2023-2024学年山东省潍坊市高二(下)期末数学试卷(含解析)
展开1.已知向量a=(1,2,3),b=(−4,5,x),若a⊥b,则实数x=( )
A. 2B. −2C. 3D. −3
2.已知等差数列{an}中,a2=4,a5=−2,则这个数列的前6项和为( )
A. 2B. 4C. 6D. 8
3.已知数列{an}满足an+2=−1an,且a1=1,a2=2,则a2024=( )
A. 1B. 2C. −1D. −12
4.一圆锥的轴截面SAB为等边三角形,S为圆锥顶点,点C为AB的中点,则直线SA与BC所成角的余弦值为( )
A. 14B. 24C. 34D. 64
5.已知等差数列{an}的公差不为零,Sn为其前n项和,若S7=0,则Sk(k=1,2,…,50)中不同数值的个数为( )
A. 45B. 46C. 47D. 48
6.已知两圆台体积之比为1:12,第一个圆台上、下底面半径分别为r1,r2,第二个圆台上、下底面半径分别为r2,r3,若r1,r2,r3是公比为2的等比数列,则这两个圆台的高之比可以为( )
A. 19B. 14C. 13D. 12
7.如图,已知A,B,C三点不共线,O为平面ABC外任意一点,且平面ABC中的小方格均为边长为1的正方形,
A. 15B. 15C. 2 3D. 12
8.已知数列{an}满足a1=2024,an+1=an2+an−2(n∈N∗),若正整数k使得ak+1=a12+a22…+ak2成立,则k=( )
A. 1012B. 1013C. 2024D. 2026
二、多选题:本题共3小题,共18分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。
9.设m,n是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,则( )
A. 若m⊂β,α⊥β,则m⊥α
B. 若m⊥α,m⊥β,n⊂α,则n//β
C. 若m//α,m//β,α∩β=n,则m//n
D. 若m⊥n,m⊥α,n//β,则α⊥β
10.将一些数排成如图所示的倒三角形,其中第一行各数依次为1,3,5,…,2025.从第二行起,每一个数都等于它“肩上”的两个数之和,最后一行只有一个数M,从上往下每一行的第一个数构成的数列记为{an},则( )
A. a4=32
B. an+1=an+2n
C. M=1013×21012
D. 第n行的所有数之和为1013(1014−n)2n−1
11.在一个棱长为2的正方体内做两个互相垂直的内切圆柱,其相交的部分就是“牟合方盖”,如图1所示,图2是牟合方盖的八分之一,其中OABC为正方形,截面PSRQ与平面OABC平行,设二面角A−DO−B大小为α,二面角A−CO−Q大小为β,∠BOR=γ,∠QOR=δ,则( )
A. 该牟合方盖的内切球体积为4π3B. α<δ
C. sinδ=sinαcsγD. csαcsγ=csβcsδ
三、填空题:本题共3小题,每小题5分,共15分。
12.记Sn为等比数列{an}的前n项和.若a1=1,S3=34,则a4=______.
13.一个三棱锥和一个四棱锥恰好可以拼接成一个正三棱台,这个三棱锥的底面为边长是1的等边三角形,这个四棱锥的底面为等腰梯形,该等腰梯形的上、下底面边长分别为1,3,腰长为2,则正三棱台的高为______.
14.已知函数f(x)=(x−1)3+2,数列{an}是公差不为0的等差数列f(a1)+f(a2)+…+f(a9)=18,则a1+a2+…+a9= ______.
四、解答题:本题共5小题,共77分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。
15.(本小题13分)
记Sn为正项数列{an}的前n项和,且数列{ Sn}是公差为 2的等差数列,a1=2.
(1)证明:{an}是等差数列;
(2)若bn=an2n+1,求数列{bn}的前n项和Tn.
16.(本小题15分)
如图,在长方体ABCD−A1B1C1D1中,E是棱CC1上靠近点C的三等分点,平面D1AE∩平面BCC1B1=l,l∩BC=F.
(1)求CFFB的值;
(2)已知ABCD为边长为 2的正方形,AA1=3.
①证明:D1E⊥平面ADE;
②求四棱锥D−AD1EF的体积.
17.(本小题15分)
已知Sn为数列{an}的前n项和,且满足Sn=2an−1.
