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2023-2024学年高二数学上学期期中精选名校测试卷(广东2)
(本试卷满分150分,考试时间120分钟)
测试范围:选择性必修第一册(人教A版2019)第一章、第二章
一、单选题(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)
1.(2023春·广东东莞·高二东莞实验中学校考阶段练习)如图,在斜棱柱中,AC与BD的交点为点M,,,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据空间向量的线性运算用表示出即可得.
【详解】-=,
.
故选:A.
2.(2022秋·广东深圳·高二深圳中学校考期末)过点且倾斜角为的直线方程为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】由倾斜角为求出直线的斜率,再利用点斜式可求出直线方程
【详解】解:因为直线的倾斜角为,所以直线的斜率为,
所以直线方程为,即,
故选:D
3.(2022秋·广东佛山·高二佛山市荣山中学校考期中)在四面体中,,点在上,且,为中点,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】根据空间向量的线性运算可得答案.
【详解】点在线段上,且,为中点,
,,
.
故选:B.
4.(2022秋·广东广州·高二华南师大附中校考阶段练习)在平面直角坐标系内,一束光线从点A(1,2)出发,被直线反射后到达点B(3,6),则这束光线从A到B所经过的距离为( )
A. B. C.4 D.5
【答案】B
【分析】作出点A关于直线的对称点,连接,利用光线关于直线对称得到即为光线经过路程的最小值,再利用两点间的距离公式进行求解.
【详解】作出点A关于直线的对称点,
连接,交直线于点,
则即为光线经过路程的最小值,
且,
此即光线从A到B所经过的距离为.
故选:B.
5.(2022秋·广东广州·高二广州市第七中学校考期中)如图,棱长为3的正方体ABCD-A1B1C1D1中,P为正方体表面BCC1B1上的一个动点,E,F分别为BD1的三等分点,则的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】过F作F关于平面的对称点,连接交平面于点,证明此时的使得最小,建立空间直角坐标系,求出所需点的坐标,的最小值为.
【详解】过F作F关于平面的对称点,连接交平面于点.
可以证明此时的使得最小:任取(不含),此时.
在点D处建立如图所示空间直角坐标系,
则,因为E,F分别为BD1的三等分点,所以,
又点F距平面的距离为1,所以,
的最小值为.
故选:D
6.(2023春·广东深圳·高一深圳中学校考期中)剪纸是中国古老的传统民间艺术之一,剪纸时常会沿着纸的某条对称轴对折.将一张纸片先左右折叠,再上下折叠,然后沿半圆弧虚线裁剪,展开得到最后的图形,若正方形的边长为,点在四段圆弧上运动,则的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】以点为坐标原点,、所在直线分别为、轴建立平面直角坐标系,求出点的横坐标的取值范围,利用平面向量数量积的坐标运算可求得的取值范围.
【详解】以点为坐标原点,、所在直线分别为、轴建立如下图所示的平面直角坐标系,
设点,易知,以为半径的左半圆的方程为,
以为半径的右半圆的方程为,
所以点的横坐标的取值范围是,
又因为,,所以,.
故选:B.
7.(2022秋·广东广州·高二广州市第七中学校考期中)如图,在正四棱柱中,是底面的中心,分别是的中点,则下列结论正确的是( )
A.//
B.
C.//平面
D.平面
【答案】B
【分析】建立空间直角坐标系,利用空间位置关系的向量证明,逐项分析、判断作答.
【详解】在正四棱柱中,以点D为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
令,是底面的中心,分别是的中点,
则,,,
对于A,显然与不共线,即与不平行,A不正确;
对于B,因,则,即,B正确;
对于C,设平面的法向量为,则,令,得,,因此与不垂直,即不平行于平面,C不正确;
对于D,由选项C知,与不共线,即不垂直于平面,D不正确.
