2022-2023学年陕西省西安市西咸新区高二(下)期末数学试卷(理科)(含解析)
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一、单选题(本大题共12小题,共60.0分。在每小题列出的选项中,选出符合题目的一项)
1. 设全集U={1,2,3,4,5},集合M={1,4},N={2,5},则N∪∁UM=( )
A. {2,3,5} B. {1,3,4} C. {1,2,4,5} D. {2,3,4,5}
2. 在复平面内,复数z对应的点的坐标是(3,4),则z−=( )
A. 3−4i B. 4−3i C. 3+4i D. 4+3i
3. 已知向量a=(2,3),b=(λ,1),且(a−b)//(2a+b),则λ=( )
A. 65 B. 113 C. 23 D. −23
4. 已知某同学投篮一次的命中率为910,连续两次均投中的概率是12,若该同学在投中一次后,随后一次也投中的概率是( )
A. 15 B. 25 C. 35 D. 59
5. 设{an}是等比数列,且a1−a2=1,a3−a2=2,则a5−a4=( )
A. 8 B. −8 C. 4 D. −4
6. 某学校开设了4门体育类选修课和4门艺术类选修课,学生需从这8门课中选修3门课,并且每类选修课至少选修1门,则不同的选课方案共有( )
A. 64种 B. 48种 C. 32种 D. 16种
7. 已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,点M在C上,若M到直线x=−3的距离为5,则|MF|=( )
A. 7 B. 6 C. 5 D. 4
8. “a2+b2=2ab”是“a2=b2”的( )
A. 充分不必要条件 B. 必要不充分条件
C. 充分必要条件 D. 既不充分也不必要条件
9. 有一组样本数据x1,x2,…,x6,其中x1是最小值,x6是最大值,则( )
A. x2,x3,x4,x5的平均数等于x1,x2,…,x6的平均数
B. x2,x3,x4,x5的中位数等于x1,x2,…,x6的中位数
C. x2,x3,x4,x5的标准差不小于x1,x2,…,x6的标准差
D. x2,x3,x4,x5的极差大于x1,x2,…,x6的极差
10. 我国古代数学名著《数书九章》中有“天池盆测雨”题,是指在下雨时可以用圆台形的盆接雨水来测量降雨量.若一个圆台形盆的上口直径为40cm,盆底直径为20cm,盆深20cm,某次下雨盆中积水10cm,则这次降雨量最接近(注:降雨量等于盆中水的体积除以盆口面积)( )
A. 3.4cm B. 3.8cm C. 4.0cm D. 5.8cm
11. 一几何体的平面展开图如图所示,其中四边形ABCD为正方形,E、F分别为PB、PC的中点,在此几何体中,下面结论错误的是( )
A. 直线AE与直线BF异面
B. 直线AE与直线DF异面
C. 直线EF//平面PAD
D. 直线EF//平面ABCD
12. 已知a=ln1.1,b=0.1,c=e−0.9,则( )
A. c 二、填空题(本大题共4小题,共20.0分)
13. 已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若a4+a11=10,则S14= ______ .
14. 已知函数f(x)=2x2+ax+2,若f(x+1)是偶函数,则a= ______ .
15. 若函数f(x)=−x3+ax2−4x在区间(0,2)只有一个极值点,则实数a的最小值为______ .
16. 双曲线x22−y24=1的左、右焦点分别为F1,F2,过F2作其中一条渐近线的垂线,垂足为P,则|PF2|= ______ ,直线PF1的斜率为______ .
三、解答题(本大题共7小题,共82.0分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)
17. (本小题12.0分)
在△ABC中,A,B,C的对边分别是a,b,c, 3acosB−bsinA=0.
(1)求角B的大小;
(2)若b= 7,a+c=5,求△ABC的面积.
