第I卷(選擇題)
一、選擇題:本題共8小題,每小題5分,共40分.在每小題給出的四個選項中,只有一個選項是符合題目要求的.
1. 在空間直角坐標系中,點關于平面的對稱點的坐標為( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】點關于平面的對稱點是,
,
故選:A.
2. 已知,向量,,,且,,則的值為( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】因為向量, ,,
由,則,
解得,
由,則,
解得,則.
故選:A.
3. 已知向量是空間的一個基底,向量是空間的另一個基底,向量在基底下的坐標為,則向量在基底下的坐標為( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】由已知可得,
設,
,解得,
即向量在基底下的坐標為.
故選:A.
4. “”是“直線與直線平行”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】A
【解析】若,則,解得或,
所以由可以得到,反之則不然,
故“”是“”的充分不必要條件.
故選:A.
5. 已知點關于直線的對稱點為,經(jīng)過點作直線,若直線與連接,兩點的線段總有公共點,則直線的斜率的取值范圍為( )
A. B.
C D.
【答案】C
【解析】設點,有,
解得,,,,結(jié)合圖可知,,
故選:C.
6. 已知圓:,圓:,其中,若兩圓外切,則的取值范圍為( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】圓,則,半徑r1=1,
圓,則,半徑,
因為兩圓外切,所以,
即,即,
則點在以1,0為圓心,半徑為3的圓上,即在圓上,
令,則k表示過點與點的直線的斜率,
則該直線一定過點,且與圓有公共點,
由題意作圖,由圖可知該直線斜率一定存在(若斜率不存在,則直線與圓相離),
設該直線方程為,
即為,圓心1,0到直線的距離為d,則,
解得,即的取值范圍是.
故選:C.
7. 將邊長為的正方形沿對角線折成直二面角,則下列結(jié)論不正確的是( )
A. B. 是等邊三角形
C. 點與平面的距離為D. 與所成的角為
【答案】C
【解析】對于選項A:設的中點為,則,
且,平面,可得平面,
又因為平面,所以,故A正確;
對于選項B:由A的分析知即為二面角的平面角,
故,即,
可知,則,
所以是等邊三角形,故B正確;
對于選項CD:以點為原點,分別為軸,建立空間直角坐標系,
則,
可得,
設平面的法向量為,則,
令,則,
可得,
所以點與平面的距離,故C錯誤;
又因為,
且與所成的角取值范圍為,
可知與所成的角的余弦值為,所以與所成的角為,故D正確.
故選:C.
8. 已知點,,點為直線上動點,當最大值,點的橫坐標為( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】以為直徑作圓,方程為,半徑,
則圓心到直線的距離,
則直線與圓相離,即,
由點在直線上,設,
則,,
所以直線與的夾角滿足,
當時,,
當時,,
當時,,
此時,
當且僅當,即時等號成立;
當時,,此時,
當且僅當,即時等號成立;
綜上所述,當時,取最大值,即取最大值,
故選:A.
二、選擇題:本題共3小題,每小題6分,共18分.在每小題給出的四個選項中,有多個選項是符合題目要求的.全部選對的得6分,部分選對的得部分分,有選錯或不選的得0分.
9. 已知圓M:和圓N:相交于A,B兩點,下列結(jié)論正確的是( )
A. 直線AB的方程為
B. 若點P為圓N上的一個動點,則點P到直線AB的距離的最大值為
C. 線段AB的長為
D. 直線是圓M與圓N的一條公切線
【答案】BCD
【解析】A選項,兩圓方程作差得,即,
所以兩圓公共弦所在直線方程為,A錯誤;
B選項,圓的圓心為,半徑,
圓,即的圓心為,半徑;
圓心到直線的距離,半徑,
所以點到直線的距離的最大值為,B正確;
C選項,,C正確;
D選項,圓心到直線的距離,
圓心到直線的距離,
所以直線是圓與圓的一條公切線,D正確.
故選:BCD.
10. 已知橢圓的左、右焦點分別為,,點為橢圓上一點,則( )
A. 的周長為
B. 存在點,使得
C. 若,則的面積為
D. 使得為等腰三角形的點共有4個
【答案】AB
【解析】對于,由題意,,,故周長為,所以A正確;
對于B,當點位于上下頂點時,為直角,所以B正確.
對于C,當時,如圖:
設,,則.
所以,所以C錯誤;
對于D,若是以為頂點的等腰三角形,點位于上下頂點;
若是以為頂點的等腰三角形,
則,
此時滿足條件的點有兩個;
同理,若是以為頂點的等腰三角形,滿足條件的點有兩個;
故使得為等腰三角形的點共六個,
所以D錯誤.
故選:AB.
11. 如圖,在棱長為2的正方體中,均為所在棱的中點,動點P在正方體表面運動,則下列結(jié)論中正確的為( )

