辽宁省盘锦市第二高级中学2020-2021学年高二上学期期末考试数学试题
辽宁省盘锦市第二高级中学2020-2021学年高二上学期期末
考试数学试题
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.直线8y x =-的倾斜角为( ) A .45
B .60
C .120
D .135
2.抛物线28y x =的准线方程为( ) A .2x =-
B .2y =-
C .132
x =-
D .132
y =-
3.已知()2,3,1a =-,则下列向量中与a 平行的是( ) A .() 1,1,1 B .() 4,6,2-- C .() 2,3,5-
D .()23,5-,-
4.已知点()1,3A 、()5,1B -,则线段AB 的垂直平分线的方程为( ) A .310x y +-= B .340x y ++= C .210x y -+=
D .210x y --=
5.在锐角中ΔABC ,角A,B 所对的边长分别为a,b .若2asinB =√3b,则角A 等于( ) A .π
12
B .π
6
C .π
4
D .π
3
6.已知椭圆()22
22:10x y C a b a b
+=>>两焦点间的距离为A
,
则椭圆C 的标准方程为( )
A .22
142
x y +=
B .22
164
x y +=
C .22
186
x y +
D .22
153
x y +=
7.等差数列{}n a 前几项和为S n ,且S 3=6,a 3=4,则公差d 等于() A .1
B .
5
3
C .2
D .3
8.在直三棱柱111ABC A B C -中,若90BAC ∠=,11AB AC AA ===,则异面直线
1BA 与1B C 所成角的余弦值为( )
A .
2
B .
6
C .0
D .
3
9.若点O 和点F 分别为椭圆2
212
x y +=的中心和右焦点,P 为椭圆上任意一点,则
OP FP ?的最小值为( )
A .
14
B .
13
C .
12
D .
23
10.已知等比数列{}n a 的公比0q >且1q ≠,其前n 项和为n S ,则23S a 与32S a 的大小关系为( ) A .2332S a S a > B .2332S a S a < C .2332S a S a =
D .不能确定
11.已知P 是双曲线()22
2
210169x y a a a
-=>上的点1F 、2F 是其左、右焦点,且120PF PF ?=,若12PF F ?的面积为9,则a 等于( )
A .2
B .1
C .3
D .4
12.已知F 是椭圆C :22
221x y a b +=(a>b>0)的右焦点,点P 在椭圆C 上,线段PF 与圆
222
()39
c b x y -+=
相切于点Q ,(其中c 为椭圆的半焦距),且2PQ QF =则椭圆C 的离心率等于( )
A B .
23
C D .
12
二、填空题
13.已知直线1l 210y --=,2l :0x =,则直线1l ,2l 之间的距离为______.
14.设m 为常数,若点()0,5F 是双曲线2219
y x
m --=的一个焦点,则m =________.
15.斜率为
43
的直线l 经过抛物线()2
20y px p =>的焦点()1,0F 且与抛物线交于A 、B 两点,则线段AB 的长为________.
16.已知圆22:4O x y +=与圆()2
2:48C x y -+=在第一象限内的交点为P ,过点P 的直线l 与圆O 及圆C 的另一交点分别为M ,N .若0PM PN →
→
+=,则直线l 的斜率为______.
三、解答题
17.已知圆22:2660C x y x y +-++=,直线:10l kx y -+=. (1)求圆C 的圆心坐标和半径;
(2)若直线l 与圆C 相切,求实数k 的值.
18.在ABC ?中,内角A 、B 、C 所对的边分别为a 、b 、c ,已知()2
23a b c ab +=+. (1)求C 的值; (2)若ABC ?
c =a 、b 的值. 19.在等比数列{}n a 中,10a >,*n ∈N ,且328a a -=,又1a 、5a 的等比中项为16. (1)求数列{}n a 的通项公式; (2)设2
log 2n
n a b =,数列{}n b 的前n 项和为n S ,是否存在正整数k ,使得123
1111
n
k S S S S ++++
<对任意*n ∈N 恒成立?若存在,求出正整数k 的最小值;若不存在,请说明理由.
