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参考答案
高二数学试卷 A(一)
一、选择题:本题共8小题,每小题5分,共40分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符
合题目要求的。
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 A D A C C B D D
【解析】
1.a=(1,-1,-2),b=(1,2,3),c=(3,3,m),
由向量a,b,c共面,可知存在有序实数对(x,y),使得c=xa+yb,
{x+y=3 {x=1
即(3,3,m)=x(1,-1,-2)+y(1,2,3),∴ -x+2y=3 ,解得 y=2,即m=4.故选A.
-2x+3y=m m=4
2.由x+(m+2)y-3-m=0,得x+2y-3+m(y-1)=0,
令y-1=0,则y=1,x=1,所以直线l恒过定点(1,1),
则圆的方程为(x-1)2+(y-1)2=(槡2)2,即x2+y2-2x-2y=0.故选D.
3.由题意,圆x2+y2+2x+4y=0即(x+1)2+(y+2)2=5,
所以圆心为C(-1,-2),半径r=槡5,
|-1+2+1|
可得圆心到直线x-y+1=0的距离d= =槡2.故选A.
槡12+(-1)2
4.由题意直线l:(2a+1)x+ay+1=0,l:(a+2)x+ay+2=0,
1 2
直线l,l平行或重合的充要条件是(2a+1)a=(a+2)a,所以a=0或a=1,
1 2
将a=1代入直线l,l的方程,得l:3x+y+1=0,l:3x+y+2=0,易知l∥l;
1 2 1 2 1 2
将a=0代入直线l,l的方程,得l:x+1=0,l:2x+2=0,直线l,l重合,故a=0舍去,
1 2 1 2 1 2
综上所述,“a=1”是“l∥l”的充要条件.故选C.
1 2
5.直线l的方程为x-ysinθ+2=0,设直线的倾斜角为α,
π
①当sinθ=0时,直线l的方程为x=-2,α= ;
2
参考答案 第 1页 (共16页)
书书书1
②当sinθ≠0时,直线的斜率k=tanα= ,所以tanα∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
sinθ
π π π 3π
所以α∈[ , )∪( , ],
4 2 2 4
π 3π
综上所述,α∈[ , ].故选C.
4 4
6.如图,由已知可得,BB⊥底面ABC,
1
又BA,BC底面ABC,所以BB⊥BC,BB⊥BA,
1 1
又因为AB⊥BC,所以BA,BB,BC两两垂直,
1
分别以BA,BC,BB为x,y,z轴建立空间直角坐标系,
1
a a
设BC=a(a>0),则B(0,0,0),C(0,a,0),M(0, ,槡2a),N( ,0,槡2a),
2 2
→ a → a
所以CN=( ,-a,槡2a),BM=(0, ,槡2a),
2 2
设直线BM与直线CN所成角为θ,
3
→ → a2
→ → |BM·CN| 2 2槡13
则cosθ=|cos?BM,CN?|=→ → = = ,
|BM||CN| 3 槡13 13
a· a
2 2
2槡13
所以直线BM与直线CN所成角的余弦值为 .故选B.
13
7.将圆的方程整理为标准方程(x+2)2+y2=4,
设AB中点为D,由圆的性质可知△ABC为等腰三角形,
1
其中CA=CB,则CD=CA×sin30°=2× =1,
2
即圆心C(-2,0)到直线4x-3y+a=0的距离为d=1,
|-8+0+a|
据此可得 =1,即|a-8|=5,解得a=3或a=13.故选D.
槡42+(-3)2
8.∵方程x2+y2+mx+ny=0表示圆,∴m2+n2-4×0>0,即m2+n2>0,
圆C:x2+y2+mx+ny=0,圆C:x2+y2-2x-4y=0,
2 1
两圆的方程相减,可得两圆的公共弦所在直线l的方程:(m+2)x+(n+4)y=0,
若圆C平分圆C的周长,则圆C的圆心在直线l上,
2 1 1
∵圆C的圆心为(1,2),∴(m+2)+2(n+4)=0,即m=-2n-10,
1
∴n2-m=n2+2n+10=(n+1)2+9,当n=-1时,n2-m取最小值9.故选D.
