2018-2019学年江苏省常州市“14校合作联盟”高二(上)期中数学试卷
一、填空题(本大题共14小题,共70.0分)
若直线l的倾斜角为60°,则直线l的斜率为______.
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,面对角线A1D与AC所在直线的位置关系为______.(填“平行”、“相交”、“异面”)
如图,若线段AB的端点A,B到平面α的距离分别为2,4,且A,B在平面α的同侧,则线段AB的中点M到平面α的距离为______.
若直线4x+ay=2a+2与直线2x+y=a+2平行,则实数a的值为______.
如果用半径为2的半圆形铁皮卷成一个无底圆锥筒,那么此圆锥筒的高为______.
函数??=
1?
??
2
的图象绕x轴旋转360°所得几何体的体积为______.
下列三个命题在“( )”处都缺少同一个条件,补上这个条件使其构成真命题(其中l,m为直线,α,β为平面),则此条件是______.①?l∥m;②?m⊥l;③?l∥β
已知三点A(-1,2),B(1,0),C(2,1),那么△ABC外接圆的方程为______.
如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=6cm,AD=3cm,AA1=2cm,则三棱锥C-A1BC1的体积为______cm3.
若圆O:x2+y2=10与圆M:(x-a)2+y2=90(a∈R)相交于A,B两点,且两圆在点A处的切线互相垂直,则线段AB的长度是______.
如图,一个实心六角螺帽毛坯(正六棱柱)的底边长为4,高为3,若在中间钻一个圆柱形孔后其表面积没有变化,则孔的半径为______.
设点A(1,0),B(3,2),如果直线ax+by-1=0与线段AB有一个公共点,那么
1
??
2
+
??
2
的最大值为______.
如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E是棱BC的中点,P是侧面BCC1B1内一点,若平面A1B1CD⊥平面AEP,则线段AP长度的取值范围是______.
在△ABC中,BC=3,∠A的平分线交BC于点D,且BD=2,则△ABC面积的最大值是______.
二、解答题(本大题共6小题,共80.0分)
如图,在三棱锥O-AEF中,侧棱OA⊥OE,OA⊥OF,M,N分别为EF,OF的中点.求证:(1)MN∥平面AOE;(2)平面AOE⊥平面OEF.
已知三条直线l1:x+y-3=0,l2:3x-y-1=0,l3:2x+my-8=0经过同一点M.(1)求实数m的值;(2)求点M关于直线l:x-3y-5=0的对称点N的坐标.
如图,已知三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AC,D为BC上一点,A1B∥平面AC1D.(1)求证:D为BC的中点;(2)若平面ABC⊥平面BCC1B1,求证:△AC1D为直角三角形.
已知圆C的方程为x2+y2-2ax-4y+a2+a-8=0(a∈R).(1)若a=1,过点(2,3)的直线l交圆C于M,N两点,且????=2
10
,求直线l的方程;(2)直线x+y+2=0与圆C相交于A,B两点,问是否存在实数a,使得以AB为直径的圆经过原点?若存在,求出实数a的值;若不存在,说明理由.
如图,某市有相交于点O的一条东西走向的公路l,与南北走向的公路m,这两条公路都与一块半径为1(单位:千米)的圆形商城A相切.根据市民建议,欲再新建一条公路PQ,点P、Q分别在公路l、m上,且要求PQ与圆形商城A也相切.(1)当P距O处4千米时,求OQ的长;(2)当公路PQ长最短时,求OQ的长.
已知圆C:(x+1)2+y2=a(a>0),定点A(m,0),B(0,n),其中m,n为正实数.(1)当a=m=n=3时,判断直线AB与圆C的位置关系;(2)当a=4时,若对于圆C上任意一点P均有PA=λPO成立(O为坐标原点),求实数m,λ的值;(3)当m=2,n=4时,对于线段AB上的任意一点P,若在圆C上都存在不同的两点M,N,使得点M是线段PN的中点,求实数a的取值范围.
答案和解析
1.【答案】
3
【解析】
解:因为直线的倾斜角为60°,所以直线的斜率k=tan60.故答案为:.通过直线的倾斜角为60°求出直线的斜率即可.本题考查直线的倾斜角与直线的斜率的关系,基本知识的考查.