20.已知抛物线2y x =与直线()1y k x =-相交于A 、B 两点,O 为坐标原点. (1)求证:OA OB
⊥;
(2)当OAB ?时,求k 的值.
21.如图所示,在四棱柱1111ABCD A B C D -中,侧棱1AA ⊥底面ABCD ,//AB DC ,
11AA =,3AB =,4=AD ,5BC =,6DC =.
(1)求证:CD ⊥平面11ADD A ;
(2)求直线1AA 与平面1AB C 所成角的正弦值.
22.已知椭圆()2
22:10x C y a a
+=>,焦距为.
(1)求椭圆C 的标准方程;
(2)若一直线:l y kx m =+与椭圆C 相交于A 、B 两点(A 、B 不是椭圆的顶点),以AB 为直径的圆过椭圆C 的上顶点,求证:直线l 过定点,并求出该定点的坐标.
参考答案
1.D 【分析】
求出直线的斜率,由此可得出该直线的倾斜角. 【详解】
直线8y x =-的斜率为1-,该直线的倾斜角为135. 故选:D. 【点睛】
本题考查直线倾斜角的计算,一般要求出直线的斜率,考查计算能力,属于基础题. 2.D 【解析】
试题分析:抛物线2
8y x =化为标准方程2
18x y =
,则128=p ,所以准线方程为1
32
y =-,故答案为D .
考点:抛物线的性质. 3.B 【分析】
根据空间向量共线定理进行求解即可. 【详解】
选项A :若()2,3,1a =-与() 1,1,1平行,则必存在实数1λ,使得()12,3,1λ-=() 1,1,1成立,
即1
11231λλλ
=??
-=??=?
,显然1λ无实数解,故本选项不符合题意; 选项B :若()2,3,1a =-与() 4,6,2--平行,则必存在实数2λ,
使得()22,3,1λ-=() 4,6,2--成立,即2
22224136212λλλλ
=-??
-=?=-??=-?
,故本选项符合题意;
选项C ::若()2,3,1a =-与() 2,3,5-平行,则必存在实数3λ,使得()32,3,1λ-=()
2,3,5-
成立,即333223315λλλ
=??
-=-??=?
,显然3λ无实数解,故本选项不符合题意;
选项D ::若()2,3,1a =-与()23,5-,-平行,则必存在实数4λ,
使得()42,3,1λ-=()23,5-,-成立,即4
44223315λλλ
=-??
-=-??=?
,显然4λ无实数解,故本选项不符合题
意; 故选:B 【点睛】
本题考查了空间向量平行的判断,考查了数学运算能力,属于基础题. 4.B 【分析】
求出线段AB 的斜率,可得出其垂线的斜率,并求出线段AB 的中点坐标,利用点斜式可得出线段AB 的垂直平分线的方程,化为一般式即可. 【详解】
线段AB 的中点坐标为()2,2-,直线AB 的斜率为()311
153
AB k -==--,
则线段AB 的垂直平分线的斜率为3-,
因此,线段AB 的垂直平分线的方程为()232y x -=-+,整理为340x y ++=. 故选:B. 【点睛】
本题考查线段垂直平分线方程的求解,要求出线段的中点坐标与垂线的斜率,考查计算能力,属于基础题. 5.D 【解析】
试题分析:∵2asinB =√3b ∴2sinAsinB =√3sinB ∴sinA =√3
2
∴A =π
3
考点:正弦定理解三角形
6.B 【分析】
利用椭圆的定义求出a ,再结合半焦距求出b 的值,从而可得出椭圆C 的标准方程. 【详解】
由题意知,椭圆C
的焦点坐标为()
, 由椭圆的定义得
2a =
=
))
11=
+
=,a
∴=,2b ==.
因此,椭圆C 的标准方程为22
164
x y +=.
