北京市2023—2024学年第一学期期中阶段练习高二数学(答案在最后)2023.11班级____________姓名____________学号____________本试卷共3页,共150分.考试时长120分钟.考生务必将答案写在答题纸上,在试卷上作答无效.一、选择题:本大题共10道小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目的要求.把正确答案涂写在答题卡上相应的位置..................1.已知(1,3),(3,5)A B --,则直线AB 的斜率为()A.2 B.1C.12D.不存在【答案】A 【解析】【分析】由斜率公式,可求出直线AB 的斜率.【详解】由(1,3),(3,5)A B --,可得35213AB k --==--.故选:A.2.圆222430x y x y +-++=的圆心为().A.(1,2)-B.(1,2)- C.(2,4)- D.(2,4)-【答案】A 【解析】【分析】先将圆的一般方程化为标准方程,从而可求出其圆心坐标.【详解】由222430x y x y +-++=,得22(1)(2)2x y -++=,所以圆心为(1,2)-,故选:A3.一个椭圆的两个焦点分别是()13,0F -,()23,0F ,椭圆上的点P 到两焦点的距离之和等于8,则该椭圆的标准方程为()A.2216428x y += B.221167x y += C.221169x y += D.22143x y +=【答案】B 【解析】【分析】利用椭圆的定义求解即可.【详解】椭圆上的点P 到两焦点的距离之和等于8,故28,4a a ==,且()13,0F -,故2223,7c b a c ==-=,所以椭圆的标准方程为221167x y +=.故选:B4.任意的k ∈R ,直线13kx y k -+=恒过定点()A.()0,0 B.()0,1 C.()3,1 D.()2,1【答案】C 【解析】【分析】将直线方程整理成斜截式,即可得定点.【详解】因为13kx y k -+=,即()31y k x =-+,所以直线13kx y k -+=恒过定点()3,1.故选:C.5.已知圆221:1C x y +=与圆222:870C x y x +-+=,则圆1C 与圆2C 的位置关系是()A.相离B.相交C.内切D.外切【答案】D 【解析】【分析】求出两圆的圆心和半径,得到12124C C r r ==+,得到两圆外切.【详解】圆221:1C x y +=的圆心为()10,0C ,半径为11r =,圆()22222:87049C x y x x y +-+=⇒-+=,故圆心()24,0C ,半径为23r =,则12124C C r r ==+,所以圆1C 与圆2C 的位置关系是外切.故选:D6.过点1,22P ⎛⎫- ⎪⎝⎭的直线l 与圆2214x y +=有公共点,则直线l 的倾斜角取值范围是()A.π5π,26⎡⎤⎢⎥⎣⎦ B.2π,π3⎡⎫⎪⎢⎣⎭C.π22π,3⎡⎤⎢⎥⎣⎦D.5π,π6⎡⎫⎪⎢⎣⎭【答案】A 【解析】【分析】利用直线与圆的位置关系及倾斜角与斜率的关系计算即可.【详解】易知圆的半径为12,圆心为原点,当倾斜角为π2时,即直线l 方程为12x =-,此时直线l 与圆相切满足题意;当斜率存在时,不妨设直线l方程为122y k x ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭,则圆心到其距离为12d =≤,解不等式得33k ≤-,所以直线l 的倾斜角取值范围为π5π,26⎡⎤⎢⎥⎣⎦故选:A7.“1a =-”是“直线1:430l ax y +-=与直线()2:320l x a y +-+=平行的()A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件【答案】A 【解析】【分析】求出当12l l //时实数的值,再利用集合的包含关系判断可得出结论.【详解】当12l l //时,()34a a -=,即2340a a --=,解得1a =-或4.当1a =-时,直线1l 的方程为430x y -+=,直线2l 的方程为420x y -+=,此时12l l //;当4a =时,直线1l 的方程为304x y +-=,直线2l 的方程为20x y ++=,此时12l l //.