(1)求{an}的通项公式;
(2)设bn=(−1)nSn,cn=an+1(an+1−1)(an+2−1),若对任意的n∈N∗,都有i=12n−1bi
如图,圆柱的轴截面ABCD是边长为4的正方形,下底面圆O的一条弦EF交CD于点G,DG=1,DE=DF,P是上底面圆周上的动点.
(1)证明:平面AEF⊥平面ABCD;
(2)求点D到平面AEF的距离;
(3)若二面角P−EF−A的正切值为67,且P,F在轴截面ABCD同侧,求圆柱侧面上点P到点F的最短距离.
19.(本小题17分)
已知集合M={a1,a2,…,an}(n≥3且n∈N∗)的元素均为正整数,对于M的任意两个非空子集A,B,如果A中所有元素之和与B中所有元素之和不相等,就称M具有性质R.
(1)判断以下两个集合是否具有性质R,并说明理由;
M1={1,2,4,6,9},M2={1,3,5}.
(2)已知M具有性质R.
证明:①∀k≤n,i=1kai≥2k−1,k∈N∗;
②i=1n1ai≤2−12n−1,并指出“=”成立的条件.
答案解析
1.B
【解析】解:因为向量a=(1,2,3),b=(−4,5,x),
又a⊥b,
则1×(−4)+2×5+3x=0,
则x=−2.
故选:B.
根据向量垂直的坐标运算可解.
本题考查向量垂直的坐标运算,属于基础题.
2.C
【解析】解:设等差数列的公差为d,
a2=4,a5=−2,
故3d=a5−a2=(−2)−4=−6,解得d=−2,
所以a1=a2−d=6,
故这个数列的前6项和为:6a1+6×52d=36−30=6.
故选:C.
结合等差数列的性质,求出d,再结合等差数列的前n项和公式,即可求解.
本题主要考查等差数列的前n项和公式,是基础题.
3.D
【解析】解:an+2=−1an,且a1=1,a2=2,
可得a3=−1a1=−1,a4=−1a2=−12,
a5=−1a3=1=a1,a6=−1a4=2=a2,…,
则数列{an}是最小正周期为4的数列,
则a2024=a4×506=a4=−12.
故选:D.
由数列的递推式求得数列的前几项,推得数列{an}是最小正周期为4的数列,可得所求值.
本题考查数列中的项,求得数列的周期性是解题的关键,考查运算能力,属于中档题.
4.B
【解析】解:以O为坐标原点,OB,OS分别为y,z轴,垂直于平面SAB的轴为x轴,建立如图所示的空间直角坐标系,
设AB=6,则A(0,−3,0),B(0,3,0),S(0,0,3 3),C(−3,0,0),
所以SA=(0,−3,−3 3),BC=(−3,−3,0),
所以cs
所以异面直线SA与BC所成角的余弦值为 24.
故选:B.
以O为坐标原点建立空间直角坐标系,写出向量SA,BC的坐标,再利用空间向量数量积的坐标运算法则,得解
本题考查异面直线夹角的求法,熟练掌握利用空间向量求异面直线夹角的方法是解题的关键,考查空间立体感和运算求解能力,属于基础题.
5.C
【解析】解:设等差数列{an}的公差为d,
S7=0,
则7a4=0,解得a4=0,即a1+3d=0,即a1=−3d,
Sn=na1+n(n−1)2d=12dn2−72dn=12d(n2−7n),对称轴为n=72,
1<72,2<72,3<72,
故Sk(k=1,2,…,50)中不同数值的个数为50−3=47.
故选:C.
根据已知条件,先求出a1=−3d,再结合等差数列的前n项和公式,以及函数的对称性,即可求解.
本题主要考查等差数列的前n项和,属于基础题.
6.C
【解析】解:设两圆台体积分别为V1,V2,高分别为ℎ1,ℎ2,
∵r1,r2,r3是公比为2的等比数列,
∴r2=2r1,r3=2r2=4r1,
∴V1V2=13π(r12+r22+r1r2)ℎ113π(r22+r32+r2r3)ℎ2=7r12ℎ128r12ℎ2=ℎ14ℎ2=112,
∴ℎ1ℎ2=13.
故选:C.
