
?2021-2022學(xué)年山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一下學(xué)期4月月考數(shù)學(xué)試題
一、單選題
1.已知是邊長為3的等邊三角形,點(diǎn)在邊上,且滿足,點(diǎn)在邊上及其內(nèi)部運(yùn)動(dòng),則的最大值為(???????)
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系,利用坐標(biāo)表示向量,求出數(shù)量積,再根據(jù)線性規(guī)劃的問題求出的最大值.
【詳解】以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系,如圖1所示:
則,,,,,,
設(shè)點(diǎn),則,;
所以,,;
所以;
令,根據(jù)線性規(guī)劃的問題知,可行域是及其內(nèi)部的點(diǎn);如圖2所示:
平移目標(biāo)函數(shù),當(dāng)目標(biāo)函數(shù)經(jīng)過點(diǎn)時(shí),取得最大值為.
故選:A.
????????(圖2)
2.已知外接圓圓心為,半徑為,,且,則向量在向量上的投影為(???????)
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根據(jù)向量線性運(yùn)算可知為中點(diǎn),從而得到,在中利用余弦定理可求得,由所求投影向量為可求得結(jié)果.
【詳解】由知:為中點(diǎn),
又為外接圓圓心,,,
,,,,
向量在向量上的投影為.
故選:D.
3.已知,,若(i為虛數(shù)單位),則的取值范圍是(???????)
A.或 B.或 C. D.
【答案】A
【分析】由題意,可判斷為實(shí)數(shù),列出等量關(guān)系和不等關(guān)系求解即可
【詳解】由題意,
故為實(shí)數(shù)
或
故選:A
4.已知平面與為兩個(gè)完全不重合的平面,與也為兩不同的直線,則對此下列說法正確(???????)
A.若α∥β,⊥面α,則⊥面β B.若,面α∥,則∥面α
C.若α∥,β∥,則面α∥面β D.若面α⊥面β,⊥面α,則⊥面β
【答案】A
【分析】根據(jù)直線與平面的位置關(guān)系,平面與平面的位置關(guān)系對選項(xiàng)逐一判斷即可.
【詳解】解:對于A,若,面,由面面平行的性質(zhì)可得面,故 A正確;
對于B,,面,則?面或面,故B錯(cuò)誤;
對于C,,,此時(shí)面與面可能相交,故 C錯(cuò)誤;
對于D,面面,面,則面或面,故D錯(cuò)誤.
故選:A.
5.正方體的棱長為1,點(diǎn)是棱的中點(diǎn),點(diǎn)都在球的球面上,則球的表面積為(???????)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】根據(jù)題意作出圖形,由題意知,為底面外接圓的圓心,由球心與截面圓圓心的連線垂直于截面可得,底面,利用三棱錐外接球的性質(zhì):球心到每個(gè)頂點(diǎn)的距離相等為球的半徑,再利用勾股定理,解方程求出球的半徑,代入球的表面積公式求解即可.
【詳解】根據(jù)題意,作圖如下:
由題意知,為底面外接圓的圓心,因?yàn)槿忮F外接球的球心為,
由球心與截面圓圓心的連線垂直于截面可得,底面,
設(shè)所求球的半徑為,連接則,
作,則四邊形為矩形,設(shè),
在中,,即,
在中,,即,
聯(lián)立方程解得,,
所以所求球的表面積為.
故選:C
【點(diǎn)睛】本題考查多面體的外接球問題和球的表面積公式;考查空間想象能力和運(yùn)算求解能力;多面體外接球的性質(zhì):球心與截面圓圓心的連線垂直于截面和球心到每個(gè)頂點(diǎn)的距離相等為球的半徑的運(yùn)用是求解本題的關(guān)鍵;屬于難度較大型試題、??碱}型.
6.已知二面角P﹣AB﹣C的大小為120°,且∠PAB=∠ABC=90°,AB=AP,AB+BC=6.若點(diǎn)P,A,B,C都在同一個(gè)球面上,則該球的表面積的最小值為(???????)
A.45π B. C. D.