因为{}1-{}1,4-,因此,“1a =-”是“直线1:430l ax y +-=与直线()2:320l x a y +-+=平行”的充分不必要条件.故选:A.8.如图,在平行六面体1111ABCD A B C D -中,12AA AD AB ===,2BAD π∠=,113BAA A AD π∠=∠=,则11AB AD ⋅=()A.12B.8C.6D.4【答案】B 【解析】【分析】根据空间向量加法的运算性质,结合空间向量数量积的运算性质和定义进行求解即可.【详解】()()21111111AB AD AB AA AD AA AB AD AB AA AD AA AA ⋅=+⋅+=⋅+⋅+⋅+ 211110222228,22AB AD ⇒⋅=+⨯⨯+⨯⨯+= 故选:B9.数学家欧拉在1765年提出定理:三角形的外心、重心、垂心依次位于同一直线上,且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半.这条直线被后人称为三角形的欧拉线,已知△ABC 的顶点()2,0A ,()1,2B ,且AC BC =,则△ABC 的欧拉线的方程为()A.240x y --=B.240x y +-=C.4210x y ++=D.2410x y -+=【答案】D 【解析】【分析】由题设条件求出AB 垂直平分线的方程,且△ABC 的外心、重心、垂心都在垂直平分线上,结合欧拉线的定义,即垂直平分线即为欧拉线.【详解】由题设,可得20212AB k -==--,且AB 中点为3(,1)2,∴AB 垂直平分线的斜率112AB k k =-=,故垂直平分线方程为131()12224x y x =-+=+,∵AC BC =,则△ABC 的外心、重心、垂心都在垂直平分线上,∴△ABC 的欧拉线的方程为2410x y -+=.故选:D10.曲线33:1C x y +=.给出下列结论:①曲线C 关于原点对称;②曲线C 上任意一点到原点的距离不小于1;③曲线C 只经过2个整点(即横、纵坐标均为整数的点).其中,所有正确结论的序号是A.①② B.②C.②③D.③【答案】C 【解析】【分析】将(),x y --代入,化简后可确定①的真假性.对x 分成0,0,01,1,1x x x x x <=<<=>等5种情况进行分类讨论,得出221x y +≥,由此判断曲线C 上任意一点到原点的距离不小于1.进而判断出②正确.对于③,首先求得曲线C 的两个整点()()0,1,1,0,然后证得其它点不是整点,由此判断出③正确.【详解】①,将(),x y --代入曲线33:1C x y +=,得331x y +=-,与原方程不相等,所以曲线C 不关于原点对称,故①错误.②,对于曲线33:1C x y +=,由于331y x =-,所以y =,所以对于任意一个x ,只有唯一确定的y和它对应.函数y =是单调递减函数.当0x =时,有唯一确定的1y =;当1x =时,有唯一确定的0y =.所以曲线C 过点()()0,1,1,0,这两点都在单位圆上,到原点的距离等于1.当0x <时,1y >,所以221x y +>>.当1x >时,0y <,所以221x y +>>.当01x <<时,01y <<,且()()()()223322221110x y x y x y x x y y -+=+-+=-+-<,所以221x y +>>.综上所述,曲线C 上任意一点到原点的距离不小于1,所以②正确.③,由②的分析可知,曲线C 过点()()0,1,1,0,这是两个整点.由331x y +=可得()331x y -=-,当0x ≠且1x ≠时,若x 为整数,31x -必定不是某个整数的三次方根,所以曲线C 只经过两个整点.故③正确.综上所述,正确的为②③.故选:C【点睛】本小题主要考查根据曲线方程研究曲线的性质,属于中档题.二、填空题:本大题共5小题,共25分.把答案填在答题纸中相应的横线上................11.已知空间()2,3,1a = ,()4,2,b x =- ,a b ⊥ ,则b =_____.【答案】【解析】【分析】根据空间向量的垂直,根据数量积的坐标表示,建立方程,结合模长公式,可得答案.【详解】由a b ⊥ ,且()2,3,1a = ,()4,2,b x =- ,则860a b x ⋅=-++=r r ,解得2x =,故b =r.