参考答案 第 2页 (共16页)二、选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要
求,全部选对的得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分。
题号 9 10 11
答案 AD ACD ACD
【解析】
9.如图,直线l,l,l的斜率分别为k,k,k,倾斜角分别为α,α,α,则 k>k>0,k<0,
1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 1
故α>α>0,且α为钝角,∴α<α<α.故选AD.
2 3 1 3 2 1
→ → → → → →
10.在平行六面体ABCDABCD 中,可得AC=AC+CC=AB+AD+AA=a+b+c,A正确;
1 1 1 1 1 1 1
在平行六面体ABCDABCD 中,M为AC与BD 的交点,所以M为BD 的中点,
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
→ → → → 1→
可得BM =BB+BM=AA+ BD
1 1 1 2 1 1
→ 1→ → 1 → →
=AA+ BD=AA+ (AD-AB)
1 2 1 2
1 1
= b- a+c,B错误;
2 2
→ → → π
因为|AB|=|AD|=|AA|=1,且∠AAD=∠AAB=∠BAD= ,
1 1 1 3
→ → → → → → → → π 1
可得AB·AD=AB·AA=AD·AA=|AD|·|AA|cos = ,
1 1 1 3 2
→ 1 1 1
AC2=a2+b2+c2+2a·b+2a·c+2b·c=1+1+1+2× +2× +2× =6,
1 2 2 2
→
可得|AC|=槡6,C正确;
1
→ → 1 1
因为AB·AC=b·(a+b+c)=b·a+b2+b·c= +1+ =2,
1 2 2
→ →
所以cos?
A
→
B,
AC
→
?=→
AB·A
C
→ 1 =
2
=
槡6
,D正确.故选ACD.
1 |AB|·|AC
1
| 1×槡6 3
11.因为圆x2+y2=1的圆心O(0,0),半径r=1,
对于A,点P(3,4),可得|PO|=槡32+42=5,|PA|=|PB|=槡|PO|2-r2=槡25-1=2槡6,
1
则四边形OAPB的面积S=2S =2× |PA|×|AO|=2槡6×1=2槡6,A正确;
△PAC 2
→
对于B,P(6,8),可得OP=(6,8),设四边形OAPB的外接圆上任意一点Q(x,y),
→ →
可得OQ·PQ=0,即(x,y)·(x-6,y-8)=0,即x(x-6)+y(y-8)=0,
参考答案 第 3页 (共16页)整理可得(x-3)2+(y-4)2=25,B错误;
对于C,P在直线4x+3y-12=0上,
|0+0-12| 12
则O,A,P,B所在圆的直径的最小值为圆心O到直线的距离d= = ,C正确;
槡42+32 5
→ →
对于D,设∠APO=θ,∠APB=2θ,则当PA·PB取得最小值时,
2
即|PA|·|PB|cos2θ=|PA|2·(1-2sin2θ)=(|OP|2-1)·(1- )=-2-1+|OP|2
|OP|2
2 2
+ ≥3+2槡2,当且仅当|OP|2= ,即|OP|=槡2时取等号,D正确.故选ACD.
|OP|2 |OP|2
三、填空题:本题共3小题,每小题5分,共15分。
[ 1 4]
12.槡21 13.8 14. ,
3 3
【解析】
12.a,b,c为空间内两两夹角都是120°的三个单位向量,
|a+2b-3c|2 =(a+2b-3c)2=a2+4b2+9c2+4a·b-6a·c-12b·c
=1+4+9+4cos120°-6cos120°-12cos120°=14-2+3+6=21,
则|a+2b-3c|=槡21.故答案为槡21.
13.∵a>0,b>0,直线l:(a-1)x+y-1=0,l:x+2by+1=0,且l⊥l,
1 2 1 2
∴(a-1)×1+1×2b=0,即a+2b=1,
2 1 2 1 4b a 4b a
则 + =( + )(a+2b)=2+ + +2≥4+2槡· =4+4=8,
a b a b a b a b
2 1
当且仅当a=2b时,等号成立,故 + 的最小值为8.故答案为8.