【答案】B
【分析】設(shè)AB=x,(0<x<6),則,由題意知三棱錐外接球的球心是過△PAB和△ABC的外心E,H,且分別垂直這兩個(gè)三角形所在平面的垂線的交點(diǎn)O,OB為三棱錐外接球半徑,取AB的中點(diǎn)為G,推導(dǎo)出△EGH的外接圓直徑,從而,當(dāng)x時(shí),OB2的最小值為,由此能求出該球的表面積的最小值.
【詳解】設(shè)AB=x,(0<x<6),則,
由題意知三棱錐外接球的球心是過△PAB和△ABC的外心E,H,
且分別垂直這兩個(gè)三角形所在平面的垂線的交點(diǎn)O,
OB為三棱錐外接球半徑,取AB的中點(diǎn)為G,如圖,
由條件知
在△EGH中,由余弦定理可得
∴△EGH的外接圓直徑,
當(dāng)時(shí),OB2的最小值為,
∴該球的表面積的最小值為.
故選:B.
【點(diǎn)睛】本題考查與球有關(guān)的切接問題以及求球的表面積,涉及到正余弦定理解三角形,考查學(xué)生的空間想象能力,數(shù)學(xué)運(yùn)算能力,是一道有一定難度的壓軸填空題.
7.已知圓錐的頂點(diǎn)為點(diǎn)S,底面圓心為點(diǎn)O,高是底面半徑r的倍,點(diǎn)A,B是底面圓周上的兩點(diǎn),若△SAB是等邊三角形,則O到平面SAB的距離為(???????)
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由等體積法求解
【詳解】由題意高,則,
即
解得
故選:B
8.已知函數(shù),若函數(shù)在內(nèi)恰有個(gè)零點(diǎn),則的取值范圍是(???????)
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】分析可知,對實(shí)數(shù)的取值進(jìn)行分類討論,確定函數(shù)在上的零點(diǎn)個(gè)數(shù),然后再確定函數(shù)在上的零點(diǎn)個(gè)數(shù),可得出關(guān)于實(shí)數(shù)的不等式(組),綜合可得出實(shí)數(shù)的取值范圍.
【詳解】當(dāng)時(shí),對任意的,在上至多個(gè)零點(diǎn),不合乎題意,所以,.
函數(shù)的對稱軸為直線,.
所以,函數(shù)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,且.
①當(dāng)時(shí),即當(dāng)時(shí),則函數(shù)在上無零點(diǎn),
所以,函數(shù)在上有個(gè)零點(diǎn),
當(dāng)時(shí),,則,
由題意可得,解得,此時(shí)不存在;
②當(dāng)時(shí),即當(dāng)時(shí),函數(shù)在上只有一個(gè)零點(diǎn),
當(dāng)時(shí),,則,則函數(shù)在上只有個(gè)零點(diǎn),
此時(shí),函數(shù)在上的零點(diǎn)個(gè)數(shù)為,不合乎題意;
③當(dāng)時(shí),即當(dāng)時(shí),函數(shù)在上有個(gè)零點(diǎn),
則函數(shù)在上有個(gè)零點(diǎn),
則,解得,此時(shí);
④當(dāng)時(shí),即當(dāng)時(shí),函數(shù)在上有個(gè)零點(diǎn),
則函數(shù)在上有個(gè)零點(diǎn),
則,解得,此時(shí),.
綜上所述,實(shí)數(shù)的取值范圍是.
故選:D.
【點(diǎn)睛】方法點(diǎn)睛:已知函數(shù)有零點(diǎn)(方程有根)求參數(shù)值(取值范圍)常用的方法:
(1)直接法:直接求解方程得到方程的根,再通過解不等式確定參數(shù)范圍;
(2)分離參數(shù)法:先將參數(shù)分離,轉(zhuǎn)化成求函數(shù)的值域問題加以解決;
(3)數(shù)形結(jié)合法:先對解析式變形,進(jìn)而構(gòu)造兩個(gè)函數(shù),然后在同一平面直角坐標(biāo)系中畫出函數(shù)的圖象,利用數(shù)形結(jié)合的方法求解.