故答案为:12.已知过点(0,2)的直线l 的方向向量为(1,6),点(,)A a b 在直线l 上,则满足条件的一组,a b 的值依次为__________.【答案】1;8【解析】【分析】根据方向向量设出直线l 的方程,再由点(0,2)求出其方程,从而得出62b a =+,即可得出答案.【详解】直线l 的方向向量为(1,6),可设直线l 的方程为60x y C -+=因为点(0,2)在直线l 上,所以2C =,即直线l 为620x y -+=所以620a b -+=,即62b a =+可取1a =,则8b =故答案为:1;813.在正方体ABCD A B C D -''''中,E 是C D ''的中点,则异面直线DE 与AC 所成角的余弦值为______.【答案】10【解析】【分析】利用正方体的特征构造平行线,利用勾股定理及余弦定理解三角形即可.【详解】如图所示,取A B ''的中点F ,易得//AF DE ,则FAC ∠或其补角为所求角,不妨设正方体棱长为2,则,3,AF FC FC AC '====,由余弦定理知:222cos 210AF AC FC FAC AF AC +-∠==⋅,则FAC ∠为锐角,即异面直线DE 与AC 所成角.故答案为:1010.14.将一张坐标纸对折,如果点()0,m 与点()()2,22m m -≠重合,则点()4,1-与点______重合.【答案】()1,2--【解析】【分析】先求线段AB 的中垂线方程,再根据点关于直线对称列式求解即可.【详解】已知点()0,A m 与点()2,2B m -,可知线段AB 的中点为1,122mm M ⎛⎫-+ ⎪⎝⎭,且212AB mk m -==--,则线段AB 的中垂线的斜率1k =,则线段AB 的中垂线方程为1122m m y x ⎛⎫⎛⎫-+=--⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,即20x y -+=,设点()4,1-关于直线20x y -+=的对称点为(),a b ,则114412022b a a b -⎧=-⎪⎪+⎨-+⎪-+=⎪⎩,解得12a b =-⎧⎨=-⎩,所以所求点为()1,2--.故答案为:()1,2--.15.给定两个不共线的空间向量a 与b,定义叉乘运算:a b ⨯ .规定:(i )a b ⨯ 为同时与a,b垂直的向量;(ii )a,b ,a b ⨯三个向量构成右手系(如图1);(iii )sin ,a b a b a b ⨯=.如图2,在长方体1111ABCD A B C D -中,2AB AD ==,14AA =.给出下列四个结论:①1AB AD AA ⨯= ;②AB AD AD AB ⨯=⨯;③()111AB AD AA AB AA AD AA +⨯=⨯+⨯ ;④()11111ABCD A B C D V AB AD CC -=⨯⋅.其中,正确结论的序号是______________.【答案】①③④【解析】【分析】由新定义逐一核对四个选项得答案.【详解】解: ||||||sin902214AB AD AB AD ⨯=︒=⨯⨯=,且1AA 分别与,AB AD 垂直,∴1AB AD AA ⨯= ,故①正确;由题意,1AB AD AA ⨯= ,1AD AB A A ⨯=,故②错误;AB AD AC +=,∴11|()|||41AB AD AA AC AA +⨯=⨯=⨯= 且1()AB AD AA +⨯ 与DB 共线同向, 1||2418AB AA ⨯=⨯⨯= ,1AB AA ⨯ 与DA 共线同向,1||2418AD AA ⨯=⨯⨯= ,1AD AA ⨯ 与DB共线同向,11||AB AA AD AA ∴⨯+⨯= 11AB AA AD AA ⨯+⨯ 与DB共线同向,故③正确;11()||||||sin90cos022416AB AD CC AB AD CC ⨯=⨯⨯︒⨯︒=⨯⨯=,故④成立.故答案为:①③④.三、解答题:本大题共6题,共85分.解答应写出文字说明、演算步骤或证明过程,并把答案...写在答题纸中相应位置上............16.在平面直角坐标系中,已知(3,9),(2,2),(5,3)A B C -,线段AC 的中点M ;(1)求过M 点和直线BC 平行的直线方程;(2)求BC 边的高线所在直线方程.