故选:B. 【点睛】
本题考查椭圆标准方程的求解,在涉及椭圆的焦点时,可以充分利用椭圆的定义来求解,考查计算能力,属于中等题. 7.C 【解析】
设{a n }的公差为d ,首项为a 1 , 由题意得1132362
24
a d a d ??
+
=???+=?, 解得102a d =??=?. 本题选择C 选项. 8.C 【分析】
以点A 为坐标原点,AB 、AC 、1AA 所在直线分别为x 、y 、z 轴建立空间直角坐标系,利用空间向量法可计算出异面直线1BA 与1B C 所成角的余弦值. 【详解】
以点A 为坐标原点,AB 、AC 、1AA 所在直线分别为x 、y 、z 轴建立如下图所示的空间
直角坐标系A xyz -,则()10,0,1A 、()1,0,0B 、()11
,0,1B 、()0,1,0C ,
()11,0,1BA =-,()11,1,1B C =--,则()()2
11101110BA B C ?=-+?+?-=,
所以,11BA B C ⊥,因此,异面直线1BA 与1B C 所成角的余弦值为0. 故选:C. 【点睛】
本题考查异面直线所成角的余弦值的计算,建立空间直角坐标系,利用空间向量法求解是解答的关键,考查计算能力,属于基础题. 9.C 【分析】
设点P 的坐标为(),x y ,可得22
12
x y =-,且有x ≤≤,然后利用平面向量数量积
的坐标运算结合二次函数的基本性质可求出OP FP ?的最小值. 【详解】
设点P 的坐标为(),x y ,则2
2
12
x y =-,且有x ≤≤,()1,0F ,()1,FP x y =-,
()222
22212
111211122O x P FP x x y x x x x x ?=-+=-+=--+=+-,
2x -≤≤1x =时,OP FP ?取得最小值12
. 故选:C. 【点睛】
本题考查椭圆中向量数量积最值的计算,涉及到椭圆的有界性,考查计算能力与函数方程思
想的应用,属于中等题. 10.B 【分析】
利用1a 和q 表示23S a 与32S a ,然后利用作差法可比较出23S a 与32S a 的大小关系. 【详解】
()
()222322*********S a S a a q q a q a q a q a q -=++?-+?=>,因此,2332S a S a <.
故选:B. 【点睛】
本题考查等比数列中相关项的大小比较,一般利用首项和公比相应的项进行表示,考查推理能力与计算能力,属于中等题. 11.B 【分析】
利用勾股定理与双曲线的定义可求出12PF PF ?,结合三角形的面积公式可求出a 的值. 【详解】 由12
0PF PF ?=得12PF PF ⊥,
由勾股定理得(2
2
2
212
12100PF PF F F a +===,
由双曲线的定义得128PF PF a -=,
22
2
21212126421002a PF PF PF PF a PF PF ∴=+-?=-?,所以21218PF PF a ?=,
则12PF F ?的面积为2121
992
PF PF a ?==,0a >,解得1a =. 故选:B. 【点睛】
本题考查焦点三角形面积的计算,涉及双曲线的定义和勾股定理的应用,考查计算能力,属于中等题. 12.A 【分析】
由题意首先利用几何关系找到a 、b 的比例关系,然后计算椭圆的离心率即可. 【详解】
如图所示,设椭圆的左焦点为F 1,连接PF 1,
设圆心为C ,则圆心坐标为,03c ?? ???,半径为3
b r =, ∴|F 1F |=3|FC |,
∵PQ =2QF ,∴PF 1∥QC ,|PF 1|=b , ∴|PF |=2a ?b ,
∵线段PF 与圆相切于点Q , ∴CQ ⊥PF , ∴PF 1⊥PF , ∴b 2+(2a ?b )2=4c 2,
()
2222(2)4b a b a b ∴+-=-,
3
2a b ∴=,则23
b a =,
c e a ∴===
故选:A . 【点睛】
椭圆的离心率是椭圆最重要的几何性质,求椭圆的离心率(或离心率的取值范围),常见有两种方法:
①求出a ,c ,代入公式c
e a
=
; ②只需要根据一个条件得到关于a ,b ,c 的齐次式,结合b 2=a 2-c 2转化为a ,c 的齐次式,然后等式(不等式)两边分别除以a 或a 2转化为关于e 的方程(不等式),解方程(不等式)即可得e (e 的取值范围).