二、多選題
9.若不共線向量、滿足,則下列結(jié)論中正確的是(???????)
A.向量、的夾角恒為銳角 B.
C. D.
【答案】AC
【分析】根據(jù)向量的減法及等腰三角形可判斷A,根據(jù)數(shù)量積的定義及運(yùn)算律,結(jié)合等腰三角形的性質(zhì)可判斷BCD.
【詳解】對于A,因?yàn)椴还簿€向量、滿足,所以由向量組成的三角形是等腰三角形,且向量是底邊,所以向量,的夾角恒為銳角,A正確;
對于B,,所以B不正確;
對于C,,
即,故,
又
故C正確;
對于D,若,類似C中,平方后化簡可得,
所以有,即,而不一定成立,例如,所以D不正確.
故選:AC
10.歐拉公式是由瑞士著名數(shù)學(xué)家歐拉創(chuàng)立,該公式將指數(shù)函數(shù)的定義域擴(kuò)大到復(fù)數(shù),建立了三角函數(shù)與指數(shù)函數(shù)的關(guān)聯(lián),在復(fù)變函數(shù)論里面占有非常重要的地位,被譽(yù)為數(shù)學(xué)中的天驕,依據(jù)歐拉公式,下列選項(xiàng)正確的是(???)
A.復(fù)數(shù)對應(yīng)的點(diǎn)位于第二象限 B.為純虛數(shù)
C.復(fù)數(shù)的模長等于 D.的共軛復(fù)數(shù)為
【答案】ABC
【分析】利用歐拉公式把選項(xiàng)A,B,D化成復(fù)數(shù)的代數(shù)形式即可計(jì)算判斷;利用歐拉公式把選項(xiàng)C的分子化成復(fù)數(shù)的代數(shù)形式,再進(jìn)行除法運(yùn)算判斷即得.
【詳解】對于A,,因,即,復(fù)數(shù)對應(yīng)的點(diǎn)位于第二象限,A正確;
對于B,,為純虛數(shù),B正確;
對于C,,
于是得,C正確;
對于D,,其共軛復(fù)數(shù)為,D不正確.
故選:ABC
11.香囊,又名香袋?花囊,是我國古代常見的一種民間刺繡工藝品,香囊形狀多樣,如圖1所示的六面體就是其中一種,已知該六面體的所有棱長均為2,其平面展開圖如圖2所示,則下列說法正確的是(???????)
A.AB⊥DE B.直線CD與直線EF所成的角為45°
C.該六面體的體積為 D.該六面體內(nèi)切球的表面積是
【答案】AD
【分析】對應(yīng)展開圖的各點(diǎn),標(biāo)出立體圖形的各頂點(diǎn).利用線面垂直,可以得到線線垂直;與分別為正三角形的邊,其所成的角為;把幾何體分割成二個(gè)四面體求體積;計(jì)算內(nèi)切球的半徑,就可以求內(nèi)切球的表面積.
【詳解】由題知,所給六面體由兩個(gè)同底面的正四面體組成,將題圖2的平面展開圖還原為直觀圖后如下圖所示,其中四點(diǎn)重合.
對于A:
取的中點(diǎn),連接,則.
又
平面
又平面
故正確.
對于B:
由圖可知,與分別為正三角形的邊,其所成的角為
故錯(cuò)誤.
對于C:
連接,過點(diǎn)作平面,則垂足在上,且,
該六面體的體積
故C錯(cuò)誤.
對于D:
該六面體的各棱長相等
其內(nèi)切球的球心必在公共面上
又為正三角形
點(diǎn)即為該六面體內(nèi)切球的球心,且該球與相切
過點(diǎn)作,則就是內(nèi)切球的半徑.
在Rt中,
該內(nèi)切球的表面積為
故D正確
故選:AD.
12.如圖所示,在長方體中,,點(diǎn)E是棱上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),給出下列命題,其中真命題的是(???????)