2.【答案】异面【解析】
解:在正方体ABCD-A1B1C1D1中, A1D∩平面ABCD=D, AC?平面ABCD, D?AC, ∴面对角线A1D与AC所在直线的位置关系为异面. 故答案为:异面.A1D∩平面ABCD=D,AC?平面ABCD,D?AC,由此能求出面对角线A1D与AC所在直线的位置关系.本题考查空间中两直线的位置关系的判断,考查异面直线判定定理等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.
3.【答案】3【解析】
解:∵线段AB的端点A,B到平面α的距离分别为2,4,且A,B在平面α的同侧,∴线段AB的中点M到平面α的距离为:d==3.故答案为:3.由线段AB的端点A,B到平面α的距离分别为2,4,且A,B在平面α的同侧,结合图形能求出线段AB的中点M到平面α的距离.本题考查点到平面的距离的求法,考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.
4.【答案】2【解析】
解:∵直线4x+ay=2a+2与直线2x+y=a+2平行,∴,解得a=2,∴实数a的值为2.故答案为:2.利用直线与直线平行的性质直接求解.本题考查实数值的求法,考查直线与直线平行的性质等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.
5.【答案】
3
【解析】
解:用半径为2的半圆形铁皮卷成一个无底圆锥筒,如图所示;设圆锥母线为l,底面圆半径为r,高为h,则l=2,且πrl=πl2,∴r=l=1,∴此圆锥筒的高为h==.故答案为:.由题意设圆锥母线为l,底面圆半径为r,高为h,由侧面积列方程求出r的值,再用勾股定理求出h的值.本题考查了圆锥侧面积的计算问题,是基础题.
6.【答案】
4??
3
【解析】
解:函数的图象是半圆,且半圆的圆心为原点,半径为1,则该半圆绕x轴旋转360°所得几何体是半径为1的球,所以该球的体积为π?13=.故答案为:.由函数的图象是半圆知该半圆绕x轴旋转360°所得几何体是球,求出球的体积即可.本题考查了旋转体的体积计算问题,是基础题.
7.【答案】l?α【解析】
解:在(1)中,?l∥m,在(2)中,?m⊥l,在(3)中,?l∥β,∴l?α.故答案为:l?α.利用空间中线线、线面、面面间的位置关系直接求解.本题考查线线平行、线线垂直、线面平行的条件的判断,考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.
8.【答案】x2+y2-x-3y=0【解析】
解:根据题意,设圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,又由该圆经过三点A(-1,2),B(1,0),C(2,1),则有,解可得:D=-1,E=-3,F=0;则圆的方程为x2+y2-x-3y=0;故答案为:x2+y2-x-3y=0.根据题意,设圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,将三点的坐标代入圆的方程,可得,解可得D、E、F的值,即可得答案.本题考查圆的一般方程的求法,关键是设出圆的方程,属于基础题.
9.【答案】6【解析】
解:在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=6cm,AD=3cm,AA1=2cm,则三棱锥C-A1BC1的体积就是A1-CBC1的体积,可得V===6.故答案为:6.根据长方体的结构特征,利用等体积法,转化求解即可.本题考查锥体体积计算,对于三棱锥体积计算,要选择好底面,便于求解.
10.【答案】6【解析】
解:由题意得:O(0,0),r1=,M(a,0),r2=,∴<|a|<,∵OA⊥MA,∴在Rt△AOM中,根据勾股定理得:OM2=OA2+MA2,即a2=2+(32=100,∴a=10或a=-10(不合题意,舍去),则线段AB的长度为2AC=2×=2×=6,故答案为:6.画出草图,由OA⊥MA,结合勾股定理可得a的值,再用等面积法,求线段AB的长度.本题考查了圆的标准方程,直线与圆的位置关系,利用了数形结合的思想,画出相应的图形是解本题的关键,是中档题.
11.【答案】3【解析】
解:设孔的半径为r, ∵一个实心六角螺帽毛坯(正六棱柱)的底边长为4,高为3, 在中间钻一个圆柱形孔后其表面积没有变化, ∴2×πr2=2πr×3, 解得r=3, ∴孔的半径为3. 故答案为:3.设孔的半径为r,推导出2×πr2=2πr×3,由此能求出孔的半径.本题考查反函数的求法,考查反函数的性质等基础知识,考查运算求解能力,考查函数与方程思想,是基础题.