18. (本小题12.0分)
推进垃圾分类处理是落实绿色发展理念的必然选择,也是打赢污染防治攻坚战的重要环节,为了解居民对垃圾分类的了解程度,某社区居委会随机抽取500名社区居民参与问卷测试,并将问卷得分绘制成频数分布表如表:
得分
[30,40)
[40,50)
[50,60)
[60,70)
[70,80)
[80,90)
[90,100]
男性人数
22
43
60
67
53
30
15
女性人数
12
23
40
54
51
20
10
(1)将居民对垃圾分类的了解程度分为“比较了解”和“不太了解”(得分低于60分)两类,完成下面的2×2列联表,并判断是否有90%的把握认为“居民对垃圾分类的了解程度“与“性别“有关?
不太了解
比较了解
总计
男性
女性
总计
(2)从参与问卷测试且得分不低于80分的居民中,按照性别进行分层抽样,共抽取5人,再从这5人中随机抽取3人组成一个环保宣传队,求环保宣传队中女性人数X的数学期望
附:K2=n(ad−bc)2(a+b)(c+d)(a+c)(b+d),其中n=a+b+c+d.
P(K2≥k)
0.15
0.10
0.05
0.025
0.10
0.005
0.001
k
2.072
2.706
3.841
5.024
6.635
7.879
10.828
19. (本小题12.0分)
如图,在长方体ABCD−A1B1C1D1中,AB=2,AD=AA1=1.
(Ⅰ)求证:B1C⊥BD1
(Ⅱ)求直线AB1与平面ABC1D1所成角的正弦值.
20. (本小题12.0分)
已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左,右焦点分别为F1,F2,M为C上一点且在第一象限.已知△MF1F2为等腰三角形,且|MF1|=2|MF2|.
(1)求C的离心率;
(2)若△MF1F2的周长为10,求点M的坐标.
21. (本小题12.0分)
已知函数f(x)=lnx−ax2+x+lna(a>0).
(Ⅰ)当a=1时,求f(x)的最大值;
(Ⅱ)若∀x∈[1,+∞),f(x)≤0,求a的取值范围.
22. (本小题10.0分)
已知曲线C的参数方程为x=2+3costy=−2+3sint(t为参数),以坐标原点为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,直线l的极坐标方程为3ρcosθ+4ρsinθ−3=0.
(1)求曲线C的普通方程和直线l的直角坐标方程;
(2)若直线l与曲线C相交于A,B两点,求A,B两点间的距离.
23. (本小题12.0分)
已知函数f(x)=|x−1|+|x+2|.
(1)求不等式f(x)≤5的解集;
(2)若f(x)的最小值为a+b(a>0,b>0),求1a+1b的最小值.
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解:因为U={1,2,3,4,5},集合M={1,4},N={2,5},
所以∁UM={2,3,5},
则N∪∁UM={2,3,5}.
故选:A.
由已知结合集合补集及并集运算即可求解.
本题主要考查了集合补集及并集运算,属于基础题.
2.【答案】A
【解析】解:复数z对应的点的坐标是(3,4),
则z=3+4i,
故z−=3−4i.
故选:A.
根据已知条件,结合复数的几何意义,以及共轭复数的定义,即可求解.
本题主要考查共轭复数的定义,以及复数的几何意义,属于基础题.
3.【答案】C
【解析】解:∵向量a=(2,3),b=(λ,1),∴a−b=(2−λ,2),2a+b=(4+λ,7),
∵(a−b)//(2a+b),∴(2−λ)×7−2(4+λ)=0,
则λ=23.
故选:C.
由题意,利用两个向量共线的性质,两个向量的数量积公式,计算求出λ值.
本题主要考查两个向量共线的性质,两个向量的数量积公式,属于基础题.
4.【答案】D
【解析】解:记第一次投中为事件A,第二次投中为事件B,
由题意得,P(A)=910,P(AB)=12,
则该同学在投中一次后,随后一次也投中的概率是P(B|A)=P(AB)P(A)=12910=59.
故选:D.
根据条件概率公式计算即可.
本题考查条件概率公式,是中档题.
5.【答案】A
【解析】解:设等比数列{an}的公比为q,则
a1−a1q=1a1q2−a1q=2,解得q=−2,a1=13,
所以a5−a4=a1q4−a1q3=8.
故选:A.