A. 在中點時,平面平面
B. 異面直線所成角的余弦值為
C. 在同一個球面上
D. ,則點軌跡長度為
【答案】ACD
【解析】對于選項A:取的中點,連接,

在棱長為2的正方體中,均為所在棱的中點,
易知,平面,在面內(nèi),
所以,面,面,,
所以面,面,所以,
連接,是正方形,,
因為面,面,所以,
因為面,面,,
所以面,因為面,所以,
綜上,面,面,又,
所以面,面,故平面平面,故A正確;
對于選項B:取的中點,連接,則,
所以是異面直線所成的角,
又,則,故B錯誤;
對于選項C:記正方體的中心為點,則,
所以在以為球心,以為半徑的球面上,故C正確;
對于選項D:因為,且為的中點,
所以,故,
所以點軌跡是過點與平行的線段,且,
所以,故D正確;
故選:ACD
第II卷(非選擇題)
三、填空題:本題共3小題,每小題5分,共15分.
12. 已知的三個頂點,,那么三角形外接圓的方程是_____.
【答案】
【解析】因為的三個頂點,,,
所以為直角三角形,
故三角形外接圓圓心為斜邊的中點,
半徑,
所以圓的方程為.
故答案為:
13. 橢圓的左?右焦點分別為,點在上,直線過左焦點,且與橢圓相交于兩點,若直線的傾斜角為,則的面積等于__________.
【答案】
【解析】已知點P1,22在橢圓上,可得,
所以,
又因為直線斜率,所以的方程為.
設Ax1,y1,Bx2,y2,聯(lián)立方程組消去得,
可得,
所以,
點F21,0到直線的距離,
所以.
故答案為:.
14. 已知橢圓的標準方程為,上頂點為,左頂點為,設點為橢圓上一點,的面積的最大值為,若已知點、為橢圓的左、右焦點,點為橢圓上任意一點,則的最小值為_________.
【答案】
【解析】由已知條件可得、,直線的斜率為,
則直線的方程為,
當?shù)拿娣e最大時,過點的直線與橢圓相切且與直線平行,

故設該直線的方程為,
聯(lián)立,整理,得,
由,得,解得,
分析可知當?shù)拿娣e最大時,,此時切線方程為,
則點到直線的距離.
又,所以,所以,
所以、,
所以,


當且僅當時取等號,
因此,的最小值為.
故答案為:.
四、解答題:本題共5小題,共77分.解答時應寫出文字說明、證明過程或演算步驟.
15. 已知的頂點,邊AC上的高BH所在直線的方程為,邊AB上的中線CM所在直線的方程為.
(1)求直線AC的方程及點的坐標;
(2)求的面積.
解:(1)因為邊AC上的高BH所在直線的方程為,所以邊AC的斜率為-1,
又頂點,所以邊AC的的直線方程為,
所以,解得,
所以直線AC的方程為,點的坐標為.
(2)設點坐標為,
由中點坐標公式可得,由點在直線上可得,
又在直線BH上,所以,
聯(lián)立兩方程可得,
又到直線AC的距離為,
所以.
16. 如圖,平行六面體中,底面是邊長為的正方形,,設,,

(1)試用,,表示向量、;
(2)若,求向量與所成的角的余弦值.
解:(1),
.
(2)因為,,

,

,

所以,
即向量與所成的角的余弦值為.
17. 如圖,已知某市穿城公路自西向東到達市中心O后轉(zhuǎn)向正北方向,,在公路段上距離市中心O點處有一古建筑C(視為點),現(xiàn)設立一個以C為圓心,為半徑的圓形保護區(qū)E,并準備修建一條直線型高架公路L,在上設出入口A,在上設出入口B,滿足且直線與圓E相切.

(1)若將出入口A設計在距離中心O點處,求R;
(2)若點B到該圓上任意一點的距離均不少于,則如何設置出入口B,才能使該圓形保護區(qū)的半徑R最小.
解:(1)如圖,設切點為F,連接,則,且,
在直角三角形中,,即
(2)以O為原點,如圖建立平面直角坐標系,
設,則直線方程:,即,
圓心,設P為圓C上任意一點,
由條件需使恒成立,即,
即,化簡得,①,
又直線與圓C相切,得,由①知,,則有
將代入①式,整理得,
解得或(舍去) ,當且僅當時取得最小值,
即當時,圓形保護區(qū)的半徑R最小.
18. 如圖,在四棱錐中,平面平面,為棱的中點.
(1)證明:平面;
(2)若,
(i)求平面PDM與平面BDM的余弦值;
(ii)在線段上是否存在點Q,使得點Q到平面的距離是?若存在,求出的值;若不存在,說明理由.
解:(1)取的中點N,連接,
如圖所示:為棱的中點,
,
∴四邊形是平行四邊形,
,
又平面平面
平面.
(2),
∵平面平面,平面平面平面,
平面,
又平面,
而,
∴以點D為坐標原點,所在直線分別為x,y,z軸建立空間直角坐標系,
如圖:則,
為棱的中點,
(i),
設平面的一個法向量為,
則,令,則,
平面的一個法向量為,
,
∴平面PDM與平面BDM的余弦值為;
(ii)假設在線段上存在點Q,使得點Q到平面的距離是,
設,則,
由(2)知平面一個法向量為,,
∴點Q到平面的距離是,

19. 已知橢圓,C的上頂點為B,左右頂點分別為A1、A2,左焦點為F1,離心率為.過F1作垂直于x軸的直線與C交于D,E兩點,且.
(1)求C的方程;
(2)若M,N是C上任意兩點.
①若點,點N位于x軸下方,直線MN交x軸于點G,設和的面積分別為,,若,求線段MN的長度;
②若直線MN與坐標軸不垂直,H為線段MN的中點,直線OH與C交于P,Q兩點,已知P,Q,M,N四點共圓, 求證:線段的長度不大于.
解:(1)由離心率為,得,
由得在橢圓上,可得,
解得,
所以故橢圓C的方程為.
(2)①由(1)可得,
連接,因為, ,
所以,得;
所以,所以直線ON的方程為, ,
由得(舍去).
所以.
②設直線, ,

聯(lián)立可得,
所以,,
,得.
所以中點H的坐標為,所以,
故直線OH:.
由P,Q,M,N四點共圓,則,
由;
聯(lián)立可得,,所以,
所以,
所以得,
所有,得
即.

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