12.【答案】13【解析】
解:∵直线ax+by=1与线段AB有一个公共点,∴点A(1,0),B(3,2)在直线ax+by=1的两侧,∴(a-1)(3a+2b-1)≤0,画出它们表示的平面区域,如图所示.∵a2+b2表示原点到区域内的点的距离的平方,由图可知,当原点O到直线3a+2b-1=0的距离为原点到区域内的点的距离的最小值即,则的最大值为13. 故答案为:13由题意得:点A(1,0),B(3,2)在直线ax+by=1的两侧,那么把这两个点代入ax+by-1=0,它们的符号相反,乘积小于等于0,即可得出关于a,b的不等关系,画出此不等关系表示的平面区域,结合线性规划思想求出a2+b2的取值范围.本题考查二元一次不等式组与平面区域问题、函数的最值及其几何意义,是基础题.准确把握点与直线的位置关系,找到图中的“界”,是解决此类问题的关键.
13.【答案】(
5
,3]【解析】
解:依题意可得BC1⊥平面A1B1CD,故只需EP∥BC1即可,取CC1中点为F,故P在线段EF上(不含端点).AE=,AF=. ∴线段AP长度的取值范围是(,3].故答案为:(,3].依题意可得只需EP∥BC1即可,取CC1中点为F,故P在线段EF上(不含端点).求得AE,AF,即可得线段AP长度的取值范围.本题考查点、线、面间的距离问题,考查学生的运算能力及推理转化能力,属中档题,解决本题的关键是通过构造平行平面寻找P点位置.
14.【答案】3【解析】
解:∵BC=3,∠A的平分线交BC于点D,且BD=2,可得:CD=1,根据三角形内角平分线的性质可得AB=2AC,不妨设AC=b,则AB=2b;∴cos∠BAC==,∴sin∠BAC==;∴△ABC的面积为S△ABC=?2b?b?sin∠BAC=,则b2=5时,S△ABC取得最大值为3.故答案为:3.根据三角形内角平分线的性质可得AB=2AC,设AC=b,利用余弦定理求得cos∠BAC的值,再计算sin∠BAC,写出△ABC的面积,计算最大值即可.本题考查了三角形的内角平分线定理应用问题,也考查了余弦定理和三角形面积公式应用问题,是中档题.
15.【答案】证明:(1)∵M,N分别为EF,OF的中点,∴MN∥OE.……………………(3分)∵MN?平面AOE,OE?面AOE,∴MN∥面AOE.………………………………………………………(7分)(2)∵侧棱OA⊥OE,OA⊥OF,OE,OF?平面OEF,且OE∩OF=O,∴AO⊥面OEF.……………………………………………………(10分)∵AO?面AOE,∴面AOE⊥面OEF.…………………………(14分)【解析】
(1)由M,N分别为EF,OF的中点,得MN∥OE,由此能证明MN∥面AOE. (2)推导出AO⊥面OEF,由此能证明面AOE⊥面OEF.本题考查线面平行、面面垂直的证明,考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识,考查运算求解能力,考查函数与方程思想,是中档题.
16.【答案】解:(1)解方程组
3??????1=0
??+???3=0
,得交点M(1,2).?……………………………(3分)将点M(1,2)的坐标代入直线l3:2x+my-8=0的方程,得m=3.…………(6分)(2)法一:设点N的坐标为(m,n),则由题意可
???2
???1
×
1
3
=?1
??+1
2
?3×
??+2
2
?5=0
………(9分)解得
??=?4
??=3
…………………………………………………………………………(12分)所以,所求对称点N的坐标(3,-4).………………………………………………(14分)法二:由(1)知M(1,2),所以,过M且与x-3y-5=0垂直的直线方程为:y-2=-3(x-1),即3x+y-5=0.…………………………………………………………………(8分)解方程组
???3???5=0
3??+???5=0
得交点为H(2,-1)………………………………………(10分)因为M,N的中点为H,所以,xN=2×2-1=3,yN=2×(-1)-2=-4.……(13分)所以,所求对称点N的坐标(3,-4).………………………………………………(14分)【解析】
(1)求出M,将M代入直线方程求出m的值即可; (2)法一:设N(m,n),根据对称性以及斜率的关系得到关于m,n的方程组,解出即可; 法二:由M的坐标以及过M且与x-3y-5=0垂直的直线方程,联立方程组求出H的坐标,结合中点坐标公式计算即可.本题考查了直线的交点坐标,考查直线的位置关系以及中点坐标公式,考查转化思想,是一道综合题.
