2023-2024学年广东省东莞市七校高二上学期期中联考数学试题(含解析)
展开1.如图,直线l的倾斜角为
( )
A. π4B. π3C. 3π4D. 5π6
2.已知向量a=4,-2,3,b=1,5,x,满足a⊥b,则x的值为
( )
A. 2B. -2C. 143D. -143
3.已知圆的一条直径的端点分别为P12,5,P24,3,则此圆的标准方程是
( )
A. x+32+y+42=8B. x-32+y-42=8
C. x+32+y+42=2D. x-32+y-42=2
4.抛物线y=14x2的准线方程是
A. x=-1B. x=-2C. y=-1D. y=-2
5.直线2x+m+1y-2=0与直线mx+3y-2=0平行,那么该两平行线之间距离是
( )
A. 0B. 5 26C. 26D. 53
6.如图,四边形ABCD为平行四边形,AE=12AB,DF=12FC,若DE=λAC+μAF,则λ+μ的值为
( )
A. 12B. 23C. -13D. -1
7.明朝的一个葡萄纹椭圆盘如图(1)所示,清朝的一个青花山水楼阁纹饰椭圆盘如图(2)所示,北宋的一个汝窑椭圆盘如图(3)所示,这三个椭圆盘的外轮廊均为椭圆.已知图(1)、(2)、(3)中椭圆的长轴长与短轴长的比值分别为1211、1110、109,设图(1)、(2)、(3)中椭圆的离心率分别为e1、e2、e3,则
.( )
A. e1
( )
A. 33B. 36πC. 3D. 32π
二、多选题(本大题共4小题,共20分。在每小题有多项符合题目要求)
9.已知双曲线C:x29-y216=1,则下列关于双曲线C的结论正确的是
( )
A. 实轴长为6B. 焦距为5
C. 离心率为43D. 焦点到渐近线的距离为4
10.已知空间中三点A0,1,0,B2,2,0,C-1,3,1,则下列说法正确的是
( )
A. AB与AC是共线向量
B. 与AB同向的单位向量是2 55, 55,0
C. AB和BC夹角的余弦值是 5511
D. 平面ABC的一个法向量是1,-2,5
11.设圆O:x2+y2=r2(r>0),点A(3,4),若圆O上存在两点到A的距离为2,则r的可能取值( )
A. 3B. 4C. 5D. 6
12.在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=1,AA1=2,BC1与B1C交于点F,点E是线段A1B1上的动点,则下列结论正确的是( )
A. AF=12AB+12AC+12AA1
B. 存在点E,使得AF⊥BE
C. 三棱锥B-AEF的体积为 312
D. 直线AF与平面BCC1B1所成角的余弦值为 217
三、填空题(本大题共4小题,共20分)
13.若方程x22m-1-y25-m=1表示的曲线为焦点在x轴上双曲线,则m的取值范围为______.
14.已知a=0,1,m,b=0,n,-3分别是平面α,β的法向量,且α//β,则mn=__________.
15.设半径为3的圆C被直线l:x+y-4=0截得的弦AB的中点为P3,1,且弦长AB=2 7,则圆C的标准方程__________.
16.已知实数x,y满足 x+ 72+y2+ x- 72+y2=8,则代数式3x-4y-24的最大值为______.
四、解答题(本大题共6小题,共70分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)
17.(本小题10分)
在菱形ABCD中,对角线BD与x轴平行,D-3,1,A-1,0,点E是线段AB的中点.
(1)求点B的坐标;
(2)求过点A且与直线DE垂直的直线.
18.(本小题12分)
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥AB,AB=2BC=2,PD= 5,PA=2,E为PD的中点.
(1)证明:PA⊥平面ABCD;
(2)求直线EB与平面PBC所成角的正弦值.
19.(本小题12分)
已知双曲线x2a2-y2b2=1的渐近线方程为y=±x,且点M2,1在该双曲线上.
(1)求双曲线C方程;
(2)若点F1,F2分别是双曲线C的左、右焦点,且双曲线C上一点P满足PF1⊥PF2,求△PF1F2的面积.