故选:B
8.(2022秋·广东中山·高二中山纪念中学校考期末)如图,在棱长为1的正方体中,P为棱的中点,Q为正方形内一动点(含边界),则下列说法中不正确的是( )
A.若平面,则动点Q的轨迹是一条线段
B.存在Q点,使得平面
C.当且仅当Q点落在棱上某点处时,三棱锥的体积最大
D.若,那么Q点的轨迹长度为
【答案】B
【分析】取中点,证明平面,得动点轨迹判断A,建立如图所示的空间直角坐标系,求出平面的一个法向量,由与此法向量平行确定点位置,判断B,利用空间向量法求得到到平面距离的最大值,确定点位置判断C,利用勾股定理确定点轨迹,得轨迹长度判断D.
【详解】选项A,分别取中点,连接,,由与,平行且相等得平行四边形,所以,
平面,平面,所以平面,
连接,,,所以,同理平面,
,平面,所以平面平面,
当时,平面,所以平面,即点轨迹是线段,A正确;
选项B,以为原点,所在直线分别为轴建立如图所示的空间直角坐标系,则,,,设(),
,,,
设是平面的一个法向量,
则,取,则,
若平面,则,所以存在,使得,
,解得,因此正方形内(含边界)不存在点,使得平面,B错;
选项C,面积为定值,当且仅当点到平面的距离最大时,三棱锥的体积最大,,
到平面的距离为,,
时,,当时,d有最大值1,
时,,时,d有最大值,
综上,时,d取得最大值1,故与重合时,d取得最大值,三棱锥的体积最大,C正确;
选项D,平面,平面,,
所以,所以点轨迹是以为圆心,为半径的圆弧,圆心角是,轨迹长度为,D正确.
故选:B.
【点睛】关键点点睛:本题考查空间点的轨迹问题,解题关键是勾画出过且与平面平行的平面,由体积公式,在正方形内的点到平面的距离最大,则三棱锥体积最大.
二、多选题(本大题共4小题,每小题5分,共20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5分,部分选对的得2分,有选错的得0分)
9.(2022秋·广东广州·高二南海中学校考期中)使方程表示圆的实数a的可能取值为( )
A. B.0 C. D.
【答案】BC
【分析】配方后,利用半径的平方大于0,得到不等式,解不等式求出实数a的取值范围.
【详解】,配方得:
,
要想表示圆,则,
解得:,
故选:BC
10.(2022秋·广东广州·高二华南师大附中校考阶段练习)已知直线的倾斜角等于,且经过点,则下列结论中正确的有( )
A.的一个方向向量为
B.直线与两坐标轴围成三角形的面积为
C.与直线垂直
D.与直线平行
【答案】AC
【分析】根据点斜式求得直线的方程,结合直线的方向向量、截距、垂直、平行(重合)等知识对选项进行分析,从而确定正确答案.
【详解】由题意直线的斜率为,直线方程为,即,
它与直线重合,D错误;
,因此是直线的一个方向向量,A正确;
在直线方程中令得,令得,
直线与两坐标轴围成三角形的面积为,B错误;
由于,C正确
故选:AC
11.(2022秋·广东广州·高二仲元中学校考期中)已知圆M:,直线l:,直线l与圆M交于A,C两点,则下列说法正确的是( )
A.直线l恒过定点
B.的最小值为4
C.的取值范围为
D.当最小时,其余弦值为
【答案】ABC
【分析】A.直线方程变形为,即可判断定点坐标;B.根据定点是弦的中点时,此时最短;C.根据向量数量积公式,转化为求的最值;D.根据C即可判断.
【详解】A.直线,即,直线恒过点,故A正确;
B.当定点是弦的中点时,此时最短,圆心和定点的距离时,此时,故B正确;
C.当最小时,最小,此时,此时,当是直径时,此时最大,,此时,所以的取值范围为,故C正确;
D.根据C可知当最小时,其余弦值为,故D错误.