【答案】(1)3170x y -+=(2)30x y +=【解析】【分析】(1)根据(3,9),(2,2),(5,3)A B C -,求得点M 的坐标,和直线直线BC 的斜率,写出直线方程;(2)根据13BC k =,得到BC 边的高线的斜率,写出直线方程;【小问1详解】解:因为(3,9),(2,2),(5,3)A B C -,所以()1,6M ,13BC k =,所以过M 点和直线BC 平行的直线方程为()1613y x -=-,即3170x y -+=;【小问2详解】因为13BC k =,所以BC 边的高线的斜率为-3,所以BC 边的高线所在直线方程()933y x -=-+,即30x y +=17.如图,在边长为2的正方体1111ABCD A B C D -中,E 为线段1BB 的中点.(1)求证:1//BC 平面1AED ;(2)求点1A 到平面1AED 的距离;(3)直线1AA 与平面1AED 所成角的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)43(3)23【解析】【分析】(1)证明出四边形11ABC D 为平行四边形,可得出11//BC AD ,利用线面平行的判定定理可证得结论成立;(2)以点A 为坐标原点,AD 、AB 、1AA 所在直线分别为x 、y 、z 轴建立空间直角坐标系,利用空间向量法可求得点1A 到平面1AED 的距离;(3)利用空间向量法可求得直线1AA 与平面1AED 所成角的正弦值.【小问1详解】证明:在正方体1111ABCD A B C D -中,11//AB C D 且11AB C D =,故四边形11ABC D 为平行四边形,则11//BC AD ,因为1BC ⊄平面1AED ,1AD ⊂平面1AED ,因此,1//BC 平面1AED .【小问2详解】解:以点A 为坐标原点,AD 、AB 、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,则()0,0,0A 、()10,0,2A 、()0,2,1E 、()12,0,2D ,所以,()10,0,2AA = ,()12,0,2AD = ,()0,2,1AE = ,设平面1AED 的法向量为(),,n x y z = ,则122020n AD x z n AE y z ⎧⋅=+=⎪⎨⋅=+=⎪⎩ ,取2z =-,可得()2,1,2n =- ,所以,点1A 到平面1AED 的距离为143AA n d n⋅== .【小问3详解】解:因为11142cos ,233AA n AA n AA n ⋅<>===⨯⋅ ,因此,直线1AA 与平面1AED 所成角的正弦值为23.18.已知圆C 的圆心在直线20x y -=上,且与x 轴相切于点()1,0.(1)求圆C 的方程;(2)若圆C 直线:0l x y m -+=交于A ,B 两点,____,求m 的值.从下列三个条件中任选一个补充在上面问题中并作答:条件①:圆C 被直线l 分成两段圆弧,其弧长比为2:1;条件②:2AB =;条件③:90ACB ∠=︒.【答案】(1)()()22124x y -+-=(2)答案见解析【解析】【分析】(1)利用几何关系求出圆心的坐标即可;(2)任选一个条件,利用选择的条件,求出圆心到直线的距离,然后列方程求解即可.【小问1详解】设圆心坐标为(),C a b ,半径为r .由圆C 的圆心在直线20x y -=上,知:2a b =.又 圆C 与x 轴相切于点()1,0,1a ∴=,2b =,则02r b =-=.∴圆C 圆心坐标为()1,2,则圆C 的方程为()()22124x y -+-=【小问2详解】如果选择条件①:120ACB ∠=°,而2CA CB ==,∴圆心C 到直线l 的距离1cos 60d CA =⨯= ,则1d ==,解得1m +或1+.如果选择条件②和③:AB =,而2CA CB ==,∴圆心C 到直线l 的距离d =,则d ==,解得1m =-或3.如果选择条件③:90ACB ∠=︒,而2CA CB ==,∴圆心C 到直线l 的距离cos 45d CA ⨯== ,则d ==,解得1m =-或3.19.如图,四棱锥P ABCD -中,AD ⊥平面ABP ,,90,2,3,BC AD PAB PA AB AD BC m ∠=︒==== ,E 是PB 的中点.