根据圆台的体积公式求解.
本题主要考查了圆台的体积公式,属于基础题.
7.A
【解析】解:由题意知,
所以OP=OA+2AB+AC,
所以OP2=OA2+4AB2+AC2+4OA⋅AB+2OA⋅AC+4AB⋅AC=4+4+1+4×2×1×cs60°+2×2×1×cs60°+4×1×1×cs90°=15,
所以|OP|= 15.
故选:A.
根据题意,得出OP=OA+2AB+AC,再求模长即可.
本题考查了空间向量的线性运算与数量积运算问题,是基础题.
8.A
【解析】解:由an+1=an2+an−2,可得an+1−an=an2−2,
可得a12+a22…+ak2=(a2−a1+2)+(a3−a2+2)+...+(ak+1−ak+2)
=ak+1−a1+2k=ak+1−2024+2k=ak+1,
即2k=2024,解得k=1012.
故选:A.
由已知递推式可得an+1−an=an2−2,结合数列的裂项相消求和,计算可得所求值.
本题考查数列的递推式和数列的裂项相消求和,考查转化思想和运算能力,属于中档题.
9.BC
【解析】解:若m⊂β,α⊥β,则m与α可以成任意角,∴A选项错误;
若m⊥α,m⊥β,则α//β,又n⊂α,则n//β,∴B选项正确;
若m//α,m//β,α∩β=n,则m//n,∴C选项正确;
若m⊥n,m⊥α,n//β,则α与β可以成任意角,∴D选项错误.
故选:BC.
根据空间中各要素的位置关系逐一判断即可.
本题考查空间中各要素的位置关系,属基础题.
10.ACD
【解析】解:由a1=1,a2=4=2a1+2,a3=12=2a2+22,a4=32=2a3+23,..可得an+1=2an+2n,故A正确,B错误;
由an+12n+1=an2n+12,a12=12,可得an2n=12n,即有an=n⋅2n−1,则M=1013×21012,故C正确;
第n行由公差为2n,首项为n⋅2n−1,个数为1014−n的等差数列,
则第n行的所有数之和为(1014−n)⋅n⋅2n−1+12(1014−n)(1013−n)⋅2n=1013(1014−n)⋅2n−1,故D正确.
故选:ACD.
由a1,a2,a3,a4,推得an+1=2an+2n,由等差数列的定义和通项公式,可得an=n⋅2n−1,可判断ABC;由等差数列的求和公式,可判断D.
本题考查等差数列的通项和求和公式,考查转化思想和运算能力、推理能力,属于中档题.
11.ACD
【解析】解:对于A,内切球半径为原正方体半棱长,
即R=1,所以V=43πr2=43π,故A正确;
对于B,显然AO⊥DO、BO⊥DO,
易得∠AOB=α=45°=∠QPR,
而∠QPR=二面角Q−DO−R>∠QOR,
所以α>δ,故B错误;
对于C,显然RQ⊥平面AOD,
所以OR⋅sinδ=RQ,
由题意及牟合方盖性质,
可得四边形SPQR为正方形,
所以OR⋅sinα⋅csγ=sin(90°−γ)⋅sinα=sin∠ROP⋅sinα=PR⋅sinα=RQ,
所以sinδ=sinα⋅csγ,故C正确;
对于D,由于α=45°,所以sinα=csα,
结合C项,OR⋅csα⋅csγ=RQ,
由于AO、QO⊥CO,
易得∠AOQ=β,
所以OR⋅csβ⋅csδ=OQ⋅csδ=OQ⋅sin∠QOP=PQ=RQ,
所以csα⋅csγ=csβ⋅csδ,故D正确.
故选:ACD.
对于A,由题意可得内切球半径R=1,再由体积公式计算即可;
对于B,由题意可得AO⊥DO、BO⊥DO,∠AOB=α=45°=∠QPR,从而得∠QPR=二面角Q−DO−R>∠QOR,即可判断;
对于C,由题意可得RQ⊥平面AOD,则有OR⋅sinδ=RQ,又由四边形SPQR为正方形,可得OR⋅sinα⋅csγ=RQ,即可判断;
对于D,由题意可得∠AOQ=β,再结合C求解即可.
本题考查了求球的体积、直线与平面、平面与平面所成角的计算,考查了空间想像能力,属于中档题.
