
一、單選題
1.已知為平面的一個(gè)法向量,l為一條直線,為直線l的方向向量,則“”是“”的( )
A.充分不必要條件B.必要不充分條件
C.充要條件D.既不充分也不必要條件
【答案】B
【分析】利用線面垂直的性質(zhì)及其法向量與方向向量的關(guān)系,即可判斷得出結(jié)論.
【詳解】根據(jù)題意可知,如下圖所示:
若,則可以在平面內(nèi),即,所以充分性不成立;
若,易知,由線面垂直性質(zhì)可知,即必要性成立;
所以可得“”是“”的必要不充分條件.
故選:B
2.已知,,,若四點(diǎn)共面,則實(shí)數(shù) ( )
A.B.C.D.
【答案】D
【分析】若四點(diǎn)共面,則存在實(shí)數(shù)使得成立,代入坐標(biāo)求解即可.
【詳解】若四點(diǎn)共面,則存在實(shí)數(shù)使得成立,
則解得
故選:D.
3.已知,是橢圓:的兩個(gè)焦點(diǎn),點(diǎn)在上,則的最大值為( )
A.13B.12C.9D.6
【答案】C
【分析】本題通過(guò)利用橢圓定義得到,借助基本不等式即可得到答案.
【詳解】由題,,則,
所以(當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),等號(hào)成立).
故選:C.
【點(diǎn)睛】4.如圖,正四面體ABCD的棱長(zhǎng)為2,點(diǎn)E,F(xiàn)分別為棱AD,BC的中點(diǎn),則的值為( )
A.4B.C.D.2
【答案】C
【分析】根據(jù)數(shù)量積的運(yùn)算律即可結(jié)合數(shù)量積的定義即可求解.
【詳解】,
.
故選:C.
5.如圖所示,圓柱形玻璃杯中水的液面呈橢圓形狀,則該橢圓的離心率為( )
A.B.
C.D.
【答案】C
【分析】根據(jù)已知條件求得橢圓的長(zhǎng)半軸和半焦距,由此求得橢圓的離心率.
【詳解】由題意,設(shè)圓柱底面直徑為,則橢圓短軸長(zhǎng),橢圓長(zhǎng)軸豎直截面如下圖所示:
由題意及圖,可知為直角等腰三角形,且,
故,橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng),
所以,
所以橢圓的離心率.
故選:C
6.如圖,四面體A-BCD,△ABD與△BCD均為等邊三角形,點(diǎn)E、F分別在邊AD、BD,且滿足,,記二面角的平面角為,,則異面直線BE與CF所成角的正弦值是( )
A.B.C.D.
【答案】C
【分析】設(shè)邊長(zhǎng)為2,過(guò)作,交于點(diǎn),由的數(shù)量積求解.
【詳解】由于△ABD與△BCD均為等邊三角形,由可知為的中點(diǎn),
過(guò)作,交于點(diǎn),連接,則,,
故的夾角即為二面角的平面角為,故,
設(shè)等邊三角形的邊長(zhǎng)為2,
設(shè)與的夾角為,則,
,
即,
則,
,即,
故選:C.
7.已知,是空間單位向量,,若空間向量滿足,,且對(duì)于任意x,,(,),則( )
A.B.C.D.3
【答案】A
【分析】根據(jù)模長(zhǎng)的最小值,結(jié)合已知數(shù)量積計(jì)算即可得模長(zhǎng).
【詳解】
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)取到最小值1,兩邊平方即
在時(shí),取到最小值1,
,
∴,
可得.
.
故選:A.
8.已知是橢圓與雙曲線的公共焦點(diǎn),P是它們的一個(gè)公共點(diǎn),且,線段的垂直平分線過(guò),若橢圓的離心率為,雙曲線的離心率為,則的最小值為( )
A.B.3C.6D.
【答案】C
【分析】利用橢圓和雙曲線的性質(zhì),用橢圓雙曲線的焦距長(zhǎng)軸長(zhǎng)表示,再利用均值不等式得到答案.
【詳解】設(shè)橢圓長(zhǎng)軸,雙曲線實(shí)軸,由題意可知:,
又,,
兩式相減,可得:,,
. ,
,當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)取等號(hào),
的最小值為6,
故選:C.
