ)证明:设AC∩BD=O,连结OE,
因为 正方形ABCD,所以O为AC中点,
又 矩形ACEF,M为EF的中点,
所以 EM∥OA,且EM=OA,
所以OAME为平行四边形,
所以 AM∥OE,
又 AM⊄平面BDE,OE⊂平面BDE,
所以 AM∥平面BDE;
(Ⅱ)以C为原点,分别以CD,CB,CE为x,y,z轴建立坐标系C﹣xyz,
则A(2,2,0),B(0,2,0),D(2,0,0),F(2,2,1),
则,
设平面BDF的法向量为,
由,得,
则,
易知平面ADF的法向量,
所以,
由图可知 二面角A﹣BF﹣D为锐角,记为θ,
所以csθ,
即,
所以求二面角A﹣DF﹣B的正切值为.
(Ⅲ)设M(x0,x0,1),则,
若AM⊥平面BDF,则,
即(x0﹣2,x0﹣2,1)∥(1,1,﹣2),
所以,解得,
所以,
所以 .
【点评】本题考查直线与平面平行的判定定理的应用,二面角的平面角的求法,空间距离的求法,考查空间想象能力以及计算能力.
19.(17分)已知函数f(x)的定义域为D,若存在常数k(k>0),使得对D内的任意x1,x2(x1≠x2),都有|f(x1)﹣f(x2)|≤k|x1﹣x2|,则称f(x)是“k﹣利普希兹条件函数”.
(1)判断函数y=2x+1,y=x是否为“2﹣利普希兹条件函数”,并说明理由;
(2)若函数y=f(x)是周期为2的“1﹣利普希兹条件函数”,证明:对定义域内任意的x1,x2∈R(x1≠x2),均有|f(x1)﹣f(x2)|≤1.
【分析】(1)根据所给定义推导|f(x1)﹣f(x2)|﹣2|x1﹣x2|的正负,即可判断;
(2)首先证明对任意的x1,x2∈[0,2](x1≠x2),都有|f(x1)﹣f(x2)|≤1,再由周期性,即可证明对定义域内任意的x1,x2∈R(x1≠x2),均有|f(x1)﹣f(x2)|≤1.
【解答】解:(1)由题知,函数y=f(x)=2x+1的定义域为R,
所以|f(x1)﹣f(x2)|﹣2|x1﹣x2|=|2x1﹣2x2|﹣2|x1﹣x2|=0,
即|f(x1)﹣f(x2)|=2|x1﹣x2|,
所以函数y=2x+1是“2﹣利普希兹条件函数“;
函数y=g(x)=x的定义域为R,
所以|g(x1)﹣g(x2)|﹣2|x1﹣x2|=|x1﹣x2|﹣2|x1﹣x2|=﹣|x1﹣x2|<0,(x1≠x2),
所以|g(x1)﹣g(x2)|<2|x1﹣x2|,
所以函数y=x是“2﹣利普希兹条件函数“;
(2)证明:若x1,x2∈[0,2](x1≠x2),
当|x1﹣x2|≤1,则|f(x1)﹣f(x2)|≤|x1﹣x2|≤1;
若|x1﹣x2|>1,设0≤x1<1<x2≤2,
则|f(x1)﹣f(x2)|=|f(x1)﹣f(0)+f(2)﹣f(x2)|≤|f(x1)﹣f(0)|+|f(2)﹣f(x2)|
≤|x1|+|2﹣x2|=x1+2﹣x2<1,
所以对任意的x1,x2∈[0,2](x1≠x2),都有|f(x1)﹣f(x2)|≤1,
因为函数y=f(x)(x∈R)是周期为2的周期函数,
所以对任意的x1,x2∈R(x1≠x2),都存在p1,p2∈[0,2],使得f(x1)=f(p1),f(x2)=f(p2),
所以f(x1)﹣f(x2)|=|f(p1)﹣f(p2)|≤1,
综上可得对定义域内任意的x1,x2∈R(x1≠x2),均有|f(x1)﹣f(x2)|≤1.
【点评】本题主要考查函数的周期性和函数恒成立问题,属于中档题.
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