12.−18
【解析】解:根据题意,设等比数列{an}的公比为q,
若a1=1,S3=34,则S3=a1+a1q+a1q2=1+q+q2=34,解可得q=−12,
则a4=a1q3=−18;
故答案为:−18.
根据题意,设等比数列{an}的公比为q,由等比数列的通项公式可得S3=a1+a1q+a1q2=1+q+q2=34,解可得q的值,进而计算可得答案.
本题考查等比数列的前n项和,涉及等比数列的通项公式,属于基础题.
13.2 63
【解析】解:如图:
正三棱台A1B1C1−ABC由三棱锥A−A1B1C1和四棱锥A−BCC1B1组成,
则由题可知:A1B1=B1C1=1,BB1=CC1=2,BC=AB=3.
设上底面A1B1C1在下底面的投影为A′B′C′,
则C1C′即为该正三棱台的高,
因为△A′B′C′是边长为1的正三角形,
△ABC是边长为3的正三角形.
则如图①,过C′作C′M⊥BC与M,则CM=1,∠C′CM=30°,
所以CC=1cs30 ∘=2 33.
所以Rt△C1C′C中,C1C′= C1C2−C′C2
= 22−(2 33)2
= 4−43
=2 63.
即正三棱台的高为2 63.
故答案为:2 63.
通过作出图形,根据已知条件画出辅助线求解即可.
本题考查棱锥和棱台结构性质,属于中档题.
14.9
【解析】解:根据题意,因为函数f(x)=(x−1)3+2,
即f(x)−2=(x−1)3,即f(x)−2关于点(1,0)对称,
因为f(a1)+f(a2)+…+f(a9)=18,
f(a1)−2+f(a2)−2+…+f(a9)−2=0,
必有a1+a2+…+a9=9(a1+a9)2=9.
故答案为:9.
构造函数f(x)−2,根据函数的对称性和等差数列的性质即可求解.
本题考查函数的性质和等差数列的综合应用,涉及等差数列的性质,属于基础题.
15.解:(1)证明:由数列{ Sn}是公差为 2的等差数列,a1=2,
可得 Sn= 2+ 2(n−1)= 2n,
即有Sn=2n2,
当n=1时,a1=S1=2;
当n≥2时,an=Sn−Sn−1=2n2−2(n−1)2=4n−2,
上式对n=1也成立,
则an=4n−2,且an+1−an=4(n+1)−2−4n+2=4,
可得{an}是等差数列;
(2)bn=an2n+1=(2n−1)⋅(12)n,
可得数列{bn}的前n项和Tn=1⋅12+3⋅(12)2+...+(2n−1)⋅(12)n,
12Tn=1⋅(12)2+3⋅(12)3+...+(2n−1)⋅(12)n+1,
上面两式相减可得12Tn=12+2[(12)2+...+(12)n]−(2n−1)⋅(12)n+1
=12+2⋅14(1−12n−1)1−12−(2n−1)⋅(12)n+1=32−2n+32n+1,
则Tn=3−2n+32n.
【解析】(1)由等差数列的通项公式求得 Sn= 2n,再由an与Sn的关系,结合等差数列的定义,可得证明;
(2)由数列的错位相减法求和,结合等比数列的求和公式,可得所求和.
本题考查等差数列的定义、通项公式和等比数列的求和公式,以及数列的错位相减法求和,考查转化思想和运算能力,属于中档题.
16.解:(1)如图,取BC靠近C的三等分点F,连接EF,
又E是棱CC1上靠近点C的三等分点,
∴EF//C1B,又易知D1A//C1B,
∴D1A//EF,
∴平面D1AE即为平面D1AFE
∴平面D1AE∩平面BCC1B1=l=EF,
∴CFFB=12;
(2)①证明:∵E是棱CC1上靠近点C的三等分点,
∴EC=13CC1=1,C1E=2,又DC=D1C1= 2,
∴tan∠EDC=ECDC=1 2= 22,tan∠D1EC1=D1C1C1E= 22,
∴∠EDC=∠D1EC1,又∠EDC+∠DEC=90°,
∴∠D1EC1+∠DEC=90°,∴D1E⊥DE,
又AD⊥平面D1C1CD,D1E⊂平面D1C1CD,
∴AD⊥D1E,又DE∩AD=D,
∴D1E⊥平面ADE;
②由(1)知D1A//EF,且D1A=3EF,
∴S梯形AD1EF=4S△AEF,
∴四棱锥D−AD1EF的体积为:
VD−AD1EF=4VD−AEF=4VE−ADF
=4×13×S△ADF×EC
=4×13×12× 2× 2×1=43.