20.(本小题12分)
党的二十大报告提出要加快建设交通强国.在我国960万平方千米的大地之下拥有超过35000座,总长接近赤道长度的隧道(约37000千米).这些隧道样式多种多样,它们或傍山而过,上方构筑顶棚形成“明洞”﹔或挂于峭壁,每隔一段开出“天窗”形成挂壁公路.但是更多时候它们都隐伏于山体之中,只露出窄窄的出入口洞门、佛山某学生学过圆的知识后受此启发,为山体隧道设计了一个圆弧形洞门样式,如图所示,路宽AB为16米,洞门最高处距路面4米.
(1)建立适当的平面直角坐标系,求圆弧AB的方程.
(2)为使双向行驶的车辆更加安全,该同学进一步优化了设计方案,在路中间建立了2米宽的隔墙.某货车装满货物后整体呈长方体状,宽2米,高3.6米,则此货车能否通过该洞门?并说明理由.
21.(本小题12分)
在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为直角梯形,AD//BC,AD⊥AB,侧面PAB⊥底面ABCD,PA=PB=AD=12BC=2,且E,F分别为PC,CD的中点.
(1)证明:DE//平面PAB;
(2)若直线PF与平面PAB所成的角为60∘,求平面PAB与平面PCD所成锐二面角的余弦值.
22.(本小题12分)
已知椭圆C:x2a2+y2b2=1a>b>0的两焦点F1-1,0,F21,0,且椭圆C过P- 3, 32.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)过点F1作不与坐标轴垂直的直线l交椭圆C于A,B两点,线段AB的垂直平分线与y轴负半轴交于点Q,若点Q的纵坐标的最大值为-18,求AB的取值范围.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】根据倾斜角的定义分析运算.
解:由题意可知:直线l的倾斜角为π4的补角,即为3π4.
故选:C.
2.【答案】A
【解析】【分析】直接利用空间向量垂直的公式计算即可.
解:∵a⊥b,a=4,-2,3,b=1,5,x
∴4×1+-2×5+3x=0,
解得x=2
故选:A.
3.【答案】D
【解析】【分析】求出圆心坐标以及圆的半径,即可得出该圆的标准方程.
解:由题意可知,圆心为线段P1P2的中点,则圆心为C3,4,
圆的半径为CP1= 2-32+5-42= 2,
故所求圆的方程为x-32+y-42=2.
故选:D.
4.【答案】C
【解析】【分析】抛物线的几何性质.
解:由题意得,抛物线可化为x2=4y,则p=2,所以准线方程为y=-1,故选 C.
5.【答案】B
【解析】【分析】根据两直线平行得到方程与不等式,得到m=-3,再利用两平行直线间的距离公式求出答案.
解:2×3-mm+1=0且2×-2--2×m≠0,解得m=-3,
两直线方程为2x-2y-2=0与直线-3x+3y-2=0,
即x-y-1=0与x-y+23=0
故两平行线之间的距离为-1-23 1+1=5 26.
故选:B
6.【答案】D
【解析】【分析】选取AB、AD为基底,利用向量的减法得到DE=12AB-AD,再利用向量的加法与数乘将DE=λAC+μAF化为DE=λ+μ3AB+λ+μAD,根据向量AB、AD不共线可得,λ+μ=-1.
解:选取AB、AD为基底,则DE=AE-AD=12AB-AD,
由DF=12FC知,DF=12FC,所以DF=13DC.
由向量加法法则可得,AC=AB+AD,AF=AD+DF=AD+13DC=AD+13AB,
又DE=λAC+μAF=λAB+AD+μAD+13AB=λ+μ3AB+λ+μAD,
所以12AB-AD=λ+μ3AB+λ+μAD,
又向量AB,AD不共线,所以λ+μ=-1.
故选:D.
7.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查求椭圆的离心率(或取值范围),属于基础题.
根据长轴长与短轴长的定义,结合a,b,c的等量关系以及离心率的计算公式,通过比较大小,可得答案.