【點(diǎn)睛】本題考查了橢圓雙曲線的性質(zhì),用橢圓雙曲線的焦距長(zhǎng)軸長(zhǎng)表示是解題的關(guān)鍵,意在考查學(xué)生的計(jì)算能力.
二、多選題
9.已知不共面的三個(gè)向量都是單位向量,且?jiàn)A角都是,則下列結(jié)論正確的是( )
A.不是空間的一組基底
B.不是空間的一組基底
C.向量的模是2
D.向量和的夾角為
【答案】BD
【分析】對(duì)于AB,利用共面向量定理判斷,對(duì)于C,利用求解,對(duì)于D,利用向量的夾角公式計(jì)算.
【詳解】假設(shè)共面,則,
所以,方程組無(wú)解,所以假設(shè)不成立,
所以空間向量不共面,所以是空間的一組基底,A錯(cuò)誤;
假設(shè)共面,則,
即,解得,
所以三個(gè)向量共面,不是空間的一組基底,B正確;
由題意,得,
所以,C錯(cuò)誤;
,設(shè)向量和的夾角為,
則,又,所以,D正確.
故選:BD.
10.已知直線,過(guò)直線上任意一點(diǎn)M作圓的兩條切線,切點(diǎn)分別為A,B,則有( )
A.四邊形MACB面積的最小值為B.最大度數(shù)為60°
C.直線AB過(guò)定點(diǎn)D.的最小值為
【答案】AD
【分析】,當(dāng)時(shí)有最小值,求出可判斷A;當(dāng)時(shí)最大,可判斷B;設(shè)點(diǎn),,,求出直線的方程,整理得,由可得直線AB過(guò)的定點(diǎn)可判斷C;直線AB所過(guò)定點(diǎn)為P,當(dāng)時(shí),弦長(zhǎng)最小,求出的最小值可判斷D.
【詳解】對(duì)于A選項(xiàng),由題意可知,當(dāng)時(shí),有最小值,即,此時(shí),所以四邊形MACB面積的最小值為,故選項(xiàng)A正確;
對(duì)于B選項(xiàng),當(dāng)時(shí),最大,此時(shí),此時(shí),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;
對(duì)于C選項(xiàng),設(shè)點(diǎn),,,則,易知在點(diǎn)A、B處的切線方程分別為,,將點(diǎn)分別代入兩切線方程得,,所以直線方程為,整理得,代入,得,
解方程組得所以直線AB過(guò)定點(diǎn),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
對(duì)于D選項(xiàng),設(shè)直線AB所過(guò)定點(diǎn)為P,則,當(dāng)時(shí),弦長(zhǎng)最小,此時(shí),則的最小值為,故選項(xiàng)D正確,故選:AD.
11.如圖,已知正方體的棱長(zhǎng)為2,P為空間中一點(diǎn),,則( )
A.當(dāng),時(shí),異面直線BP與所成角的余弦值為
B.當(dāng),時(shí),三棱錐的體積為
C.當(dāng),,時(shí),有且僅有一個(gè)點(diǎn)P,使得平面
D.當(dāng),時(shí),異面直線BP和所成角的取值范圍是
【答案】ABD
【分析】根據(jù)向量關(guān)系式確定動(dòng)點(diǎn)位置或軌跡,然后逐項(xiàng)進(jìn)行判斷即可求解.
【詳解】對(duì)于,連接,.由下圖可知,P為的中點(diǎn),取的中點(diǎn)O.連接PO,BO,則,所以∠BPO或其補(bǔ)角即異面直線BP與所成的角,易得,,,所以,故選項(xiàng)正確;
對(duì)于,由條件可知(),P點(diǎn)的軌速為線段,因?yàn)椋訮到平面的距離為,且的面積為,所以三棱錐的體積為定值,故選項(xiàng)正確;
對(duì)于,如下圖,由條件可知(),所以點(diǎn)P在線段EF上(E,F(xiàn)分別為,的中點(diǎn)).因?yàn)槠矫妫云矫婕雌矫?,點(diǎn)P則平面與直線EF的交點(diǎn),此交點(diǎn)在FE的延長(zhǎng)線上,故選項(xiàng)錯(cuò)誤;
對(duì)于,由條件可知(),可知點(diǎn)P的軌速為線段,如下圖,建立空間直角坐標(biāo)系,得,,設(shè),,則,所以,令,當(dāng),即時(shí),,此時(shí)直線BP和所成的角是;當(dāng),即時(shí),,
令,,
所以,即時(shí),取得最大值,
直線BP和所成角的最小值為,故選項(xiàng)正確.