根据条件,求首项和公比,再代入等比数列的通项公式,即可求解.
本题主要考查等比数列的性质,属于基础题.
6.【答案】B
【解析】解:当从8门课中选修3门,4门体育类选修课和4门艺术类选修课,
①若体育类选修课1门,则不同的选课方案共有C41C42=24种;
②若体育类选修课2门,则不同的选课方案共有C42C41=24种;
综上所述:不同的选课方案共有24+24=48种.
故选:B.
对选修3门分类讨论再讨论具体选修课的分配,结合组合数运算求解.
本题主要考查了排列组合知识,属于基础题.
7.【答案】D
【解析】解:如图所示,因为点M到直线x=−3的距离|MR|=5,
∴点M到直线x=−2的距离|MN|=4.
由方程y2=8x可知,x=−2是抛物线的准线,
又抛物线上点M到准线x=−2的距离和到焦点F的距离相等,
故|MF|=|MN|=4.
故选:D.
本题只需将点M到x=−3的距离,转化为到准线x=−2的距离,再根据抛物线定义即可求得.
本题考查了抛物线定义的应用,属简单题.
8.【答案】A
【解析】解:由a2+b2=2ab,可得a=b;由a2=b2,可得a=±b;
则“a2+b2=2ab”是“a2=b2”的充分不必要条件.
故选:A.
先分别化简“a2+b2=2ab”和“a2=b2”,进而得到二者间的逻辑关系.
本题充分条件与必要条件的定义,属于基础题.
9.【答案】B
【解析】解:对于选项A:设x2,x3,x4,x5的平均数为m,x1,x2,⋅⋅⋅,x6的平均数为n,
则n−m=x1+x2+x3+x4+x5+x66−x2+x3+x4+x54=2(x1+x6)−(x5+x2+x3+x4)12,
因为没有确定2(x1+x6),x5+x2+x3+x4的大小关系,所以无法判断m,n的大小,
例如:1,2,3,4,5,6,可得m=n=3.5;
例如1,1,1,1,1,7,可得m=1,n=2,∴m
对于选项C:因为x1是最小值,x6是最大值,
则x2,x3,x4,x5的波动性不大于x1,x2,⋅⋅⋅,x6的波动性,即x2,x3,x4,x5的标准差不大于x1,x2,⋅⋅⋅,x6的标准差,
例如:2,4,6,8,10,12,则平均数n=16(2+4+6+8+10+12)=7,
标准差s1= 16[(2−7)2+(4−7)2+(6−7)2+(8−7)2+(10−7)2+(12−7)2]= 1053,
4,6,8,10,则平均数m=14(4+6+8+10)=7,
标准差s2= 14[(4−7)2+(6−7)2+(8−7)2+(10−7)2]= 5,
显然 1053> 5,即s1>s2;故C错误;
对于选项B:不妨设x1≤x2≤x3≤x4≤x5≤x6,
可知x2,x3,x4,x5的中位数等于x1,x2,⋅⋅⋅,x6的中位数均为x3+x42,故B正确;
对于选项D:不妨设x1≤x2≤x3≤x4≤x5≤x6,
则x6−x1≥x5−x2,当且仅当x1=x2,x5=x6时,等号成立,故D错误.
故选:B.
根据题意结合平均数、中位数、标准差以及极差的概念逐项分析判断.
本题考查平均数、中位数、标准差、极差的计算,是中档题.
10.【答案】C
【解析】解:该圆台形盆的中截面半径为20+102=15(cm),
盆中水的体积为13π(152+15×10+102)×10=47503π,
盆口面积为π⋅202=400π,
则这次降雨量为47503π400π=9524≈4.0(cm).
故选:C.
先求得盆中水的体积和盆口面积,进而求得这次降雨量的值.
本题主要考查了圆台的结构特征,属于基础题.