【解答】
解:设椭圆标准方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),则c2=a2-b2,
可知椭圆的长轴长与短轴长的比值为ab,
故离心率e=ca= c2a2= a2-b2a2= 1-ba2,
则e1= 1-11122= 2312,e2= 1-10112= 2111,e3= 1-9102= 1910,
由 2312< 2111< 1910,则e1
8.【答案】B
【解析】【分析】作出辅助线,得到P的轨迹为以B1为圆心, 33为半径,位于平面A1B1C1D1内的圆的14,求出轨迹长度.
解:直线BP与下底面ABCD所成角等于直线BP与上底面A1B1C1D1所成角,
连接B1P,因为BB1⊥平面A1B1C1D1,PB1⊂平面A1B1C1D1,
所以BB1⊥PB1,故∠BPB1为直线BP与上底面A1B1C1D1所成角,
则∠BPB1=60∘,
因为BB1=1,所以PB1=BB1tan60∘= 33,
故点P的轨迹为以B1为圆心, 33为半径,位于平面A1B1C1D1内的圆的14,
故轨迹长度为14×2π× 33= 36π.
故选:B
9.【答案】AD
【解析】【分析】根据题意,结合双曲线的几何性质,逐项判定,即可求解.
解:由双曲线C:x29-y216=1,可得a=3,b=4,则c= a2+b2=5,
可得双曲线的实轴长为2a=6,焦距为2c=10,离心率为e=ca=53,
所以A正确,B、C不正确;
又由双曲线的渐近线方程为y=±43x,即4x±3y=0,且焦点F1(-5,0),F2(5,0),
不妨设右焦点F2(5,0),渐近线为4x+3y=0,则焦点到渐近线的距离为4×5 42+32=4,所以 D正确.
故选:AD.
10.【答案】BD
【解析】【分析】
利用空面向量坐标运算法则、共线向量、向量夹角公式、法向量直接求解.
本题考查命题真假的判断,考查空面向量坐标运算法则、共线向量、向量夹角公式、法向量等基础知识,考查运算求解能力等数学核心素养,是基础题.
【解答】
解:空间中三点A(0,1,0),B(2,2,0),C(-1,3,1),
对于A,AB=(2,1,0),AC=(-1,2,1),
∴AB与AC不是共线向量,故A错误;
对于B,AB=(2,1,0),AB|AB|=(2 55, 55,0),故B正确;
对于C,AB=(2,1,0),BC=(-3,1,1),
∴AB和BC夹角的余弦值是:
cs
对于D,AB=(2,1,0),AC=(-1,2,1),
设平面ABC的法向量n=(x,y,z),
则n⋅AB=2x+y=0n⋅AC=-x+2y+z=0,取x=1,得n=(1,-2,5),故D正确.
故选:BD.
11.【答案】BCD
【解析】【分析】
本题考查圆与圆的位置关系,注意将原问题转化为两圆相交的问题,属于一般题.
根据题意,设以A为圆心,半径为2的圆为圆A,分析圆O的圆心、半径,求出圆心距,分析可得圆O与圆A相交,据此可得r-2<5
解:根据题意,设以A为圆心,半径为2的圆为圆A,
圆O:x2+y2=r2(r>0),其圆心为(0,0),半径为r,
则|OA|= 32+42=5,
若圆O:x2+y2=r2(r>0)上存在两点到A的距离为2,则圆O与圆A相交,
则有r-2<5
12.【答案】AC
【解析】【分析】
本题考查了空间向量线性运算,立体几何线面位置关系,棱锥的体积和直线与平面所成的角,属于较难题.
A利用空间向量运算求解判断;B利用空间向量运算求解判断;C利用等体积法求解判断;D利用线面角的求解判断.