17.【答案】证明:(1)连接A1C交AC1于O,连接OD,如图所示;…………(2分)∵四边形ACC1A1是棱柱的侧面,∴四边形ACC1A1是平行四边形;∵O为平行四边形ACC1A1对角线的交点,∴O为A1C的中点;……………(4分)∵A1B∥平面AC1D,平面A1BC∩平面AC1D=OD,A1B?平面A1BC,∴A1B∥OD;……………(6分)∴OD为△A1BC的中位线,∴D为BC的中点;??? ……(7分)(2)∵AB=AC,D为BC的中点,∴AD⊥BC;………………(8分)∵平面ABC⊥平面BCC1B1,AD?平面ABC,平面ABC∩平面BCC1B1=BC,∴AD⊥平面BCC1B1;……………………(11分)∵C1D?平面BCC1B1,∴AD⊥C1D,……………………(13分)∴△AC1D为直角三角形.……………………(14分)【解析】
(1)连接A1C交AC1于O,连接OD, 利用线面平行的性质定理和中位线的定义,即可证明D为BC的中点; (2)由等腰三角形的性质和面面垂直的性质定理,证明AD⊥C1D即可.本题考查了空间中的平行与垂直关系的应用问题,是中档题.
18.【答案】解:(1)∵a=1,∴圆C为(x-1)2+(y-2)2=11,设圆心C到直线l的距离为d,∵????=2
10
,∴2
11?
??
2
=2
10
,得d=1.若l的斜率不存在,则l:x=2符合题意;若l的斜率存在,设为k,则l:y-3=k(x-2),即kx-y-2k+3=0.由??=
|???2?2??+3|
??
2
+1
=1,解得k=0,可得l:y=3.综上,直线l的方程为x=2或y=3.(2)将x2+y2-2ax-4y+a2+a-8=0配方得,(x-a)2+(y-2)2=12-a.∵直线x+y+2=0与圆C相交,∴
12???>0
|??+4|
2
<
12???
.∴?5?
33
<??<?5+
33
.设A(x1,y1),B(x2,y2),则其坐标是方程组
??+??+2=0
??
2
+
??
2
?2?????4??+
??
2
+???8=0
的解,消去y得到关于x的一元二次方程为2x2+(8-2a)x+a2+a+4=0,由韦达定理得,x1+x2=a-4,
??
1
??
2
=
1
2
??
2
+
1
2
??+2.∵以AB为直径的圆过原点,∴
????
?
????
=0,∴x1x2+y1y2=0,即x1x2+(x1+2)(x2+2)=0,则x1x2+x1+x2+2=0,∴
1
2
??
2
+
1
2
??+2+???4+2=0,解得,a=0或a=-3.满足?5?
33
<??<?5+
33
,∴a=0或a=-3.【解析】
(1)把a=1代入圆的方程,化为标准方程,求出圆心坐标与半径,由垂径定理可得圆心到直线l的距离,然后分类求解可得l的方程;(2)化圆的方程为标准方程,由圆心到直线的距离小于半径求得a的范围,联立直线方程与圆的方程,利用根与系数的关系结合求解a值.本题考查直线与圆的位置关系的应用,考查点到直线的距离公式,考查向量垂直与数量积间的关系,考查计算能力,是中档题.
19.【答案】解:(1)以O为原点,直线l、m分别为x,y轴建立平面直角坐标系;?………………(1分)设PQ与圆A相切于点B,连结AB,以1千米为单位长度,则圆A的方程为(x-1)2+(y-1)2=1,…………………………………………(2分)由题意可设直线PQ的方程为
??