11.【答案】B
【解析】解:由题可知,该几何体为正四棱锥,
对A,可假设AE与BF共面,由图可知,点F不在平面ABE中,故矛盾,A正确;
对B,因E,F为BP,CP中点,故EF//BC,又四边形ABCD为正方形,所以AD//BC,故EF//AD,A,D,E,F四点共面,B错;
对C,由B的证明可知,EF//AD,又AD⊂平面PAD,故直线EF//平面PAD,C正确;
对D,同理由B的证明可知,EF//BC,又BC⊂平面ABCD,故直线EF//平面ABCD,D正确;
故选:B.
可将展开图还原成几何体,再由位置关系进一步确定线线与线面关系即可.
本题考査正四棱锥的特征,异面直线的判断,线面平行的判定,属于中档题.
12.【答案】D
【解析】解:令f(x)=ln(x+1)−x,x∈(−1,+∞),则f′(x)=1x+1−1=−xx+1,
当x∈(−1,0)时,f′(x)>0,f(x)在(−1,0)上单调递增;
当x∈(0,+∞)时,f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)上单调递减,
∴f(0.1)
当x∈(−∞,1)时,g′(x)>0,g(x)在(−∞,1)上单调递增,
当x∈(1,+∞)时,g′(x)<0,g(x)在(1,+∞)上单调递减,
∴b−c=g(0.1)
由题意构造函数f(x)=ln(x+1)−x,对f(x)求导,得出f(x)的单调性,可知a−b=f(0.1)
13.【答案】70
【解析】解:因为a4+a11=10,所以a1+a14=a4+a11=10,
所以S14=14(a1+a14)2=14×102=70.
故答案为:70.
根据下标和性质求出a1+a14,再根据等差数列求和公式计算可得.
本题主要考查了等差数列的前n项和公式,属于基础题.
14.【答案】−4
【解析】解:因为f(x+1)是偶函数,
所以f(−x+1)=f(x+1),
所以2(1−x)2+a(1−x)+2=2(x+1)2+a(x+1)+2,
即8x+2ax=0恒成立,
解得a=−4.
故答案为:−4.
由f(x+1)的奇偶性可得f(−x+1)=f(x+1),代入函数解析式列出等式求解,即可求得a.
本题主要偶函数定义的应用,属于基础题.
15.【答案】4
【解析】解:f(x)=−x3+ax2−4x,
则f′(x)=−3x2+2ax−4,
若f(x)在区间(0,2)上只有一个极值点,
则f′(x)=0在(0,2)上只有一个异号零点,
即方程−3x2+2ax−4=0在(0,2)上只有一个根,
所以2a=3x+4x在(0,2)上只有一个解,
记y=3x+4x,x∈(0,2),
作出函数y=3x+4x的图象,
由数形结合知,若使函数y=3x+4x与y=2a在x∈(0,2)上只有一个交点,
只需2a≥y(2)=8,则a≥4,
所以实数a的最小值为4.
故答案为:4.
求导函数,f(x)在区间(0,2)上只有一个极值点等价于f′(x)=0在(0,2)只有一个异号零点,分离参数,由数形结合求得最值.
本题主要考查导数的应用,考查转化思想,是中档题.
16.【答案】2 ± 24
【解析】解:由x22−y24=1,得a2=2,b2=4,渐近线方程为y=± 2x,
所以a= 2,b=2,c= a2+b2= 6,
所以F1(− 6,0),F2( 6,0),
由双曲线的对称性,点F2( 6,0)到两渐近线的距离相等,
不妨取渐近线y= 2x,则|PF2|=| 12−0| 1+2=2,
在直角△OPF2中,|OP|= |OF2|2−|PF2|2= 6−4= 2,
过P作PA⊥x轴于A,则|PA|=|OP||PF2||OF2|= 2×2 6=2 33,
所以|OA|= |OP|2−|PA|2= 2−129= 63,
所以P( 63,2 33)或P( 63,−2 33),
所以直线PF1的斜率为2 33−0 63−(− 6)= 24或−2 33−0 63−(− 6)=− 24,
故答案为:2;± 24.
先根据双曲线的方程求出a,b,c和渐近线方程,然后利用点到直线的距离公式可求出|PF2|,过P作PA⊥x轴于A,可求出点P的坐标,从而可求出直线PF1的斜率.