【解答】
解:
对于A,AF=AB+BF=AB+12(BC+BB1)=AB+12(AC-AB)+12AA1=12AB+12AC+12AA1,故A正确;
对于B,假设存在E,设A1E=λA1B1,0≤λ≤1,
所以BE=AE-AB=AA1+A1E-AB=AA1+λA1B1-AB=AA1+(λ-1)AB,
因为AF⊥BE,
所以AF⋅BE=(12AB+12AC+12AA1)⋅[AA1+(λ-1)AB]=12(λ-1)AB2+12AA12+
12(λ-1)AC⋅AB=12(1-λ)+12×22+12(λ-1)×1×1×12=0,
解得λ=9,故B错误;
对于C,因为正三棱柱ABC-A1B1C1,
所以AB//A1B1,
所以VE-ABF=VB1-ABF=VF-ABB1=12VC-ABB1=12VB1-ABC=12×12×1×1× 32×2×13= 312,
所以VB-AEF=VE-ABF= 312,故C正确;
对于D,设BC中点为O,在正三角形△ABC中,AO⊥BC,又三棱柱ABC-A1B1C1是正三棱柱,BB1⊥面ABC,AO⊂面ABC,∴BB1⊥AO,BB1∩BC=B,BB1,BC⊂面BB1CC1所以AO⊥平面BB1C1C,
所以∠AFO即AF与平面BB1C1C所成的角,
cs∠AFO=OFAF=1 72=2 77,故D错误;
故选:AC.
13.【答案】12
解:由题意可得2m-1>05-m>0,解得12
【解析】【分析】利用平面法向量的定义以及面面平行的性质可知a//b,再由向量平行的坐标表示即可得mn=-3.
解:根据题意可知,若α//β则可知a//b,
又a=0,1,m,b=0,n,-3可得1n=m-3,即可得mn=-3.
故答案为:-3
15.【答案】(x-4)2+(y-2)2=9或(x-2)2+y2=9
【解析】【分析】设所求的圆的方程,根据弦心距和弦的中点,建立方程,即可求得圆C的方程.
解:由题意设所求的圆的方程为:(x-a)2+(y-b)2=9.
圆心到直线的距离为d= 9-7= 2=a+b-4 2,
∵圆C被直线l:x+y-4=0截得的弦AB的中点为P3,1,∴1-b3-a=1,
解得a=4,b=2或a=2,b=0,
即所求的圆的方程为:(x-4)2+(y-2)2=9或(x-2)2+y2=9.
故答案为:(x-4)2+(y-2)2=9或(x-2)2+y2=9.
16.【答案】24+12 2
【解析】【分析】根据两变量满足的方程,求解关于两变量解析式的范围或最值的题型,关键在于对方程的理解,如果满足熟知的点的轨迹,则可以利用定义得出轨迹方程,再通过参数方程求出x,y,将其转化为单变量问题求解.
先根据方程判断点(x,y)的轨迹方程,再将其转化为参数方程,代入所求式,利用正弦型函数的有界性求解即得.
解:因实数x,y满足 x+ 72+y2+ x- 72+y2=8,8>2 7,
故可知点(x,y)的轨迹是以(- 7,0),( 7,0)为两焦点的椭圆,轨迹方程为:x216+y29=1,
故可设该椭圆的参数方程为:x=4csθy=3sinθ,(θ为参数)
则3x-4y-24=|12csθ-12sinθ-24|=12| 2sin(θ-π4)+2|,
故当sin(θ-π4)=1时,3x-4y-24取得最大值为24+12 2.
故答案为:24+12 2
17.【答案】解:(1)
∵四边形ABCD为菱形,BD//x轴,∴AC⊥x轴,∴可设C(-1,t),
∵|AD|=|CD|,∴ (-3+1)2+(1-0)2= (-3+1)2+(1-t)2,
解得:t=0(舍)或t=2,∴C(-1,2).
∴A,C中点坐标为(-1,1),
由于D-3,1,且(-1,1)是B,D中点,∴B点坐标为(1,1),
(2)
A-1,0,B(1,1),由中点坐标公式得E(0,12),
又D-3,1,∴kDE=-16,
则过点A且与直线DE垂直的直线斜率为:6,
∴所求直线方程为:y=6x+6,即6x-y+6=0.
【解析】【分析】(1)根据题意可设C(-1,t),利用|AD|=|CD|,求C的坐标,利用中点坐标公式求出B,
(2)先求得kDE=-16,再利用两直线垂直,斜率之积为-1求出直线DE斜率,进而可得到答案.