4
+
??
??
=1,即bx+4y-4b=0,(b>2),……………………………………………………………(3分)∵PQ与圆A相切,∴
|4?3??|
??
2
+
4
2
=1,解得b=3,故当P距O处4千米时,OQ的长为3千米;……………………(5分)(2)设P(a,0),Q(0,b)(a>2,b>2),………………………………(6分)则直线PQ方程为
??
??
+
??
??
=1,即bx+ay-ab=0.因为PQ与圆A相切,所以
|??+???????|
??
2
+
??
2
=1.……………………(8分)化简得ab-2(a+b)+2=0,即ab=2(a+b)-2;……………………(10分)法一:因此????=
??
2
+
??
2
=
(??+??
)
2
?2????
=
(??+??
)
2
?4(??+??)+4
=
(??+???2
)
2
;因为a>2,b>2,所以a+b>4,于是PQ=(a+b)-2;……………………(12分)又????=2(??+??)?2≤(
??+??
2
)
2
,解得0<??+??≤4?2
2
,或??+??≥4+2
2
;因为a+b>4,所以??+??≥4+2
2
,………………………………(14分)PQ=(a+b)-2≥2+2
2
,当且仅当??=??=2+
2
时取等号,所以PQ最小值为2+2
2
,此时??=??=2+
2
;……………………(15分)答:当P、Q两点距离两公路的交点O都为2+
2
(千米)时,新建公路PQ最短.……………(16分)法二:化简得ab-2(a+b)+2=0,即??=
2(???1)
???2
=2+
2
???2
,……………………(10分)因此????=
??
2
+
??
2
=
??
2
+(2+
2
???2
)
2
=
(???2+2
)
2
+(2+
2
???2
)
2
=
(???2
)
2
+
4
(???2
)
2
+4((???2)+
2
???2
)+8
=
((???2)+
2
???2
)
2
+4((???2)+
2
???2
)+4
=
((???2)+
2
???2
+2
)
2
=|(???2)+
2
???2
+2|;………………(12分)因为a>2,所以????=(???2)+
2
???2
+2≥2
(???2)×
2
???2
+2=2
2
+2;………………(14分)当且仅当???2=
2
???2
,即??=??=2+
2
时取到等号,………………(15分)答:当P、Q两点距离两公路的交点O都为2+
2
(千米)时,新建公路PQ最短.……………(16分)法三:解:(2)设PQ与圆A相切于点B,连结AB、AP、AQ,设∠OPA=θ,则∠APB=∠APO,∠BQA=∠OQA,且∠??????+∠??????=
??
2
,∴∠??????=
??
4
???,…………………(8分)又∵AB⊥PQ,∴????=
1
????????
,????=
1
??????(
??
4
???)
??∈(0,
??
4
);……………………………………………(10分)∴????=
1
????????
+
1
??????(
??
4
???)
=
1
????????
+
1
1?????????
1+????????
=
1
????????
+
1+????????
1?????????
…………………………………(12分)=
1
????????
+
2
1?????????
?1=(
1
????????
+
2
1?????????
)(????????+1?????????)?1=1+
1?????????
????????
+
2????????
1?????????
+2?1≥2+2
1?????????
????????
?
2????????
1?????????
=2+2
2
,…………………………(14分)(当且仅当????????=
2
?1取等号);……………………………………………………………………(15分)答:当P、Q两点距离两公路的交点O都为2+
2
(千米)时,新建公路PQ最短.………………(16分)法四:设PQ与⊙A相切于点B,设BP=x,BQ=y(x>0,y>0),……………………………(6分)则OP=x+1,OQ=y+1,PQ=x+y;………………………………………………………………(8分)在RT△OPQ中,由OP2+OQ2=PQ2得:(x+y)2=(x+1)2+(y+1)2,………………………(10分)化简得:xy=x+y+1,∴??+??+1≤(
??+??
