2022-2023学年四川省内江市高二下学期入学考试数学(理)试题一、单选题1.已知三维数组(2,1,0)a =- ,(1,,7)b k = ,且a b ⊥,则实数k 的值为()A .-2B .2C .27D .-9【答案】B【分析】根据两个向量垂直可得其数量积为0,然后解方程即可【详解】根据a b ⊥,可得:0a b ⋅= 则有:20k -=解得:2k =故选:B2.从装有2个红球和2个黑球的口袋内任取2个球,那么互斥而不对立的两个事件是()A .至少有一个黑球与都是红球B .至少有一个红球与都是红球C .至少有一个红球与至少有1个黑球D .恰有1个红球与恰有2个红球【答案】D【分析】A.至少有一个黑球与都是红球,是对立关系,因此能判断A 不符合要求;B.至少有一个红球包括两球都是红球,二者不互斥,不符合要求;C.至少有一个红球与至少有1个黑球,含有同时发生的情况,不符合要求;D.恰有1个红球与恰有2个红球,二者符合题目要求.【详解】A.至少有一个黑球与都是红球,二者不会同时发生,是互斥关系,任取2个球时,这两个事件又一定会有一个发生,因此二者又是对立事件,不符合题目要求;B.至少有一个红球包括两球都是红球,因此二者会同时发生,不是互斥关系,不符合要求;C.至少有一个红球与至少有1个黑球,二者都含有恰有一个红球和一个黑球的情况,会有同时发生的可能,不是互斥关系,不符合要求;D.恰有1个红球与恰有2个红球,二者不会同时发生,是互斥事件,但二者有可能都不会发生,比如取到的两球都是黑球,故二者不是对立事件,符合题目要求.故选:D3.设α、β是两个不同的平面,m 、n 是两条不同的直线,且m α⊂,n β⊂,下列命题正确的是()A .如果//m β,那么//αβB .如果//αβ,那么//m nC .如果m β⊥,那么αβ⊥D .如果αβ⊥,那么m β⊥【答案】C【分析】根据已知条件判断线线、线面以及面面位置关系,可判断ABD 选项的正误,利用面面垂直的判定定理可判断C 选项的正误.【详解】对于A 选项,因为m α⊂,n β⊂,//m β,则α、β平行或相交,A 错;对于B 选项,因为m α⊂,n β⊂,//αβ,则m 、n 平行或异面,B 错;对于C 选项,因为m α⊂,n β⊂,m β⊥,由面面垂直的判定定理可知αβ⊥,C 对;对于D 选项,因为m α⊂,n β⊂,αβ⊥,则//m β或m β⊂或m 与β相交,D 错.故选:C.4.设a R ∈,若直线1:280l ax y +-=与直线2:(1)50l x a y +++=平行,则a 的值为()A .1B .2-C .1或2-D .23-【答案】C【分析】根据直线的一般式判断平行的条件进行计算.【详解】10a +=时,容易验证两直线不平行,当10a +≠时,根据两直线平行的条件可知:28115a a -=≠+,解得1a =或2a =-.故选:C.5.过点(1,1)P 可以向圆222420x y x y k ++-+-=引两条切线,则k 的范围是()A .2k >B .07k <<C .7k <D .27k <<【答案】D【分析】过点(1,1)P 可以向圆222420x y x y k ++-+-=引两条切线,即点(1,1)P 在圆外,即P 到圆心的距离大于圆的半径,则把圆的方程化为标准方程后,找出圆的圆心和半径,利用两点间的距离公式求出点(1,1)P 到圆心的距离,由d r >且70k ->,即可求解.【详解】把圆的方程化为标准方程得()()22127x x k ++-=-,即圆心坐标为()1,2-,半径为7r k =-,点(1,1)P 到圆心的距离为()()221+1+125d =-=,∵P 在圆外时,过点P 可以向圆222420x y x y k ++-+-=引两条切线,∴d r >,即57k >-,且70k ->,解得27k <<,故选:D .6.如图所示,在三棱柱111ABC A B C -中,ABC 是等边三角形,1AA ⊥平面ABC ,12AA AB ==,D ,E ,F 分别是1BB ,1AA ,11AC 的中点,则直线EF 与CD 所成角的余弦值为()A .12B .22C .12-D .0【答案】D【分析】方法一:根据异面直线夹角的定义,延长11,AC AC ,使111,C M AC CN AC ==,连接111,,,,,AC CM DM B M B F MN ,分析图形结合余弦定理可求直线EF 与CD 所成角的余弦值;方法二:将三棱柱补成四棱柱,结合异面直线夹角的定义确定夹角,根据余弦定理与勾股定理可求得直线EF 与CD 所成角的余弦值;方法三:根据三棱柱的几何性质,建立空间直角坐标系,按照空间坐标运算求解直线EF 与CD 所成角的余弦值即可.