本题主要考查双曲线的性质,考查运算求解能力,属于中档题.
17.【答案】解:(1)因为△ABC中, 3acosB−bsinA=0,
所以由正弦定理可得: 3sinAcosB−sinBsinA=0,
因为sinA>0,所以 3cosB−sinB=0,可得tanB= 3,
因为B∈(0,π),所以B=π3.
(2)因为B=π3,b= 7,a+c=5,
所以b2=a2+c2−2accosB=a2+c2−ac,即7=(a+c)2−3ac,所以ac=6,
所以S△ABC=12acsinB=3 32.
【解析】(1)利用正弦定理,把边化为角,进行化简,得到tanB= 3,从而可得B的大小;
(2)利用第一问和余弦定理,可求得ac的值,再由面积公式求出△ABC的面积.
本题考查了正余弦定理,三角形面积等问题,考查运算求解能力,属于中档题.
18.【答案】解:(1)由题意得完成的2×2列联表如下:
不太了解
比较了解
总计
男性
125
165
290
女性
75
135
210
总计
200
300
500
∵K2=500×(125×135−165×75)2200×300×290×210≈2.771>2.706,
∴有90%的把握认为“居民对垃圾分类的了解程度”与“性别”有关.
(2)由题意可知,抽到的女性有5×3075=2人,抽到的男性有5×4575=3人,
∴X可取的值为0,1,2,
∴P(X=0)=C20C33C53=110,P(X=1)=C21C32C53=35,P(X=2)=C22C31C53=310.
X的分布列为:
X
0
1
2
P
110
35
310
∴E(X)=0×110+1×35+2×310=65.
【解析】(1)完善2×2列联表,计算K2,结合临界值表可得结论;
(2)根据分层抽样可知,男性抽3人,女性抽2人,所以X的可能取值有0,1,2,再计算X的各个取值的概率即可得分布列,由期望公式可得期望.
本题主要考查离散型随机变量期望的求解,考查转化能力,属于中档题.
19.【答案】解:(Ⅰ)证明:在长方体ABCD−A1B1C1D1中,AB=2,AD=AA1=1,
以D为坐标原点,建立空间直角坐标系,如图,
则B(1,2,0),C(0,2,0),B1(1,2,1),D1(0,0,1),
B1C=(−1,0,−1),BD1=(−1,−2,1),
∴B1C⋅BD1=1+0−1=0,∴B1C⊥BD1.
(Ⅱ)A(1,0,0),AB=(0,2,0),AD1=(−1,0,1),AB1=(0,2,1),
设平面ABC1D1的法向量n=(x,y,z),
则n⋅AD1=−x+z=0n⋅AB=2y=0,取x=1,得n=(1,0,1),
设直线AB1与平面ABC1D1所成角为θ,
则直线AB1与平面ABC1D1所成角的正弦值为:
sinθ=|AB1⋅n||AB1|⋅|n|=1 5⋅ 2= 1010.
【解析】(Ⅰ)以D为坐标原点,建立空间直角坐标系,利用向量法能证明B1C⊥BD1.
(Ⅱ)求出平面ABC1D1的法向量,利用向量法能求出直线AB1与平面ABC1D1所成角的正弦值.
本题考查线面垂直、线线垂直的判定与性质、线面角的正弦值的求法等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.
20.【答案】解:(1)已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左,右焦点分别为F1,F2,M为C上一点且在第一象限,△MF1F2为等腰三角形,且|MF1|=2|MF2|,
由题意可知,|MF1|=|F1F2|=2c,|MF2|=2a−|MF1|=2a−2c,
所以2c=2(2a−2c),得ca=23,
即C的离心率为23;
(2)△MF1F2的周长为2a+2c=10,即a+c=5,又ca=23,所以得a=3,c=2,
所以b2=a2−c2=5,所以椭圆方程C:x29+y25=1,
设M(x0,y0),则在△MF1F2中,|MF1|=|F1F2|=2c=4,
所以|MF2|=2a−|MF1|=2a−2c=2,
得边MF2的高为 42−12= 15,
所以S△MF1F2=12×4×y0=12×2× 15,得y0= 152,
代入椭圆方程得x029+155×4=1,得x0=32,所以M(32, 152).