A.三棱錐的體積恒為定值
B.存在唯一的點(diǎn)E,使得截面的周長取得最小值
C.不存在點(diǎn)E,使得平面
D.若點(diǎn)E滿足,則在棱上存在相應(yīng)的點(diǎn)G,使得∥平面
【答案】ABD
【分析】選項(xiàng)A:易證平面,則點(diǎn)到平面的距離為定值,又底面的面積為定值,由等體積法可判斷三棱錐的體積為定值,則選項(xiàng)A正確;
選項(xiàng)B:將側(cè)面翻折到與底面同一平面,得矩形,連接,與的交點(diǎn)即為周長最小時(shí)的點(diǎn),則選項(xiàng)B正確;
選項(xiàng)C:由題可證得,則只需作,即可證得,那么平面成立,則選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
選項(xiàng)D:要使∥平面,則考慮在平面內(nèi)找到一條直線與平行.將平面與長方體表面的交線作出來,這樣更利用下一步構(gòu)造平行四邊形證明線線平行.
【詳解】選項(xiàng)A:由可證平面,
則點(diǎn)到平面的距離為定值,又底面的面積為定值,
故三棱錐的體積為定值,
由等體積法可判斷三棱錐的體積為定值,則選項(xiàng)A正確;
選項(xiàng)B:將側(cè)面翻折到與底面同一平面,得矩形,
連接,與交于點(diǎn),即為周長最小時(shí)的點(diǎn),則選項(xiàng)B正確;
選項(xiàng)C: 連接,在底面內(nèi)過點(diǎn)作,交于點(diǎn),
又由長方體可知平面,則,
由可證得平面,則
連接,由可知四邊形是正方形,則,
因,則平面,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
選項(xiàng)D:當(dāng)時(shí),在棱上取點(diǎn),使,
連接,則可證得四邊形為平行四邊形.
過點(diǎn)作,交棱于點(diǎn),
則四邊形 為平行四邊形,.
又過點(diǎn)作,交于點(diǎn),
連接,再過點(diǎn)作,交于點(diǎn),
則四邊形也為平行四邊形,,則,
連接,則四邊形為平行四邊形,.
因平面,平面,則選項(xiàng)D正確.
故選:ABD.
三、填空題
13.設(shè)向量 滿足 ,則_____
【答案】1
【分析】將已知兩向量等式,兩邊平方后相減,即可求得答案.
【詳解】由題意得:,
即 ,
∴,
故答案為:1
14.已知,則__________.
【答案】6
【分析】由已知通過兩角差的正弦公式得即,再由同角三角函數(shù)的基本關(guān)系求解,考查運(yùn)算求解能力.
【詳解】因?yàn)?,所以,即,所以,所以?br />
故答案為:6
15.在中,內(nèi)角,,所對的邊分別為,,.若,則______.
【答案】
【分析】利用正弦定理,化邊為角,再轉(zhuǎn)化,展開化簡可得,結(jié)合的范圍,即得解
【詳解】因?yàn)?,由正弦定理?br />
所以,
所以,
因?yàn)椋裕?br />
因?yàn)闉槿切蔚膬?nèi)角,則.
故答案為:
16.△ABC中,角A,B,C所對的三邊分別為a,b,c,c=2b,若△ABC的面積為1,則BC的最小值是________ .
【答案】
【分析】由三角形面積公式得到,利用角A的三角函數(shù)表達(dá)出,利用數(shù)形結(jié)合及的幾何意義求出最值.
【詳解】因?yàn)椤鰽BC的面積為1,所,可得,
由,可得
,
設(shè),其中,
因?yàn)楸硎军c(diǎn)與點(diǎn)(cosA,sinA)連線的斜率,
如圖所示,當(dāng)過點(diǎn)P的直線與半圓相切時(shí),此時(shí)斜率最小,
在直角△OAP中,,可得,
所以斜率的最小值為,
所以m的最大值為,所以,所以,即BC的最小值為,
故答案為:.
【點(diǎn)睛】解三角形中最值問題,要結(jié)合基本不等式,導(dǎo)函數(shù)或者數(shù)形結(jié)合,利用代數(shù)式本身的幾何意義求解.