2
)
2
,解得:??+??≥2+2
2
或??+??≤2?2
2
(舍);………………………………………………………(13分)(当且仅当??=??=
2
+1时等号成立)∴当????=????=2+
2
时,PQ有最小值2+2
2
;……………………………………………………(15分)答:当P、Q两点距离公路交点O都为2+
2
(千米)时,新建公路PQ最短.……………(16分)【解析】
(1)建立适当的平面直角坐标系,利用直线与圆相切求出对应数值; (2)设出点P、Q的坐标,利用直线与圆相切,得出对应关系; 法一,利用两点间的距离公式和基本不等式求得PQ的最小值. 法二,利用两点间的距离公式和代入法,结合基本不等式求得PQ的最小值. 法三,利用三角函数表示出PQ,根据三角恒等变换和基本不等式计算PQ的最小值. 法四:由题意设BP=x,BQ=y,利用直角三角形的勾股定理求出x、y的关系,利用基本不等式求出PQ的最小值.本题考查了直线与圆的方程应用问题,也考查了解三角形的应用问题,是中档题.
20.【答案】解:(1)当a=3时,圆心为(-1,0),半径为
3
,当m=n=3时,直线AB方程为x+y-3=0,∴圆心到直线距离为d=
|?1?3|
2
=2
2
,∵
3
<2
2
,∴直线与圆相离;(2)设点P(x,y),则????=
??
2
+
??
2
,????=
(?????
)
2
+
??
2
,∵PA=λPO,∴(x-m)2+y2=λ2(x2+y2),即(λ2-1)x2+(λ2-1)y2+2mx-m2=0,由(x+1)2+y2=4得,x2+y2+2x-3=0,∴x2+y2=3-2x,代入得,(λ2-1)(3-2x)+2mx-m2=0,化简得2(m-λ2+1)x-m2+3(λ2-1)=0,∵P为圆C上任意一点,∴
?
??
2
+3(
??
2
?1)=0
???
??
2
+1=0
,又m,λ>0,解得m=3,λ=2;(3)直线AB的方程为
??
2
+
??
4
=1,设P(t,4-2t)(0≤t≤2),N(x,y),∵点M是线段PN的中点,∴??(
??+??
2
,2???+
??
2
),又M,N都在圆C:(x+1)2+y2=a上,
(??+1
)
2
+
??
2
=??
(
??+??
2
+1
)
2
+(2???+
??
2
)
2
=??
,即
(??+??+2
)
2
+(??+4?2??
)
2
=4??
(??+1
)
2
+
??
2
=??
.∵该关于x,y的方程组有解,即以(-1,0)为圆心,
??
为半径的圆与以(-t-2,2t-4)为圆心,2
??
为半径的圆有公共点,∴a≤(t+1)2+(2t-4)2≤9a,又P为线段AB上的任意一点,∴a≤(t+1)2+(2t-4)2≤9a对所有0≤t≤2成立.而f(t)=(t+1)2+(2t-4)2=5(???
7
5
)
2
+
36
5
在[0,2]上的值域为[
36
5
,17],∴
??≤
36
5
9??≥17
,即
17
9
≤??≤
36
5
.又线段AB与圆C无公共点,∴
??
<
|?2+0?4|
5
,则??<
36
5
.故实数a的取值范围为[
17
9
,
36
5
).【解析】
(1)把a=m=n=3分别代入圆与直线方程,由圆心到直线的距离大于半径可得直线与圆相离;(2)设点P(x,y),由PA=λPO,得(λ2-1)x2+(λ2-1)y2+2mx-m2=0,结合(x+1)2+y2=4,得(λ2-1)(3-2x)+2mx-m2=0,化简得2(m-λ2+1)x-m2+3(λ2-1)=0,由P为圆C上任意一点,可得,由此求得实数m,λ的值;(3)求出直线方程,设P(t,4-2t)(0≤t≤2),N(x,y),求得M坐标,由M,N都在圆C:(x+1)2+y2=a上,得,该关于x,y的方程组有解,即以(-1,0)为圆心,为半径的圆与以(-t-2,2t-4)为圆心,为半径的圆有公共点,转化为a≤(t+1)2+(2t-4)2≤9a,可得a≤(t+1)2+(2t-4)2≤9a对所有0≤t≤2成立.求出函数f(t)=(t+1)2+(2t-4)2在[0,2]上的值域,可得a的范围.本题考查直线与圆位置关系的应用,考查逻辑思维能力与推理运算能力,难度较大.