a b
14.实数x,y满足y=槡4-x2+1,可得x2+(y-1)2=4(y≥1),
其表示为圆x2+(y-1)2=4的上半部分,
设半圆上一动点P(x,y),
y+1
表示的几何意义为点P与点A(-4,-1)连接的直线的斜率,
x+4
1+1 1
当点P为(2,1)时,则直线AP的斜率取最小值,为 = ,
2+4 3
当直线AP和半圆相切时,直线AP的斜率取最大值,
设直线AP的方程为y+1=k(x+4),即kx-y+4k-1=0,
参考答案 第 4页 (共16页)|4k-2| 4 4
所以 =2,解得k= 或k=0(舍去),则直线AP的斜率的最大值为 ;
槡k2+1 3 3
y+1 [ 1 4] [ 1 4]
综上, 的取值范围为 , .故答案为 , .
x+4 3 3 3 3
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.(本小题满分13分)
解:(1)根据点B在直线BM:2x-y-5=0上,
设B(m,2m-5),
2m-5-1 -1
可得BC的斜率k= = =-2,
m-5 k
AH
解得m=4,
所以点B的坐标为(4,3);
(2)根据点A在直线AH:x-2y-5=0上,
n+1
设A(2n+5,n),可得AC中点M的坐标为(n+5, ),
2
由M在直线BM上,
n+1
得2(n+5)- -5=0,解得n=-3,
2
所以A点的坐标为(-1,-3),
y+3 x+1
因此,直线AB的方程为 = ,
3+3 4+1
即6x-5y-9=0.
16.(本小题满分15分)
解:(1)设与直线l的距离为槡5的直线方程为x+2y+C=0,
|C+2|
可得 =槡5,解得C=3或C=-7,
槡1+4
所求直线的方程为x+2y+3=0或x+2y-7=0;
(2)圆C:(x+2)2+(y+1)2=1的圆心为C(-2,-1),半径r=1,
设圆C关于直线l的对称圆方程为(x-a)2+(y-b)2=1,
则该圆的圆心C(a,b)与点C关于l对称,
1
-1-b 1 2
{ ×(- )=-1 {a=
-2-a 2 5
可得 ,解得 ,
-2+a -1+b 19
+2× -2=0 b=
2 2 5
2 19
所以圆C关于直线l的对称圆方程为(x- )2+(y- )2=1.
5 5
参考答案 第 5页 (共16页)17.(本小题满分15分)
→ 1 → →
解:(1)连接OD,∵点D为BC的中点,∴OD= (OB+OC),
2
→ →
∵2AE=ED,
→ 2→ 1→ 2→ 1 1 → → 2→ 1→ 1→ 2 1 1
∴OE= OA+ OD= OA+ · (OB+OC)= OA+ OB+ OC= a+ b+ c;
3 3 3 3 2 3 6 6 3 6 6
→ → →
(2)∵AB=OB-OA,
→ → 2→ 1→ 1→ → →
由(1)得OE·AB=( OA+ OB+ OC)·(OB-OA)
3 6 6
1→ → 1→ 1→ → 2→ 1→ →
= OA·OB+ OB2+ OC·OB- OA2- OC·OA
2 6 6 3 6
1 1 1 1 1 2 1 1
= ×2×2× + ×22+ ×2×2× - ×22- ×2×2× =-1.