13.
2
【分析】
将直线2l 220y -+=,再利用两平行线的距离公式求解. 【详解】
直线2l 220y -+=,
则直线1l ,2l 2
=
,
故答案为【点睛】
本题考查求两平行线间的距离,注意应用公式时,两平行线方程必须是一般式方程,且,x y 的系数对应相等. 14.16- 【分析】
根据双曲线的焦点坐标可得出关于m 的等式,解出即可. 【详解】
由于点()0,5F 是双曲线22
19
y x m --=的一个焦点,则29525m -+==,解得16m =-.
故答案为:16-. 【点睛】
本题考查根据双曲线的焦点坐标求参数,考查运算求解能力,属于基础题. 15.
254
【分析】
先根据抛物线的焦点坐标得出抛物线的标准方程,设点()11,A x y 、()22,B x y ,将直线l 的方程与抛物线的方程联立,利用韦达定理结合抛物线的焦点弦长公式可计算出线段AB 的长. 【详解】
由于抛物线()2
20y px p =>的焦点为()1,0F ,则
122
p
p =?=, 所以,抛物线的方程为2
4y x =,设点()11,A x y 、()22,B x y ,
直线l 的方程为()413y x =-,联立()2413
4y x y x ?=-?
??=?,消去y 得241740x x -+=, 12174x x ∴+=
,121725
2244AB x x =++=+=.
故答案为:254
. 【点睛】
本题考查抛物线的焦点弦长的计算,涉及韦达定理与抛物线定义的应用,考查计算能力,属于中等题. 16
.
7
【分析】
根据题意,联立圆O 和圆C 的方程,可求出点P 的坐标,设直线l 的斜率为k ,根据直线点斜式求得直线l 的方程,利用点到直线的距离公式分别求出点O 和点C 到直线l 的距离1d 和
2d ,再由0PM PN →→+=,得出PM PN =,再根据直线与圆的弦长公式分别求出PM 和
PN ,从而可求出直线l 的斜率k .
【详解】
解:由题可知,圆2
2
:4O x y +=与圆()2
2:48C x y -+=在第一象限内的交点为P ,
联立(
)22
22
448x y x y ?+=?
?-+=??,解得:32x =,
则2y =±
,故32P ? ??
,
设直线l 的斜率为k ,则l
的方程为:322y k x ?
?-
=- ??
?, 即直线l
的方程为:2230kx y k -=,
则点O 到直线l
的距离1d =
,
点C 到直线l
的距离2d =
,
由0PM PN →
→
+=,得P 为线段MN 的中点, 则PM PN =,
又
PM =
,PN =
∴=22214d d -=,
即
(
)
2
2
225344444k k
k k -=++
,解得:7
k =
. 即直线l
.
. 【点睛】
本题考查直线与圆的位置关系,涉及直线与圆的弦长公式、点到直线的距离公式,以及直线的斜率和点斜式方程,考查化简运算能力. 17.(1)圆心坐标为()1,3-,半径为2;(
2)43+
或
43
-. 【分析】
(1)将圆C 的方程化为标准方程,可得出圆C 的圆心坐标和半径;
(2)利用圆心到直线l 的距离等于半径,可得出关于k 的等式,进而可解得实数k 的值. 【详解】
(1)圆C 的方程化为标准方程为:()()2
2
134x y -++=, 故圆C 的圆心坐标为()1,3-,半径为2; (2)圆心C 到直线l
2=,整理得238120k k --=
,解得43k ±=, 故实数k
. 【点睛】
本题考查圆心坐标与半径的求解,同时也考查了利用直线与圆相切求参数,考查计算能力,属于基础题. 18.(1)3
C π
=;(2)23a b =??