四、解答題
17.已知,.
(1)與夾角的余弦值;
(2)若與垂直,求k的值.
【答案】(1);
(2)0.
【分析】(1)根據(jù)向量夾角的坐標(biāo)公式,計(jì)算即可;
(2)求得與的坐標(biāo),利用向量垂直的坐標(biāo)表達(dá)公式,求解即可.
【詳解】(1)因?yàn)椋?,?
(2)因?yàn)椋?,故,?br />
又向量與垂直,則,解得.
18.在①;②;③這三個(gè)條件中任選一個(gè),補(bǔ)充在下面的問題中,并解答問題.問題:在△中,角的對邊分別為,且___________
(1)求角B的大??;
(2),求△周長的取值范圍.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)根據(jù)不同的選擇,結(jié)合正余弦定理,即可求得;
(2)根據(jù)余弦定理,求得的等量關(guān)系,結(jié)合基本不等式即可求得三角形周長的范圍.
【詳解】(1)若選①:在△ABC中,因?yàn)椋?br />
故由可得,
由正弦定理得:,即,
則,又,故.
若選②:,
則,故,
,則,
解得.
若選③:由及正弦定理,,
又,所以,
即,因?yàn)?,所以?br />
又,得.
綜上所述:選擇①②③,都有.
(2)根據(jù)(1)中所求,,又,
故由余弦定理可得
則,即,
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)取得等號,又,
△周長的取值范圍為.
19.已知.
(1)求的最小正周期及對稱軸方程;
(2)求函數(shù)在區(qū)間上的最大值和相應(yīng)的x值.
【答案】(1),對稱軸方程為
(2)時(shí),函數(shù)有最大值為3.
【分析】(1)根據(jù)數(shù)量積定義表示出函數(shù),然后利用二倍角和降冪公式化簡,然后由周期公式和對稱性可得;
(2)根據(jù)自變量范圍求得,然后根據(jù)正弦函數(shù)性質(zhì)可得.
【詳解】(1)由題知,
所以的最小正周期
由,得對稱軸方程為
(2)因?yàn)椋?br />
所以,
當(dāng),即時(shí),函數(shù)有最大值.
20.在如圖所示的幾何體中,四邊形是矩形,平面,,,為與的交點(diǎn),點(diǎn)H為棱的中點(diǎn).
(1)求證:平面;
(2)求二面角的余弦值.
【答案】(1)證明見解析
(2)
【分析】(1)連接,根據(jù)三角形的中位線,證得,利用線面平行的判定定理,即可證得平面;
(2)以A為坐標(biāo)原點(diǎn),以,,所在直線分別為x,y,z軸,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,分別求得平面和平面的法向量,結(jié)合向量的夾角公式,即可求解.
【詳解】(1)證明:如圖所示,連接,因?yàn)樗倪呅问蔷匦?,?br />
所以是的中點(diǎn),
因?yàn)镠是的中點(diǎn),所以,
因?yàn)槠矫妫矫?,所以平?
(2)解:由條件可知,,兩兩垂直,以A為坐標(biāo)原點(diǎn),,,所在直線分別為x,y,z軸,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,如圖所示
則,,,,
可得,,,
設(shè)平面的法向量為,所以,
取,可得,所以.
設(shè)平面的法向量為,所以,
取,可得,所以,
所以,
由圖可知二面角為鈍角,所以二面角的余弦值為.
21.如圖,為圓柱的軸截面,是圓柱上異于,的母線.
(1)證明:平面DEF;
(2)若,當(dāng)三棱錐的體積最大時(shí),求二面角的余弦值.
【答案】(1)證明見解析
(2)
【分析】(1)證明,再證明,根據(jù)線面垂直的判定定理可證明結(jié)論;
(2)先推出三棱錐的體積最大時(shí),點(diǎn)E,F(xiàn)分別是,的中點(diǎn),由此再求二面角的余弦值;
法一:通過證線面垂直可說明是二面角的平面角,解直角即可求得答案;
法二:建立空間直角坐標(biāo)系,求出相關(guān)各點(diǎn)的坐標(biāo),再求出平面DEF和平面BDF的法向量,根據(jù)向量的夾角公式求得答案.