故選:.
12.已知雙曲線的左、右焦點(diǎn)分別為、,為雙曲線右支上的動(dòng)點(diǎn),過(guò)作兩漸近線的垂線,垂足分別為、.若圓與雙曲線的漸近線相切,則下列命題正確的是( )
A.雙曲線的離心率
B.當(dāng)點(diǎn)異于頂點(diǎn)時(shí),的內(nèi)切圓的圓心總在直線上
C.為定值
D.的最小值為
【答案】ACD
【分析】由圓心到漸近線的距離等于半徑求得,從而可得,得離心率,判斷A;設(shè)出的內(nèi)切圓與其三邊的切點(diǎn),利用切線的性質(zhì)得出點(diǎn)橫坐標(biāo),從而判斷B;設(shè)點(diǎn),求出,代入點(diǎn)在雙曲線上的條件可判斷C;利用余弦定理求得,并由基本不等式求得最小值判斷D.
【詳解】雙曲線的左、右焦點(diǎn)分別為、,
雙曲線的漸近線為,即,
因?yàn)閳A與雙曲線的漸近線相切,且圓心為,圓的半徑為,
所以,,因?yàn)?,解得?br>則雙曲線,,,,
對(duì)于A選項(xiàng),雙曲線的離心率.A對(duì);
對(duì)于B選項(xiàng),為雙曲線右支上(異于右頂點(diǎn))一點(diǎn),
設(shè)的內(nèi)切圓與三邊切點(diǎn)分別為、、,如圖,
由圓的切線性質(zhì)知
,
即,可得,
所以,當(dāng)點(diǎn)異于頂點(diǎn)時(shí),的內(nèi)切圓的圓心總在直線上,B錯(cuò);
對(duì)于C選項(xiàng),設(shè)雙曲線右支上的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為,則,
又雙曲線的漸近線方程為
則,即為定值,C對(duì);
對(duì)于D選項(xiàng),由已知的方程是,傾斜角為,
所以,則,
所以,,
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)等號(hào)成立,D對(duì).
故選:ACD.
三、填空題
13.點(diǎn)2,,3,,4,,若的夾角為銳角,則的取值范圍為 .
【答案】
【分析】根據(jù)的夾角為銳角,可得,且不能同向共線解出即可得出.
【詳解】1,,2,,
的夾角為銳角,,且不能同向共線.
解得,.則的取值范圍為.
故答案為.
【點(diǎn)睛】本題主要考查了向量夾角公式、向量共線定理,考查了推理能力與計(jì)算能力,屬于中檔題.
14.關(guān)于的方程有實(shí)數(shù)解,則實(shí)數(shù)的取值范圍是 .
【答案】
【分析】考慮直線與曲線相切,且切點(diǎn)位于第二象限時(shí),利用點(diǎn)到直線的距離公式求出的值,數(shù)形結(jié)合可得出實(shí)數(shù)的取值范圍.
【詳解】由可得,即曲線表示圓的上半圓,
由題意可知直線與曲線有公共點(diǎn),如下圖所示:
當(dāng)直線與半圓相切且切點(diǎn)位于第二象限時(shí),
則有,解得.
由圖可知,當(dāng)時(shí),直線與半圓有公共點(diǎn),
因此,實(shí)數(shù)的取值范圍是.
故答案為:.
15.已知點(diǎn)是橢圓:上異于頂點(diǎn)的動(dòng)點(diǎn),,分別為橢圓的左、右焦點(diǎn),為坐標(biāo)原點(diǎn),為的中點(diǎn),的平分線與直線交于點(diǎn),則四邊形的面積的最大值為 .
【答案】2
【分析】由橢圓的方程可得,的值,進(jìn)而求出的值,由角平分線的性質(zhì)可得到,的距離相等,設(shè)為,,設(shè),則,由為三角形的中位線,可得,再根據(jù)二次函數(shù)的性質(zhì)得到面積最大.
【詳解】解:由橢圓的方程可得,,所以,
故,,又平分,則到、的距離相等,設(shè)為,則,
設(shè),則,,
由是的中位線,易得,
即,由橢圓性質(zhì)易知,存在點(diǎn)為橢圓上異于頂點(diǎn)的動(dòng)點(diǎn),使,此時(shí)最大,且為.