18.【答案】解:(1)
AB=2BC=2,所以得AD=BC=1,
又AD2+PA2=1+4=5= 52=PD2,所以PA⊥AD,
又PA⊥AB,AD∩AB=A,AD,AB⊂平面ABCD,所以PA⊥平面ABCD,
(2)
知PA⊥AB,PA⊥AD,AB⊥AD
以A为原点建立如图所示空间直角坐标系,
则B(2,0,0),D(0,1,0),P(0,0,2),E(0,12,1),C(2,1,0)
则BP=(-2,0,2),BC=(0,1,0),EB=(2,-12,-1),
设平面PBC的一个法向量n=(x,y,z),
则有-2x+2z=0y=0,令x=1,则有y=0,z=1,
∴平面PBC的一个法向量n=(1,0,1),
设直线EB与平面PBC所成角为θ,
所以sinθ=cs
所以直线EB与平面PBC所成角的正弦值为 4221.
【解析】【分析】(1)利用勾股定理得PA⊥AD,进而证PA⊥平面ABCD,
(2)以A为原点建立如图所示空间直角坐标系,求出平面PBC的法向量,以及EB的方向向量,可求直线EB与平面PBC所成角的正弦值.
19.【答案】解:(1)
由题知,ab=122a2-12b2=1解得,a= 3b= 3
所以双曲线C的方程为:x23-y23=1
(2)
∵PF1⊥PF2∴PF12+PF22=F1F22=2c2=24
根据双曲线的定义得,PF1-PF2=2a=2 3
∴PF1-PF2=2 3PF12+PF22=24解方程得,PF1⋅PF2=6
S▵PF1F2=12PF1⋅PF2=12×6=3
【解析】【分析】考查双曲线方程求解及焦点三角形的面积求解,属基础题.
(1)根据双曲线渐近线方程得ab=1,根据点M2,1在双曲线上列方程22a2-12b2=1,最后解方程组得出双曲线的方程;
(2)根据双曲线定义和PF1⊥PF2列方程组求解PF1⋅PF2,再根据三角形面积公式计算面积可得出答案.
20.【答案】(1)
解:以点D为坐标原点,AB、DC所在直线分别为x、y轴建立如下图所示的平面直角坐标系,
则点C0,4、B8,0,由圆的对称性可知,圆心在y轴上,
设圆心坐标为0,b,设圆的半径为r,则圆弧AB⌢所在圆的方程为x2+y-b2=r2,
因为点C、B在圆上,则0+4-b2=r282+0-b2=r2,解得b=-6,r=10。
所以,圆弧AB⌢所在圆的方程为x2+y+62=100,
因此,圆弧AB⌢的方程为x2+y+62=1000≤y≤4.
(2)
解:此火车不能通过该路口,
由题意可知,隔墙在y轴右侧1米,车宽2米,车高3.6米,
所以货车右侧的最高点的坐标为3,3.6,
因为32+3.6+62>100,因此,该货车不能通过该路口.
【解析】【分析】(1)以点D为坐标原点,AB、DC所在直线分别为x、y轴建立平面直角坐标系,分析可知圆心在y轴上,设圆心坐标为0,b,设圆的半径为r,将点B、C的坐标代入圆的方程,求出b、r的值,结合图形可得出圆弧AB⌢的方程;
(2)求出货车右侧的最高点的坐标,代入圆弧AB⌢的方程,可得出结论.