(1)证明:AE ⊥平面PBC ;(2)若二面角C AE D --的余弦值是33,求m 的值;(3)若2m =,在线段A 上是否存在一点F ,使得PF CE ⊥.若存在,确定F 点的位置;若不存在,说明理由.【答案】(1)证明见解析(2)1(3)不存在,理由见解析【解析】【分析】(1)推导出⊥BC 平面PAB .,AE BC AE PB ⊥⊥.由此能证明AE ⊥平面PBC ;(2)建立空间直角坐标系A xyz -,利用向量法能求出m 的值;(3)设()()0,0,03F t t ≤≤,当2m =,()0,0,2C ,()()2,0,,1,1,2PF t CE ==-- ,由PF CE ⊥知,0PF CE ⋅= ,220,1t t --==-,这与03t ≤≤矛盾,从而在线段AD 上不存在点F ,使得PF CE ⊥.【小问1详解】证明:因为AD ⊥平面PAB ,BC AD ∥,所以⊥BC 平面PAB ,又因为AE ⊂平面PAB ,所以AE BC ⊥.在PAB 中,PA AB =,E 是PB 的中点,所以AE PB ⊥.又因为BC PB B = ,,BC PB ⊂平面PBC ,所以AE ⊥平面PBC .【小问2详解】因为AD ⊥平面PAB ,,AB PA ⊂平面PAB ,所以,AD AB AD PA ⊥⊥,又因为PA AB ⊥,所以如图建立空间直角坐标系A xyz -.则()()()()()()0,0,0,0,2,0,0,2,,1,1,0,2,0,0,0,0,3A B C m E P D ,则()0,2,AC m = ,()1,1,0AE = ,设平面AEC 的法向量为 =s s .则00AC n AE n ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩ 即200y mz x y +=⎧⎨+=⎩,令1x =,则1y =-,2z m =,故21,1,n m ⎛⎫=- ⎪⎝⎭.因为AD ⊥平面PAB ,PB ⊂平面PAB ,所以AD PB ⊥,又AE PB ⊥,,,AD AE A AD AE ⋂=⊂平面AED ,所以PB ⊥平面AED .又因为()2,2,0PB =- ,所以取平面AED 的法向量为()2,2,0PB =-所以cos ,3n PB n PB n PB⋅== ,3=,解得21m =.又因为0m >,所以1m =;【小问3详解】结论:不存在.理由如下:证明:设()()0,0,03F t t ≤≤.当2m =时,()0,0,2C ,()()2,0,,1,1,2PF t CE =-=-- ,由PF CE ⊥知0PF CE ⋅= ,220,1t t --==-,这与03t ≤≤矛盾,所以在线段AD 上不存在点F ,使得PF CE ⊥.20.已知圆()22:1C x a y -+=与直线1y x --=交于M 、N 两点,点P 为线段MN 的中点,O 为坐标原点,直线OP 的斜率为13-.(1)求a 的值及MON △的面积;(2)若圆C 与x 轴交于,A B 两点,点Q 是圆C 上异于,A B 的任意一点,直线QA 、QB 分别交:4l x =-于,R S 两点.当点Q 变化时,以RS 为直径的圆是否过圆C 内的一定点,若过定点,请求出定点;若不过定点,请说明理由.【答案】(1)12,2MON a S =-=(2)()4-【解析】【分析】(1)先确定直线OP 的方程,联立直线方程求得P 点坐标,利用垂径定理及两直线垂直的斜率关系计算可得a ,再根据点到直线的距离公式、弦长公式计算求面积即可;(2)设QA 方程,含参表示QB 方程,求出,R S 坐标,从而求出以RS 为直径的圆的方程,利用待定系数法计算即可.【小问1详解】由题知:直线OP 方程为13y x =-,则由113y x y x =--⎧⎪⎨=-⎪⎩,得到3212x y ⎧=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩,即31,22P ⎛⎫- ⎪⎝⎭, 点P 为线段MN 的中点,MN PC ∴⊥,即1021132MN PC k k a -⋅=-⨯=-+,2a ∴=-,即圆心−2,0;C ∴到直线=1y x --距离为2d ==,MN ∴==,又O 到直线=1y x --的距离为22,MN 边上的高为22.11222MON S ∴=⨯= .