故答案為:
16.如圖所示,正方體的棱長(zhǎng)為1,,為線段,上的動(dòng)點(diǎn),過(guò)點(diǎn),,的平面截該正方體的截面記為,則下列命題正確的是 .
①當(dāng)且時(shí),為等腰梯形;
②當(dāng),分別為,的中點(diǎn)時(shí),幾何體的體積為;
③當(dāng)為中點(diǎn)且時(shí),與的交點(diǎn)為,滿足;
④當(dāng)且時(shí), 的面積.
【答案】①②
【分析】將①③④三個(gè)命題逐一畫(huà)出圖像進(jìn)行分析,即可判斷出真命題,從而得到正確的序號(hào);②利用空間向量求點(diǎn)面距,進(jìn)而得體積.
【詳解】①:作圖如下所示,過(guò) 作,交于,截面為
即
即截面為等腰梯形.故①正確.
②:以 為原點(diǎn),、、分別為、、 軸,建立空間直角坐標(biāo)系,則
,,,
,,
設(shè)平面 的法向量為,則
不妨設(shè),則法向量.則點(diǎn)到平面 的距離
.故②正確.
③:延長(zhǎng) 交 的延長(zhǎng)線于一點(diǎn),連接 交 于點(diǎn)
.故③錯(cuò)誤
④:延長(zhǎng) 交 的延長(zhǎng)線于,連接交于,則截面為四邊形
根據(jù)面積比等于相似比的平方得 .
在 中,,
邊上的高為
故④錯(cuò)誤
故答案為: ①②.
【點(diǎn)睛】本題考查了正方體截面有關(guān)命題真假性的判斷,考查錐體體積計(jì)算,考查空間想象能力和邏輯推理能力.對(duì)于求體積求高時(shí),往往建立空間直角坐標(biāo)系,采用法向量的思想進(jìn)行求解思路比較明確.
四、解答題
17.(1)已知空間三點(diǎn),,,設(shè),,若與互相垂直,求k.
(2)已知三角形的頂點(diǎn)是,,.求三角形的面積,
【答案】(1)或(2)
【解析】(1)利用兩向量垂直數(shù)量積為0,列方程求出k的值;
(2)根據(jù)三角形的面積公式,利用向量模及夾角的公式計(jì)算即可.
【詳解】(1),
若與互相垂直,則
即,
化簡(jiǎn)得
解得或
(2),
,
,,
,
,
18.在中,,
(1)求AB邊的垂直平分線所在的直線方程;
(2)若的角平分線所在的直線方程為,求AC所在直線的方程.
【答案】(1);(2).
【解析】(1)設(shè)AB邊的垂直平分線為l,求出,即得AB邊的垂直平分線所在的直線方程;
(2)設(shè)B關(guān)于直線的對(duì)稱點(diǎn)M的坐標(biāo)為,求出即得解.
【詳解】(1)設(shè)AB邊的垂直平分線為l,
有題可知,,
又可知AB中點(diǎn)為,
l的方程為,即,
(2)設(shè)B關(guān)于直線的對(duì)稱點(diǎn)M的坐標(biāo)為;
則,解得,所以,
由題可知,兩點(diǎn)都在直線AC上,
所以直線的斜率為,所以直線的方程為,
所以AC所在直線方程為.
【點(diǎn)睛】方法點(diǎn)睛:求直線方程常用的方法是:待定系數(shù)法,先定式(點(diǎn)斜式、斜截式、兩點(diǎn)式、截距式、一般式),再定量.
19.如圖,正方形和直角梯形所在平面互相垂直,,,且,.
(1)證明:平面;
(2)求二面角的余弦值.
【答案】(1)證明見(jiàn)解析;
(2)
【分析】(1)先由證得∥平面,同理證得∥平面,進(jìn)而證得平面∥平面,即可證得平面;
(2)先證得兩兩垂直,建立空間直角坐標(biāo)系,求出平面和平面的法向量,由向量夾角余弦公式即可求解.
【詳解】(1)由正方形的性質(zhì)知:,又平面,平面,∥平面,
,平面,平面,∥平面,,平面,
平面∥平面,平面,平面;
(2)
平面平面,平面平面,平面,則平面,
又,則平面,又,則兩兩垂直,以為原點(diǎn),
的方向分別為軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系,由得:
,則,
設(shè)平面的法向量為,則,取得,
又易得平面的一個(gè)法向量為,則,
又二面角為銳角,則二面角的余弦值為.