【解析】本题考查了椭圆的性质,椭圆中的焦点三角形问题,属于中档题.
(1)根据焦点三角形各边的关系与a,c间的关系求解即可;
(2)结合(1)根据椭圆的定义可得椭圆方程C:x29+y25=1,再根据等面积法求得M的纵坐标,代入椭圆方程即可求得M(32, 152).
21.【答案】解:(Ⅰ)当a=1时,f(x)=lnx−x2+x,f′(x)=1x−2x+1=−(2x+1)(x−1)x,
当x∈(0,1)时,f′(x)>0;当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,
所以f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
所以f(x)max=f(1)=0;
(Ⅱ)由f(x)=lnx−ax2+x+lna(a>0),得f′(x)=1x−2ax+1(a>0),易知f′(x)在(0,+∞)上单调递减.
①由(I)可知,当a=1时,f(x)⩽0,符合题意;
②当00,f′(1a)=a−1<0,所以存在x1∈(1,1a),使得f′(x1)=0,
故当x∈(x1,1a)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
所以f(x)>f(1a)=ln1a−a⋅(1a)2+1a+lna=0,不符题意,舍去;
③当a>1时,f′(1)=2(1−a)<0,f′(1a)=a−1>0,所以存在x2∈(1a,1),使得f′(x2)=0,
故当x∈[1,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,f(x)⩽f(1)=lna−a+1,
令g(a)=lna−a+1(a>1),则g′(a)=1a−1=1−aa<0,
故g(a)在(1,+∞)上单调递减,所以g(a)
【解析】(Ⅰ)当a=1时,f(x)=lnx−x2+x,f′(x)=1x−2x+1=−(2x+1)(x−1)x,利用单调性即可求f(x)的最大值;
(Ⅱ)由f(x)=lnx−ax2+x+lna(a>0),得f′(x)=1x−2ax+1(a>0),易知f′(x)在(0,+∞)上单调递减,分a=1,01三种情况,利用单调性即可求解.
本题考查了导数的综合应用,属于中档题.
22.【答案】解:(1)由于曲线C的参数方程为x=2+3costy=−2+3sint(t为参数),
则消去参数t,可得(x−2)2+(y+2)2=9;
由于直线l的极坐标方程为3ρcosθ+4ρsinθ−3=0,且x=ρcosθ,y=ρsinθ,
则直线l的直角坐标方程为3x+4y−3=0;
(2)由(1)可知,圆C的圆心为(2,−2),半径为3,
则圆心C到直线l的距离为d=|6−8−3| 9+16=1,
则由垂径定理可得,|AB|=2 32−12=4 2.
【解析】(1)消去参数t可得曲线C的普通方程,由x=ρcosθ,y=ρsinθ,可得直线l的直角坐标方程;
(2)先求出圆心到直线l的距离,再由垂径定理可得解.
本题考查了参数方程化为普通方程、极坐标方程化为直角坐标方程、点到直线的距离公式、弦长公式,考查了推理能力与计算能力,属于基础题.
23.【答案】解:(1)f(x)≤5,即|x−1|+|x+2|≤5,
当x≤−2时,不等式|x−1|+|x−2|≤5,可化为1−x−x−2≤5,解得−3≤x≤−2;
当−2
综上,不等式的解集为[−3,2];
(2)f(x)=|x−1|+|x+2|≥|x−1−(x+2)|=3,当且仅当(x−1)(x+2)≥0时等号成立,
所以a+b=3,
所以1a+1b=13(a+b)(1a+1b)=13(2+ab+ba)≥13(2+2 ab⋅ba)=43,当且仅当ab=ba,即a=b=32时等号成立,
所以1a+1b的最小值为43.
【解析】(1)分x≤−2,−2
本题考查绝对值不等式的解法以及基本不等式的运用,考查分类讨论思想以及运算求解能力,属于基础题.
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