=?或3
2
a b =??=?.
【分析】
(1)将题干中的等式变形为222a b c ab +-=,利用余弦定理可求出cos C 的值,结合角C 的取值范围可得出角C 的值;
(2)根据三角形的面积公式和余弦定理列出关于a 、b 的方程组,解出即可. 【详解】
(1)将等式()2
23a b c ab +=+变形为222a b c ab +-=,
由余弦定理得2221
cos 222
a b c ab C ab ab +-===
,0C π<<,故3C π=; (2
)由题意有:2212227
ab a b ab ??
=???+-=?
,整理得22
613ab a b =??+=?,解得23a b =??=?或32a b =??=?. 【点睛】
本题考查利用余弦定理解三角形,同时也考查了利用余弦定理和三角形面积求边长,考查运算求解能力,属于基础题.
19.(1)12n n a +=;(2)存在,且k 最小值为2.
【分析】
(1)设等比数列{}n a 的公比为q ,根据题意求出3a 和2a 的值,即可求出q 的值,然后利用等比数列的通项公式可得出数列{}n a 的通项公式; (2)求出n b 与n S ,利用裂项求和法求出123
1111
n
S S S S ++++
,可得出该代数式的取值范围,由此可得出正整数k 的最小值. 【详解】
(1)设数列{}n a 的公比为q ,由题意可得2
310a a q =>,故316a =,
328a a -=,28a ∴=,3
2
2a q a ∴=
=,122112822n n n n n a a q a q ---+∴===?=; (2)
2log 2n n b n ==,()
1212
n n n n S b b b +∴=++
+=
. ()1211211n S n n n n ??==- ?++??
, 123
11111111111112212122334
11n S S S S n n n ???
?∴
++++
=-+-+-++
-=-< ? ?++????
, 因此,正整数k 的最小值为2. 【点睛】
本题考查等比数列通项公式的求解,同时也考查了数列不等式的恒成立问题,涉及等差数列的前n 项和以及裂项求和法的应用,考查计算能力,属于中等题. 20.(1)见解析;
(2)16
k =±. 【分析】
(1)设点()11,A x y 、()22,B x y ,将直线AB 的方程与抛物线方程联立,列出韦达定理,利用平面向量数量积的坐标运算计算出0OA OB ?=,即可证明出OA OB ⊥; (2)由题意得出OAB ?的面积为121
2
OAB S y y ?=-=代入韦达定理即可求得k 的值. 【详解】
(1)设()11,A x y ,()22,B x y ,
若0k =,则抛物线2y x =与直线()1y k x =-只有一个交点,所以,0k ≠,
联立方程()2
1y x y k x ?=??=-??,消去x 得2
0ky y k --=,则有121y y =-.
因为211y x =,2
22y x =,所以()2
12121x x y y ==.
所以1212110OA OB x x y y ?=+=-=,故OA OB ⊥;
(2)由题可知直线经过点()1,0N ,则OAB ?可拆分为OAN ?和ONB ?. 所以121211
22
AOB OAN OBN S S S ON y y y y ???=+=
?-=-.
因为121
y y k
+=
,121y y =-,所以12y y -==
所以当AOB S ?==16k =±. 【点睛】
本题考查直线与抛物线的综合问题,涉及两直线垂直的证明以及利用三角形的面积求参数,考查运算求解能力与推理能力,属于中等题. 21.(1)证明见解析;(2)6
7
. 【分析】
(1)取CD 的中点E ,连接BE ,证明出四边形ABED 为平行四边形,由此可得出BCE ?各边边长,利用勾股定理逆定理可证明出BE CD ⊥,进而得出CD AD ⊥,再由侧棱1AA ⊥底面ABCD ,可得出1CD AA ⊥,利用线面垂直的判定定理可证明出CD ⊥平面11ADD A ; (2)以D 为原点,DA 、DC 、1DD 的方向为x 、y 、z 轴的正方向建立空间直角坐标系,计算出平面1AB C 的一个法向量,利用空间向量法可求出直线1AA 与平面1AB C 所成角的正弦值. 【详解】
(1)取CD 的中点E ,连接BE .