故选:ABC
12.(2023·广东佛山·华南师大附中南海实验高中校考模拟预测)已知直线交轴于点P,圆,过点P作圆M的两条切线,切点分别为A,B,直线与交于点C,则( )
A.若直线l与圆M相切,则
B.当时,四边形的面积为
C.直线经过一定点
D.已知点,则为定值
【答案】ACD
【分析】根据圆心到直线距离等于半径建立等式,解出即可判断A;根据求出,进而求出,根据相切可得四边形面积等于两个全等的直角三角形面积和,根据三角形面积公式即可求出结果;根据相切可知四点共圆,且为直径,求出圆的方程即可得弦所在的直线方程,进而判断C;根据直线过定点及可得,即C在以为直径的圆上,求出圆的方程可发现圆心为点,即可判断D.
【详解】解:对于A,若直线l与圆M相切,则圆心到直线的距离,
解得,所以A正确;
对于B,当时,,,,
因为为圆的两条切线,所以,
所以四边形的面积,
所以B错误;
对于C,因为,,且,
所以四点共圆,且为直径,
所以该圆圆心为,半径为,
所以圆的方程为:,
因为是该圆和圆的相交弦,
所以直线的方程为两圆方程相减,
即,
化简可得:,
所以直线经过定点,所以C正确;
对于D,因为,所以,
因为在直线上,所以
即点C在以为直径的圆上,因为,,
所以圆心为,半径为,
所以圆的方程为:,圆心为,
因为点C在该圆上,所以为定值,所以D正确.
故选:ACD
三、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分,把答案填在题中的横线上)
13.(2022秋·广东佛山·高二佛山市三水区三水中学校考阶段练习)如图所示,在平行六面体中,,若,则 .
【答案】2
【分析】题中 几何体为平行六面体,就要充分利用几何体的特征进行转化,
,再将转化为,以及将转化为,,总之等式右边为,,,从而得出,.
【详解】解:因为
,
又,
所以,,
则.
故答案为:2.
【点睛】要充分利用几何体的几何特征,以及将作为转化的目标,从而得解.
14.(2023秋·广东东莞·高二东莞市东莞中学校考期末)经过直线与直线的交点且在轴上截距为6的直线方程是 .
【答案】
【分析】联立两直线解出交点坐标,根据直线过两点、,求出直线斜率,写出直线的斜截式方程即可.
【详解】联立直线与直线的方程,
解得,即交点坐标为.
由直线在轴上截距为6,即直线过点,斜率,
所以直线的方程为,化为一般式方程可得.
故答案为:.
15.(2022秋·广东深圳·高二深圳外国语学校校考阶段练习)如图所示,在平行六面体中是的中点,点是上的点,且,用表示向量的结果是 .
【答案】
【分析】由空间向量的线性运算求解.
【详解】是的中点,
.
故答案为:.
16.(2021秋·广东东莞·高二东莞市东华高级中学校考阶段练习)在平面直角坐标系中,长度为3的线段AB的两个端点分别在x轴和y轴上运动,点M是直线上的动点,则的最小值为 .
【答案】4
【分析】设点,则,求出点B关于直线的对称点为,问题转化为要使最短,则需最短,再由两点的距离公式和二次函数的性质可求得答案.
【详解】设点,则,点B关于直线的对称点为,
则,解得,
所以要使最短,则需最短,
而,
又,设,所以,所以,
所以当时(满足),取得最小值,最小值为,
所以的最小值为4,
故答案为:4.
【点睛】方法点睛:本题考查两距离和的最小值问题,常采用求得点关于直线的对称点,利用对称的性质解决线段和的最小值问题.
四、解答题(本大题共6小题,共70分,解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)
17.(2022秋·广东江门·高二江门市第二中学校考期中)如图所示,在平行六面体中,,分别在和上,且,.
(1)证明:、、、四点共面.
(2)若,求.
【答案】(1)证明见解析
(2)
【分析】(1)在上取一点,使得,连接、,根据平行六面体的性质、,即可得到,即可得证;
(2)结合图形,根据空间向量线性运算法则计算可得.
【详解】(1)证明:在上取一点,使得,连接、,
在平行六面体中,,,,
且,且,
所以四边形为平行四边形,四边形为平行四边形,
所以,且,
又且,
所以且,
所以四边形为平行四边形,
所以,
所以,
、、、四点共面.