21.【答案】解:(1)证明:取PB中点M,连接AM,EM,
∵E为PC的中点,∴ME//BC,ME=12BC,
又∵AD//BC,AD=12BC,
∴ME//AD,ME=AD,
∴四边形ADEM为平行四边形,∴DE//AM,
∵DE⊄平面PAB,AM⊂平面PAB,
∴DE//平面PAB;
(2)∵平面PAB⊥平面ABCD,平面PAB∩平面ABCD=AB,
BC⊂平面ABCD,BC⊥AB,∴BC⊥平面PAB,
取AB中点G,连接FG,PG,则PG⊥AB,FG//BC,∴FG⊥平面PAB,
∴∠GPF=60 ∘,GF=12(AD+BC)=3,
∴tan60∘=3PG,∴PG= 3,
又PA=PB=2,PG⊥AB,
∴AG=GB= 4-3=1,AB=2,
如图以G为坐标原点,GB为x轴,GF为y轴,GP为z轴建立空间直角坐标系,
∴P(0,0, 3),C(1,4,0),D(-1,2,0),
∴PC=(1,4,- 3),CD=(-2,-2,0),
设平面PCD的一个法向量n1=(x,y,z),
∴n1⋅PC=0n1⋅CD=0,∴x+4y- 3z=0-2x-2y=0,
取y=1,则n1=(-1,1, 3),
平面PAB的一个法向量可取n2=(0,1,0),
设平面PAB与平面PCD所成锐二面角为θ,
∴csθ=n1⋅n2|n1||n2|=1 5= 55,
即平面PAB与平面PCD所成锐二面角的余弦值为 55.
【解析】本题主要考查平面与平面所成角的向量求法,以及线面平行判定,线面角的几何求法,利用向量法是解决本题的关键,是中档题.
(1)取PB中点M,证明DE//AM,根据线面平行的判定定理即可证明结论;
(2)建立空间直角坐标系,求得相关点的坐标,求出平面PCD和平面PAB的法向量,根据向量的夹角公式即可求得答案.
22.【答案】解:(1)
由题意可得:c=1a2-b2=c23a2+34b2=1,解得a=2,b= 3c=1,
所以椭圆的方程为:x24+y23=1;
(2)
因为左焦点F1(-1,0),
由题意可得直线l的斜率存在且不为0,
设直线l的方程为x=my-1(m为不等于0的实数),A(x1,y1),B(x2,y2),
由x24+y23=1x=my-1,可得(3m2+4)y2-6my-9=0,
则Δ=(-6m)2+36(3m2+4)=144(m2+1)>0,y1+y2=6m3m2+4,y1y2=-93m2+4,
所以x1+x2=m(y1+y2)-2=-83m2+4,
所以AB 的中点为(-43m2+4,3m3m2+4),
所以线段AB的中垂线方程为:y-3m3m2+4=-m(x+43m2+4),
令x=0,则y=-43m2+4,即Q点纵坐标为-m3m2+4,
又因为是与y轴交于负半轴,所以-43m2+4<0,m>0,
又因为点Q的纵坐标的最大值为-18,
所以-m3m2+4≤-18,解得23≤m≤2,
又因为|AB|= (x1-x2)2+(y1-y2)2= 1+m2⋅|y1-y2|= 1+m2⋅ (y1+y2)2-4y1y2
= 1+m2⋅ (6m3m2+4)2-4⋅(-93m2+4)= 1+m2⋅ 144(m2+1)3m2+4=12(m2+1)3m2+4=4(1-13m2+4),
因为23≤m≤2,
令g(m)=4(1-13m2+4),23≤m≤2,由于函数y=3m2+4在23≤m≤2单调递增,
所以g(m)在[23,2]上单调递增,
所以g(m)min=g(23)=134,g(m)max=g2=154,
所以g(m)∈[134,154],
即|AB|的取值范围为:[134,154].
【解析】【分析】圆锥曲线中取值范围问题的五种求解策略:
(1)利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围;
(2)利用已知参数的范围,求新的参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系;
(3)利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;
(4)利用已知的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;
(5)利用求函数值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围.
(1)由题意列出方程组,求解即可;
(2)设直线l的方程为x=my-1(m为不等于0的实数),联立直线方程与椭圆方程,结合韦达定理可得AB中点坐标,进而得线段AB的中垂线方程,求出Q的纵坐标,结合题意求得23≤m≤2,由弦长公式可得|AB|=4(1-13m2+4),令g(m)=4(1-13m2+4),23≤m≤2,根据函数g(m)的单调性求出其值域即得答案.
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