【解析】(1)取BC靠近C的三等分点F,则易证D1A//EF,从而可求解;
(2)①只需证明D1E⊥DE,AD⊥D1E即可;
②由(1)知D1A//EF,且D1A=3EF,从而可得S梯形AD1EF=4S△AEF,从而可得四棱锥D−AD1EF的体积为:VD−AD1EF=4VD−AEF=4VE−ADF,再计算即可求解.
本题考查线面垂直的证明,四棱锥的体积的求解,化归转化思想,属中档题.
17.解:(1)由Sn=2an−1,可得a1=S1=2a1−1,解得a1=1;
当n≥2时,an=Sn−Sn−1=2an−1−2an−1+1,化为an=2an−1,
可得数列{an}是首项为1,公比为2的等比数列,即有an=2n−1;
(2)Sn=2n−1,i=12n−1bi=−(2−1)+(4−1)+...−(22n−1−1)=−2[1−(−2)2n−1]1−(−2)=−23(1+22n−1)+1,
由{−23(1+22n−1)+1}递减,可得n=1时,取得最大值−1;
cn=an+1(an+1−1)(an+2−1)=2n(2n−1)(2n+1−1)=12n−1−12n+1−1,
i=12nci=1−13+13−17+...+12n−1−12n+1−1=1−12n+1−1,
由{1−12n+1−1}递增,可得n=1时,取得最小值23,
对任意的n∈N∗,都有i=12n−1bi
【解析】(1)由an与Sn的关系,结合等比数列的定义、通项公式,可得所求;
(2)由等比数列的求和公式和数列的裂项相消求和、数列的单调性,可得最值,再由不等式恒成立思想,可得所求取值范围.
本题考查数列的项与和的关系,以及数列的裂项相消求和、不等式恒成立问题,考查转化思想和运算能力、推理能力,属于中档题.
18.解:(1)证明:因为圆柱的底面为圆,DE=DF,
所以由圆的对称性可得DC⊥EF,
又圆柱的侧棱BC⊥底面圆O,EF⊂底面圆O,
所以BC⊥EF,
又DC∩BC=C,DC⊂面ABCD,BC⊂面ABCD,
所以EF⊥面ABCD,
又EF⊂面AEF,
所以面AEF⊥面ABCD.
(2)因为圆柱的轴截面ABCD是边长为4的正方形,DG=1.
所以OD=OC=OE=OF=2,OG=1,
又DO⊥EF,
所以FG= FO2−GO2= 3,则EG= 3,
在Rt△ADG中,AG= AD2+DG2= 42+12= 17,
因为AD⊥底面圆O,EF⊂底面圆O,
所以AD⊥EF,
又AD∩DG=D,AD⊂面ADG,AG⊂面ADG,
所以EF⊥面ADG,
又AG⊂面ADG,
所以EF⊥AG,
因为VD−AEF=VA−DEF,
所以13S△AEF⋅ℎ=13S△DEF⋅AD,
所以13⋅12⋅2 3⋅ 17⋅ℎ=13⋅12⋅2 3⋅1⋅4,
所以ℎ=4 1717.