【小问2详解】由上可知()()3,0,1,0A B --,不妨设直线QA 的方程为()3y k x =+,其中0k ≠,在直线QA 的方程中,令4x =-,可得()4,R k --,因为QA QB ⊥,则直线QB 的方程为()11y x k =-+,在直线QB 的方程中,令4x =-,可得3y k =,即点34,S k ⎛⎫- ⎪⎝⎭,则线段RS 的中点为234,2k F k ⎛⎫-- ⎪⎝⎭,半径平方为2232k k ⎛⎫+ ⎪⎝⎭,所以,以线段MN 为直径的圆的方程为()2222233422k k x y k k ⎛⎫⎛⎫-+++-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,即()2223430k x y y k -++--=,由()2430031x y x ⎧+-=⎪=⎨⎪-<<-⎩,解得40x y ⎧=-+⎪⎨=⎪⎩,因此,当点Q 变化时,以RS 为直径的圆恒过圆C内的定点()4-+.21.已知{}1,2,,n S = ,A S ⊆,{}12,T t t S =⊆,记{}(),1,2i i A x x a t a A i ==+∈=,用X 表示有限集合X 的元素个数.(1)若4n =,12A A =∅ ,分别指出{}1,2,3A =和{}1,2,4A =时,集合T 的情况(直接写出结论);(2)若6n =,12A A =∅ ,求12A A ⋃的最大值;(3)若7n =,4A =,则对于任意的A ,是否都存在T ,使得12A A =∅ 说明理由.【答案】(1){}1,4(2)10(3)不一定存在,理由见解析【解析】【分析】(1)由已知得12t t a b -≠-,其中,a b A ∈,当{}1,2,3A =时,12t t ,相差3;由此可求得T ,当{}1,2,4A =时,同理可得;(2)若6n =,12A A =∅ ,{}123456S =,,,,,,当{}2,3,4,5,6A =时,则12t t ,相差5,所以{}1,6T =,A 中至多有5个元素,所以12,A A 也至多有5个元素,求出12,A A 得出结果;(3)举反例{}1,2,5,7A =和{}{}1,2,3,4,1,6A T ==,根据题意检验即可说明.【小问1详解】若12A A =∅ ,则12t t a b -≠-,其中,a b A ∈,否则12t a t b +=+,12A A ⋂≠∅,若4n =,当{}1,2,3A =时,211-=,312-=,所以121,2t t -≠,则1t ,2t 相差3,因为1,2,3,4S =,{}12,T t t S =⊆,所以{}1,4T =;当{}1,2,4A =时,211-=,422-=,413-=,所以121,2,3t t -≠,因为1,2,3,4S =,{}12,T t t S =⊆,所以T 不存在;【小问2详解】若6n =,12A A =∅ ,{}123456S =,,,,,,当A S =时,211-=,514-=,523-=,716-=,72=5-,752-=,所以A S ≠,121,2,3,4,5t t -≠,所以T 不存在;所以A 中至多有5个元素;当{}2,3,4,5,6A =时,321-=,422-=,523-=,624-=,所以121,2,3,4t t -≠,则1t ,2t 相差5,所以{}1,6T =;{}(),1,2i i A x x a t a A i ==+∈=,所以{}1345,6,7A =,,,{}28910,11,12A =,,,{}12345,6,7,8910,11,12A A = ,,,,.因为A 中至多有5个元素,所以1A ,2A 也至多有5个元素,所以12A A ⋃的最大值为10.【小问3详解】不一定存在,理由如下:例如{}1,2,5,7A =,则211-=514-=,523-=,716-=,72=5-,752-=,则1t ,2t 相差不可能1,2,3,4,5,6,这与{}{}12,1,2,3,4,5,6,7T t t =⊆矛盾,故不都存在T ;例如{}{}1,2,3,4,1,6A T ==,不妨令121,6t t ==,则{}{}122,3,4,5,7,8,9,10A A ==,满足12A A =∅ .【点睛】关键点点睛:对于新定义问题,要充分理解定义,并把定义进行转化为已知的知识点或结论,方便解题.。