(2)解:因为
,
即,,,
.
18.(2022秋·广东广州·高二华南师大附中校考阶段练习)直线,均过点P(1,2),直线过点A(-1,3),且.
(1)求直线,的方程
(2)若与x轴的交点Q,点M(a,b)在线段PQ上运动,求的取值范围
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)利用两点式求得直线的方程,利用点斜式求得直线的方程.
(2)结合两点连线的斜率的取值范围以及图象求得正确答案.
【详解】(1)过点,方程为,整理得,
所以,由于,所以,
所以直线的方程为.
(2)由令,解得,所以,
表示与连线的斜率,,
所以的取值范围是.
19.(2022秋·广东深圳·高二深圳市南头中学校考期中)直线过点且与直线垂直.
(1)求直线的方程;
(2)求圆心在直线上且过点、的圆的方程.
【答案】(1);(2).
【分析】(1)设直线的方程为,将点的坐标代入直线的方程,求出的值,即可得出直线的方程;
(2)设圆心的坐标为,根据已知条件可得出关于实数的等式,求出的值,可得出圆心坐标以及圆的半径,进而可得出所求圆的方程.
【详解】(1)因为直线与直线垂直,则直线的方程可设为,
又因为直线过点,所以,即,
所以直线的方程为;
(2)因为圆心在直线上,所以圆心坐标可设为,
又因为该圆过点、,
所以有,解得,
所以圆心坐标为,半径,
故圆的方程为.
20.(2023·广东深圳·深圳中学校考模拟预测)如图,且,,且,且.平面,.
(1)求平面与平面的夹角的正弦值;
(2)若点在线段上,且直线与平面所成的角为,求线段的长.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)利用空间向量法求出平面与平面的法向量,即可求解;
(2)设线段DP的长为(),求出,,然后利用向量的夹角公式列方程求解.
【详解】(1)因为平面,,平面,所以,.
因为,所以,,两两垂直,以为原点,
分别以,,的方向为轴,轴,轴的正方向的空间直角坐标系(如图),
则,,,,,,.
得,,.
设为平面的法向量,则,
令,则;
设为平面的法向量,则,
令,则,
所以.
所以平面与平面的夹角的正弦为.
(2)设线段的长为,则,.
因为,,平面,
所以平面,为平面的一个法向量,
所以,由题意,可得,解得.
所以线段的长为.
21.(2022秋·广东珠海·高二珠海市第二中学校考阶段练习)如图,在多面体ABCDEF中,平面平面ABCD,,,,.
(1)求证:;
(2)若四边形ACEF为矩形,且,求直线DF与平面DCE所成角的正弦值;
(3)若四边形ACEF为正方形,在线段AF上是否存在点P,使得二面角的余弦值为?若存在,请求出线段AP的长;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)见解析
(2)
(3)存在,
【分析】(1)利用直角三角形和余弦定理及勾股定理的逆定理经过计算可证得AC⊥CD,然后根据已知条件,利用面面垂直的性质定理可证得CD⊥平面ACEF,从而证得结论;
(2)根据已知条件利用面面垂直的性质定理可证得AF,AB,AD两两垂直,以A为原点,以射线AB、AD、AF为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.然后利用空间向量运算求得;
(3)与(2)同样建立空间直角坐标系,利用空间向量的坐标运算求解.
【详解】(1)∵,,∴四边形ABCD为直角梯形,
又∵,∴∠BAC=45°,AC=,∴∠CAD=45°,
又∵AD=2,∴CD=.
∴,∴,
又∵平面ACEF⊥平面ABCD, 平面ACEF∩平面ABCD=AC,CD 平面ABCD,
∴CD⊥平面ACEF,
又∵AF 平面ACEF,
∴CD⊥AF
(2)∵四边形ACEF为矩形,∴AF⊥AC,
又∵平面ACEF⊥平面ABCD, 平面ACEF∩平面ABCD=AC,AF 平面ACEF,
∴AF⊥平面ABCD,CE⊥平面ABCD
∴AF,AB,AD两两垂直,
以A为原点,以射线AB、AD、AF为x,y,z轴,建立空间直角坐标系如图所示.