20.將棱長(zhǎng)為1的正方體截去三棱錐后得到的幾何體如圖所示,點(diǎn)在棱上.
(1)當(dāng)為棱的中點(diǎn)時(shí),求到平面的距離;
(2)當(dāng)在棱上移動(dòng)時(shí),求直線與平面所成的角的正弦值的取值范圍.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)建立空間直角坐標(biāo)系,由空間向量求解,
(2)設(shè)出點(diǎn)坐標(biāo),由空間向量表示出后轉(zhuǎn)化為函數(shù)求解
【詳解】(1)以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,.
可得,,.
設(shè)平面的法向量為,因?yàn)?,所以所?br>令,得,所以為平面的一個(gè)法向量,
點(diǎn)到平面的距離.
(2)因?yàn)辄c(diǎn)在邊上,故可設(shè),得,
所以.
所以.
令,可得,.
設(shè),則,,
函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞減,
,.
所以的取值范圍是.
21.已知P為直線上一動(dòng)點(diǎn),過(guò)點(diǎn)P向圓作兩切線,切點(diǎn)分別為A、B.
(1)求四邊形面積的最小值及此時(shí)點(diǎn)P的坐標(biāo);
(2)直線AB是否過(guò)定點(diǎn)?若是,請(qǐng)求出該點(diǎn)坐標(biāo);若不是,請(qǐng)說(shuō)明理由.
【答案】(1)最小值,;(2)AB恒過(guò)定點(diǎn).
【分析】(1)先由題中條件,得到,求出最小值,以及此時(shí)的點(diǎn)坐標(biāo),即可得出結(jié)果;
(2)設(shè),先求出以PC為直徑的圓的方程,所得圓的方程與圓的方程作差,即可得出直線AB的方程,從而可得出直線AB過(guò)定點(diǎn).
【詳解】(1)由題意,易知,,
∴
又,
∴,
要使四邊形ACBP面積最小,則PC最小,當(dāng)時(shí),PC的長(zhǎng)最小.
過(guò)點(diǎn)且與垂直的直線為
將其與聯(lián)立解得此時(shí)點(diǎn)P的坐標(biāo)為,
∴,
∴;
(2)設(shè),又,則,中點(diǎn)坐標(biāo)為,
因此以PC為直徑的圓的方程為,
整理得,
∵,
∴這個(gè)圓也是四邊形ACBP的外接圓,它與圓C方程相減,得公共弦AB方程:
;
,
令,
∴AB恒過(guò)定點(diǎn).
【點(diǎn)睛】思路點(diǎn)睛:
求解兩圓的公共弦所在直線方程是否過(guò)定點(diǎn)的問(wèn)題時(shí),一般需要先由題中條件,得到兩圓的方程,由兩圓的方程作差整理,得出公共弦所在直線方程,再由直線過(guò)定點(diǎn)的判定方法,即可得出結(jié)果.
22.已知橢圓過(guò)點(diǎn),點(diǎn)A為下頂點(diǎn),且AM的斜率為.
(1)求橢圓E的方程;
(2)如圖,過(guò)點(diǎn)作一條與y軸不重合的直線,該直線交橢圓E于C、D兩點(diǎn),直線AD,AC分別交x軸于H,G兩點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn).證明:為定值,并求出該定值.
【答案】(1)
(2)證明見(jiàn)解析,
【分析】(1)根據(jù)橢圓所過(guò)的點(diǎn)和已知的AM的斜率列出方程組求解即可;
(2)設(shè)直線BC:,與橢圓方程聯(lián)立,運(yùn)用韋達(dá)定理得到C、D兩點(diǎn)橫坐標(biāo)的關(guān)系,得到,代入直線方程和韋達(dá)定理化簡(jiǎn)即可得到答案.
【詳解】(1)因?yàn)闄E圓過(guò)點(diǎn),,且AM的斜率為,
所以,
解得,,
所以橢圓E的方程為
(2)證明:由題意知,直線BC的斜率存在,設(shè)直線BC:,
設(shè),,
由,得,
,得,
則,,
因?yàn)?,直線AD的方程為,
令,解得,
則,同理可得,
所以
為定值,
所以為定值,該定值為
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