(3)设平面PEF交圆柱上底面与PQ,
因为圆柱上、下底面平行,
所以EF//PQ,
设PQ∩AB=H,
所以二面角P−EF−A的大小就是二面角H−EF−A的大小,
分别以DC,DA为y轴,z轴,建立空间直角坐标系:
因为DG=1,底面圆半径为4,则EG=FG= 3,
则A(0,0,4),E( 3,1,0),F(− 3,1,0),
设H(0,m,4)(0
设平面AEF的一个法向量为n1=(x1,y1,z1),
由n1⋅AE= 3x1+y1−4z1=0n1⋅AF=− 3x1+(m−1)y1−4z1=0,
令z1=1,则n1=(0,4,1),
设平面HEF的一个法向量为n2=(x2,y2,z2),
由n2⋅EF=−2 3x2=0n2⋅EH=− 3x2+(m−1)y2+4z2=0,
令y2=4,则n2=(0,4,1−m),
所以|cs
因为二面角P−EF−A的正切值为67,
所以|17−m| 17⋅ 16+(1−m)2=67,
整理得11m2+18m−153=0,
解得m1=3,m2=−5111(舍),则AH=3,
所以P(± 3,3,4),
当P(− 3,3,4)时,满足题意,
此时DF=BP=2,
所以DF,BP所对圆心角为π3,
如图所示,BP=DF=2π3,AB=2π,
过P作PP1⊥CD,垂足为P1,
在Rt△PFP1中,PF= 42+(2π3)2=23 π2+36,
所以圆柱侧面上点P到点F的最短距离为23 π2+36.
【解析】(1)由面面垂直的判定定理,即可得出答案.
(2)设点D到平面AEF的距离为ℎ,由等体积法可得VD−AEF=VA−DEF,即可得出答案.
(3)分别以DC,DA为y轴,z轴,建立空间直角坐标系,求出平面AEF的法向量n1=(x1,y1,z1),平面HEF的法向量n2=(x2,y2,z2),则|cs
本题考查直线与平面的位置关系,点到平面的距离,二面角,解题中注意空间向量法的应用,属于中档题.
19.解:(1)对于集合M1={1,2,4,6,9},因为6=2+4,
故集合{6},{2,4}的元素和相等,故M1不具有性质R;
对于M2={1,3,5},其共有7个非空子集:{1},{3},{5},{1,3},{1,5},{3,5},{1,3,5},
各集合的和分别为:1,3,5,4,6,8,9,它们彼此相异,
故M2具有性质R;
(2)证明:因为{a1,a2,⋯,an}具有性质R,故对于任意的k,{a1,a2,⋯,ak}也具有性质R,
否则{a1,a2,⋯,ak}有两个非空子集A,B,它们的元素和相等,
而A,B也是{a1,a2,⋯,an}的子集,故{a1,a2,⋯,an}不具有性质R,矛盾.
注意到{a1,a2,⋯,ak}共有2k−1个非空子集,每个子集的元素和相异,
且子集的和最大为a1+a2+⋯ak,最小为a1,故a1+a2+⋯ak≥2k−1.
②假设集合M={a1,a2,⋯,an}具有性质S,
不妨设a1
设ci=12i−1ai,则ci−ci+1>0,有①可得di=ai−2i−1,且Dk=i=1kdi≥0,
而a1−1a1+a2−22a2+⋯+an−2n−12n−1an=c1d1+c2d2+⋯+cndn
=c1D1+c2(D2−D1)+⋯+cn(Dn−Dn−1)
=(c1−c2)D1+(c2−c3)D2+⋯+(cn−1−cn)Dn−1+cnDn≥0,
故1a1+1a2+⋯1an≤1+12+⋯+12n−1=1×[1−(12)n]1−12=2−12n−1,
当且仅当D1=D2=⋯=Dn=0时等号成立,
即此时任意的正整数k,a1+a2+⋯+ak=2k−1,即a1=1,ak=2k−2k−1=2k−1,
故此时ak=2k−1时等号成立,故1a1+1a2+⋯+1an的最大值为2−12n−1.
【解析】(1)根据集合M具有性质R的定义结合反例可判断两个集合是否具有性质P;
(2)①根据{a1,a2,⋯,ak}也具有性质R及其子集的个数可证i=1kai≥2k−1;
②不妨设a1
山东省潍坊市2023-2024学年高二下学期期末考试数学试卷(PDF版附答案): 这是一份山东省潍坊市2023-2024学年高二下学期期末考试数学试卷(PDF版附答案),共10页。
2023-2024学年山东省青岛实验高中高二(下)期初质检数学试卷(含解析): 这是一份2023-2024学年山东省青岛实验高中高二(下)期初质检数学试卷(含解析),共18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。
2023-2024学年山东省聊城市高二(上)期末数学试卷(含解析): 这是一份2023-2024学年山东省聊城市高二(上)期末数学试卷(含解析),共17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。