2 2 6 6 2 3 6 2
18.(本小题满分17分)
解:(1)由题可知,AC,CD,CB两两垂直,翻折前,
1
因为DE经过△ABC的重心,且DE∥BC,所以AD=2CD,
2
所以CD=1,AD=2,DE= BC=2,翻折后AD=2,
3 1
由勾股定理得AC=槡AD2-CD2=槡22-12=槡3,
1 1
以C为原点,直线CD,CB,CA分别为x,y,z轴,
1
建立如图所示的空间直角坐标系,
则C(0,0,0),A(0,0,槡3),D(1,0,0),
1
1 槡3
M( ,0, ),B(0,3,0),E(1,2,0),
2 2
→ 1 槡3 → 1 槡3 →
可得CM=( ,0, ),MB=(- ,3,- ),BE=(1,-1,0),
2 2 2 2
设平面BMC的法向量为m=(x,y,z),
1 1 1
1 槡3
→ x+ z=0
{m⊥CM
21 21
则 ,则 ,
→
m⊥MB
-
1
x+3y-
槡3
z=0
21 1 21
令z=1,则x=-槡3,y=0,可得m=(-槡3,0,1),
1 1 1
参考答案 第 6页 (共16页)设平面BME的法向量为n=(x,y,z),
2 2 2
{n⊥
M
→
B
{
-
1
x+3y-
槡3
z=0
22 2 22
则 ,则 ,
→
n⊥BE
x-y=0
2 2
5槡3 5槡3
令x=1,则y=1,z= ,可得n=(1,1, ),
2 2 2 3 3
2槡3
m·n 3 槡31
可得cos?m,n?= = = ,
|m|·|n| 槡31 31
2×
槡3
槡31
所以平面CMB与平面MEB夹角的余弦值为 ;
31
→ → →
(2)由(1)可知BA=(0,-3,槡3),BE=(1,-1,0),AD=(1,0,-槡3),
1 1
→
{p⊥BA
1
{ -3y
3
+槡3z
3
=0
设平面ABE的法向量为p=(x,y,z),则 ,则 ,
1 3 3 3 →
p⊥BE x-y=0
3 3
令x=1,则y=1,z=槡3,可得p=(1,1,槡3),
3 3 3
→ → →
且BM=BA+λAD=(0,-3,槡3)+λ(1,0,-槡3)=(λ,-3,槡3-槡3λ),
1 1
因为直线BM与平面ABE所成角为θ,
1
→
→ |p·BM| 2λ
则sinθ=|cos?p,BM?|= → =
|p|·|BM| 槡5×槡4λ2-6λ+12
2 2 4槡65
= = ≤ ,
12 6 1 1 13 65
槡5
槡 λ2
-
λ
+4 槡5槡12(
λ
-
4
)2+
4
4槡65
当且仅当λ=4时等号成立,所以sinθ的最大值为 .
65
19.(本小题满分17分)
1 1
解:(1)当b=0,r=槡5,m=- ,n=2时,圆M:x2+y2=5,直线CD:x=- y,
2 2
x2+y2=5
{
{x=-1 {x=1
联立 ,解得 或 ,故C(-1,2),D(1,-2);
1
x=- y y=2 y=-2
2
参考答案 第 7页 (共16页){x2+y2=5 {x=-2 {x=2
直线EF:x=2y,联立 ,解得 或 ,故E(2,1),F(-2,-1).
x=2y y=-1 y=1
y+1 x+2 5 5
所以直线CF: = ,令y=0,得x=- ,即P(- ,0);
2+1 -1+2 3 3
y-1 x-2 5 5 5
直线ED: = ,令y=0,得x= ,即Q( ,0).所以|OP|=|OQ|= ;
-2-1 1-2 3 3 3
{x2+(y-b)2=r2
(2)①证明:由题意知b2<r2.联立 ,
x=my
整理得(m2+1)y2-2by+b2-r2=0,则y,y是该方程的两个解,
1 2
2b b2-r2 y+y 2b
由韦达定理得y+y= ,yy= ,所以 1 2= ,
1 2 m2+1 12 m2+1 yy b2-r2
12
y+y 2b
同理可得 3 4= ,
yy b2-r2
34
y+y y+y
所以 1 2=3 4;
yy yy
12 34
②猜测|OP|=|OQ|,证明如下:
y-0 y-0 xy-xy
设点P(p,0),Q(q,0).因为C,P,F三点共线,所以 4 =1 p=41 14,
x-p x-p y-y
4 1 1 4
又因为点C在直线x=my上,所以x=my;
1 1
nyy-myy yy(n-m)
点F在直线x=ny上,所以x=ny,所以p= 41 14=14 ;
4 4 y-y y-y
1 4 1 4
yy(n-m)
同理因为E,Q,D三点共线,可得q=23 .
y-y
2 3
由①可知,
y+y y+y 1 1 1 1 1 1 1 1
1 2=3 4 + = + - = -
yy yy y y y y y y y y
12 34 1 2 3 4 1 4 3 2
y-y y-y yy yy
4 1=2 3 14 + 23 =0,
yy yy y-y y-y
14 23 4 1 2 3
yy(n-m) yy(n-m) yy yy
所以p+q=14 +23 =(n-m)( 14 + 23 )=0,
y-y y-y y-y y-y
1 4 2 3 1 4 2 3
即p=-q,所以|OP|=|OQ|成立.
参考答案 第 8页 (共16页)