∵AF⊥平面ABCD,AF//CE,∴CE⊥平面ABCD,
又∵,∴CE=CDtan30°=,
∴A(0,0,0),B(0,1,0),C(1,1,0),D(2,0,0),F(0,0,),E(1,1,),
,由AC⊥CE,AC⊥CD,CE∩CD=C,∴AC⊥平面CDE,
∴平面CDE的法向量为,
∴直线DF与平面CDE所成的角的正弦值为
(3)若ACEF为正方形,则与(2)同理可得AF,AB,AD两两垂直,以A为原点,以射线AB、AD、AF为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.
∴A(0,0,0),B(0,1,0),C(1,1,0),D(2,0,0),F(0,0,),E(1,1,),
设,平面PBD的法向量为
,则,令,则,,
平面ABD的法向量为,
∴,解得,
在线段AF上存在点P,使得二面角的余弦值为,线段AP的长为1.
22.(2024秋·广东深圳·高三深圳中学校考开学考试)如图所示,在三棱锥中,已知平面,平面平面.
(1)证明:平面;
(2)若,,在线段上(不含端点),是否存在点,使得二面角的余弦值为,若存在,确定点的位置;若不存在,说明理由.
【答案】(1)证明见解析
(2)存在;是上靠近的三等分点
【分析】(1)过点作于点,由面面垂直性质定理可得平面,由此证明,再证明,根据线面垂直判定定理证明结论;
(2)建立空间直角坐标系,求平面,平面的法向量,利用向量夹角公式求法向量夹角,由条件列方程确定点的位置;
【详解】(1)过点作于点,
因为平面平面,且平面平面,平面,
所以平面,
又平面,所以,
又平面,平面,
所以,
又因为,,平面,
所以平面.
(2)假设在线段上(不含端点),存在点,使得二面角的余弦值为,
以为原点,分别以、为轴,轴正方向,建立如图所示空间直角坐标系,
则,,,,
,,,,
设平面的一个法向量为,
即取,,,
所以为平面的一个法向量,
因为在线段上(不含端点),所以可设,,
所以,
设平面的一个法向量为,
即,
取,,,
所以为平面的一个法向量,
,又,
由已知可得
解得或(舍去),
所以,存在点,使得二面角的余弦值为,
此时是上靠近的三等分点.
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(本试卷满分150分,考试时间120分钟)
测试范围:选择性必修第一册(人教A版2019)第一章、第二章
一、单选题(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)
1.(2023春·广东东莞·高二东莞实验中学校考阶段练习)如图,在斜棱柱中,AC与BD的交点为点M,,,,则( )
A. B.
C. D.
2.(2022秋·广东深圳·高二深圳中学校考期末)过点且倾斜角为的直线方程为( )
A. B.
C. D.
3.(2022秋·广东佛山·高二佛山市荣山中学校考期中)在四面体中,,点在上,且,为中点,则( )
A. B.
C. D.
4.(2022秋·广东广州·高二华南师大附中校考阶段练习)在平面直角坐标系内,一束光线从点A(1,2)出发,被直线反射后到达点B(3,6),则这束光线从A到B所经过的距离为( )
A. B. C.4 D.5
5.(2022秋·广东广州·高二广州市第七中学校考期中)如图,棱长为3的正方体ABCD-A1B1C1D1中,P为正方体表面BCC1B1上的一个动点,E,F分别为BD1的三等分点,则的最小值为( )
A. B. C. D.
6.(2023春·广东深圳·高一深圳中学校考期中)剪纸是中国古老的传统民间艺术之一,剪纸时常会沿着纸的某条对称轴对折.将一张纸片先左右折叠,再上下折叠,然后沿半圆弧虚线裁剪,展开得到最后的图形,若正方形的边长为,点在四段圆弧上运动,则的取值范围为( )
A. B. C. D.
7.(2022秋·广东广州·高二广州市第七中学校考期中)如图,在正四棱柱中,是底面的中心,分别是的中点,则下列结论正确的是( )
A.//
B.