//AB DE ,3AB DE ==,∴四边形ABED 为平行四边形, //BE AD ∴且4BE AD ==.
在BCE ?中,
4BE =,3CE =,5BC =,222BE CE BC ∴+=,90BEC ∴∠=,即
BE CD ⊥,又//BE AD ,所以CD AD ⊥.
1AA ⊥平面ABCD ,CD ?平面ABCD ,1AA CD ∴⊥.
又1AD AA A ?=,
CD
平面11ADD A ;
(2)以D 为原点,DA 、DC 、1DD 的方向为x 、y 、z 轴的正方向建立如图所示的空间直角坐标系,则()4,0,0A ,()0,6,0C ,()14,3,1B ,()14,0,1A ,
所以()4,6,0AC =-,()10,3,1AB =,()10,0,1AA =.
设平面1AB C 的法向量(),,n x y z =,则由1
0AC n AB n ??=???=??,得46030x y y z -+=??+=?,
取2y =,得()3,2,6n =-. 设直线1AA 与平面1AB C 所成角为θ, 则111
6
sin cos ,7
36n AA AA n n AA θ?==
=
=?.
因此,直线1AA 与平面1AB C 所成角的正弦值为67
. 【点睛】
本题考查直线与平面垂直的证明,同时也考查了利用空间向量法计算直线与平面所成角的正弦值,考查推理能力与计算能力,属于中等题.
22.(1)22
13
x y +=;(2)存在,直线l 过定点10,2??- ???.
【分析】
(1)根据椭圆的焦距求出a 的值,进而可得出椭圆的标准方程;
(2)设点()11,A x y 、()22,B x y ,将直线l 的方程与椭圆C 的方程联立,列出韦达定理,根据以AB
为直径的圆过椭圆C 的上顶点()0,1Q ,得0QA QB ?=,利用平面向量数量积的坐标运算,并代入韦达定理,可得出
k 与m 所满足的等式,即可得出直线l 所过定点的坐标. 【详解】
(1)设椭圆C 的焦距为2c ,有2c =,1c <,所以,椭圆的焦点在x 轴上,
得c =2
12a -=
,得a =C 的标准方程为2
213
x y +=;
(2)由方程组22
1
3y kx m x y =+???+=??,得()22
13x kx m ++=, 即222
12103k x kmx m ??+++-= ???
. ()22222211144140333k m k m k m ???
??=-+-=-+> ? ????
?,即22310k m -+>.
设A 、B 两点的坐标分别为()11,x y 、()22,x y ,
则122613km x x k +=-+,()
212231
13m x x k
-=+,()121222213m y y k x x m k ∴+=++=+, ()()()2212121212y y kx m kx m k x x km x x m =++=+++()2222222
2
22
3163131313k m k m m k m k k k --=
-+=+++. 以AB 为直径的圆过椭圆的上顶点()0,1Q ,AQ BQ ∴⊥,即0QA QB ?=, 即()()()112212122111
1QA QB x x x y y x y y y y +?=+-+--=+(
)22
222
222
3132422
1013131313m m
k m m m k k k k
----=
+-+==++++, 化简得2210m m --=,1m ∴=或1
2
m =-
. 当1m =时,直线:1l y kx =+过定点()0,1Q ,与已知矛盾.
当12m =-时,满足22310k m -+>,此时直线l 为12y kx =-过定点10,2??- ???. ∴直线l 过定点10,2?
?- ??
?.
【点睛】
本题考查椭圆方程的求解,同时也考查了椭圆中直线过定点问题,一般将直线方程与椭圆方程联立,利用韦达定理设而不求法求解,考查运算求解能力,属于中等题.