【詳解】(1)證明:如右圖,連接AE,由題意知AB為的直徑,所以.
因?yàn)锳D,EF是圓柱的母線,所以且,
所以四邊形AEFD是平行四邊形.
所以 ,
所以.
因?yàn)镋F是圓柱的母線,所以平面ABE,
又因?yàn)槠矫鍭BE,
所以.
又因?yàn)?,DF,平面DEF,
所以平面DEF.
(2)由(1)知BE是三棱錐底面DEF上的高,
由(1)知,,所以,
即底面三角形DEF是直角三角形.
設(shè),,則,
所以,
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)等號成立,即點(diǎn)E,F(xiàn)分別是,的中點(diǎn)時(shí),
三棱錐的體積最大,
下面求二面角的余弦值:
法一:
由(1)得平面DEF,因?yàn)槠矫鍰EF,所以.
又因?yàn)?,,所以平面BEF.
因?yàn)槠矫鍮EF,所以,所以是二面角的平面角,
由(1)知為直角三角形,則.
故,
所以二面角的余弦值為.
法二:由(1)知EA,EB,EF兩兩相互垂直,
如圖,以點(diǎn)E為原點(diǎn),EA,EB,EF所在直線為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系,
則.
由(1)知平面DEF,故平面DEF的法向量可取為.
設(shè)平面BDF的法向量為,由,,
得,即,即,
取,得.
設(shè)二面角的平面角為θ,
則,
由圖可知θ為銳角,所以二面角的余弦值為.
22.在①平面,②平面平面,③這三個(gè)條件中任選一個(gè),補(bǔ)充在下面的問題中,并解決該問題.
問題:如圖,在三棱錐中,平面平面,是以為斜邊的等腰直角三角形,,,為中點(diǎn),為內(nèi)的動(dòng)點(diǎn)(含邊界).
(1)求點(diǎn)到平面的距離;
(2)若__________,求直線與平面所成角的正弦值的取值范圍.
注:若選擇多個(gè)條件分別解答,按第一個(gè)解答計(jì)分.
【答案】(1);(2).
【解析】(1)利用等體積,轉(zhuǎn)換頂點(diǎn)即可;(2)建立空間直角坐標(biāo)系,求其法向量,表示出線面角的正弦值,按照求值域的思路適當(dāng)換元求范圍即可.
【詳解】(1)在三棱錐中,連接,,
因?yàn)槭且詾樾边叺牡妊苯侨切?,,為中點(diǎn),
所以,
又平面平面,平面平面,平面
∴平面
又平面∴∴,,兩兩垂直.
∴
又
∴
∴點(diǎn)到平面的距離為.
(2)與平面所成角的正弦值的取值范圍為.
以選條件①為例(亦可使用綜合法、綜合與向量混用法)
在三棱錐中,以為坐標(biāo)原點(diǎn),為正交基底,
建立空間直角坐標(biāo)系,
則,,,,,
設(shè),則,,,
,
設(shè)平面的法向量為,則
即即,
不妨令,則
同理可求得平面的法向量
(選條件①)因?yàn)槠矫?,平?br />
∴即
即∴
又∴∴
又平面,∴是平面的一個(gè)法向量
設(shè)直線與平面所成角為,則
令,,
∴
令,則
∴在上單調(diào)遞增
∴,∴,∴
∴直線與平面所成角的正弦值的取值范圍為.
選條件②,條件③結(jié)果相同.
【點(diǎn)睛】本題的難點(diǎn)在表示出正弦值后值域的求法,可以適當(dāng)換元,借助導(dǎo)數(shù)工具求解.
這是一份2022-2023學(xué)年山東省淄博市淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一下學(xué)期期中數(shù)學(xué)試題含解析,共15頁。試卷主要包含了單選題,多選題,填空題,解答題等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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