C.//平面
D.平面
8.(2022秋·广东中山·高二中山纪念中学校考期末)如图,在棱长为1的正方体中,P为棱的中点,Q为正方形内一动点(含边界),则下列说法中不正确的是( )
A.若平面,则动点Q的轨迹是一条线段
B.存在Q点,使得平面
C.当且仅当Q点落在棱上某点处时,三棱锥的体积最大
D.若,那么Q点的轨迹长度为
二、多选题(本大题共4小题,每小题5分,共20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5分,部分选对的得2分,有选错的得0分)
9.(2022秋·广东广州·高二南海中学校考期中)使方程表示圆的实数a的可能取值为( )
A. B.0 C. D.
10.(2022秋·广东广州·高二华南师大附中校考阶段练习)已知直线的倾斜角等于,且经过点,则下列结论中正确的有( )
A.的一个方向向量为
B.直线与两坐标轴围成三角形的面积为
C.与直线垂直
D.与直线平行
11.(2022秋·广东广州·高二仲元中学校考期中)已知圆M:,直线l:,直线l与圆M交于A,C两点,则下列说法正确的是( )
A.直线l恒过定点
B.的最小值为4
C.的取值范围为
D.当最小时,其余弦值为
12.(2023·广东佛山·华南师大附中南海实验高中校考模拟预测)已知直线交轴于点P,圆,过点P作圆M的两条切线,切点分别为A,B,直线与交于点C,则( )
A.若直线l与圆M相切,则
B.当时,四边形的面积为
C.直线经过一定点
D.已知点,则为定值
三、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分,把答案填在题中的横线上)
13.(2022秋·广东佛山·高二佛山市三水区三水中学校考阶段练习)如图所示,在平行六面体中,,若,则 .
14.(2023秋·广东东莞·高二东莞市东莞中学校考期末)经过直线与直线的交点且在轴上截距为6的直线方程是 .
15.(2022秋·广东深圳·高二深圳外国语学校校考阶段练习)如图所示,在平行六面体中是的中点,点是上的点,且,用表示向量的结果是 .
16.(2021秋·广东东莞·高二东莞市东华高级中学校考阶段练习)在平面直角坐标系中,长度为3的线段AB的两个端点分别在x轴和y轴上运动,点M是直线上的动点,则的最小值为 .
四、解答题(本大题共6小题,共70分,解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)
17.(2022秋·广东江门·高二江门市第二中学校考期中)如图所示,在平行六面体中,,分别在和上,且,.
(1)证明:、、、四点共面.
(2)若,求.
18.(2022秋·广东广州·高二华南师大附中校考阶段练习)直线,均过点P(1,2),直线过点A(-1,3),且.
(1)求直线,的方程
(2)若与x轴的交点Q,点M(a,b)在线段PQ上运动,求的取值范围
19.(2022秋·广东深圳·高二深圳市南头中学校考期中)直线过点且与直线垂直.
(1)求直线的方程;
(2)求圆心在直线上且过点、的圆的方程.
20.(2023·广东深圳·深圳中学校考模拟预测)如图,且,,且,且.平面,.
(1)求平面与平面的夹角的正弦值;
(2)若点在线段上,且直线与平面所成的角为,求线段的长.
21.(2022秋·广东珠海·高二珠海市第二中学校考阶段练习)如图,在多面体ABCDEF中,平面平面ABCD,,,,.
(1)求证:;
(2)若四边形ACEF为矩形,且,求直线DF与平面DCE所成角的正弦值;
(3)若四边形ACEF为正方形,在线段AF上是否存在点P,使得二面角的余弦值为?若存在,请求出线段AP的长;若不存在,请说明理由.
22.(2024秋·广东深圳·高三深圳中学校考开学考试)如图所示,在三棱锥中,已知平面,平面平面.
(1)证明:平面;
(2)若,,在线段上(不含端点),是否存在点,使得二面角的余弦值为,若存在,确定点的位置;若不存在,说明理由.
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