【详解】解:方法一:延长11,AC AC ,使111,C M A C CN AC ==,连接111,,,,,AC CM DM B M B F MN ,如图所示.在三棱柱111ABC A B C -中,ABC 是等边三角形,1AA ⊥平面ABC ,12AA AB ==,易知1////,5,22EF AC CM CD CM ==,22222222111113313DM B D B M B D B F FM =+=++=++=.设直线EF 与CD 所成角为θ,易知()22222252213cos cos 022522DC CM DMDCM DC CMθ+-+-=∠===⋅⨯⨯,∴直线EF 与CD 所成角的余弦值为0.故选:D .方法二:如图,将三棱柱补成四棱柱,其中两个三棱柱全等.取PB 中点Q ,连接DQ ,由棱柱性质易知//EF DQ ,∴CDQ ∠为EF 与CD 所成角或其补角.连接CQ ,由题知2,1,1BC BQ BD ===,∴5,2CD DQ ==,又120CBQ ∠=︒,∴在CBQ △中由余弦定理可得2222212cos 1221272CQ BQ BC BQ BC CBQ ⎛⎫=+-⋅⋅∠=+-⨯⨯⨯-= ⎪⎝⎭∴7CQ =在CDQ 中,2227CQ CD DQ =+=,∴90CDQ ∠=︒∴直线EF 与CD 所成角的余弦值为0.故选:D .方法三:如图,取AC 中点为O ,连接,OB OF ,在三棱柱111ABC A B C -中,ABC 是等边三角形,1AA ⊥平面ABC ,12AA AB ==,易得FO ⊥平面ABC ,则,FO OB FO AC ⊥⊥,又2AB BC ==,O 为AC 中点,所以OB AC ⊥,则以O 为原点,以,,OB OC OF 为,,x y z 轴建立空间直角坐标系.所以()()()()()0,0,0,0,1,0,3,0,1,0,0,2,0,1,1O C DF E -,则()()0,1,1,31,1EF CD ==-,,所以011cos ,025EF CD EF CD EF CD⋅-+===⨯⋅∴直线EF 与CD 所成角的余弦值为0.故选:D .7.甲、乙两人在相同条件下各打靶10次,每次打靶的成绩情况如图所示:下列说法错误的是()A .从平均数和方差相结合看,甲波动比较大,乙相对比较稳定B .从折线统计图上两人射击命中环数走势看,甲更有潜力C .从平均数和命中9环及9环以上的次数相结合看,甲成绩较好D .从平均数和中位数相结合看,乙成绩较好【答案】D【分析】由图找出甲乙打靶的成绩,分别计算出甲乙的平均数、方差、中位数,结合折线图逐项分析可得答案.【详解】由图可知,甲打靶的成绩为2,4,6,8,7,7,8,9,9,10,甲的平均数为24687789910710甲+++++++++==v ,甲的方差为()()()()()()()222222222747672772872971075.410甲-+-+-+⨯-+⨯-+⨯-+-==s乙打靶的成绩为9,5,7,8,7,6,8,6,7,7,乙的平均数为9578768677710乙+++++++++==v ,乙的方差为()()()()()2222229757267477287 1.210乙-+-+⨯-+⨯-+⨯-==s ,所以22乙甲<s s ,从平均数和方差相结合看,甲波动比较大,乙相对比较稳定,故A 正确;从两人射击命中环数折线统计图走势看,在后半部分,甲呈上升趋势,而乙呈下降趋势,甲更有潜力,故B 正确;甲打靶的成绩为2,4,6,7,7,8,8,9,9,10,中位数为7.5,乙打靶的成绩为5,6,6,7,7,7,7,8,8,9,中位数为7,甲9环及9环以上的次数3次,甲9环及9环以上的次数1次,甲乙二人的打靶命中环数的平均数相同,故从平均数和命中9环及9环以上的次数相结合看,甲成绩较好,故C 正确;甲乙二人的打靶命中环数的平均数相同,甲的中位数7.5大于乙的中位数7,从平均数和中位数相结合看,甲成绩较好,故D 错误.故选:D.8.图1中的机械设备叫做“转子发动机”,其核心零部件之一的转子形状是“曲侧面三棱柱”,图2是一个曲侧面三棱柱,它的侧棱垂直于底面,底面是“莱洛三角形”,莱洛三角形是以正三角形的三个顶点为圆心,正三角形的边长为半径画圆弧得到的,如图3.若曲侧面三棱柱的高为10,底面任意两顶点之间的距离为20,则其侧面积为()A .100πB .600C .200πD .300π【答案】C【分析】由莱洛三角形是以正三角形的三个顶点为圆心,正三角形的边长为半径画圆弧得到的,结合已知可得半径为20,由弧长公式求得底面周长,进而可求得结果.【详解】莱洛三角形由三段半径为20,圆心角为π3的圆弧构成,所以该零件底面周长为π32020π3⨯⨯=,故其侧面积为200π.故选:C.9.已知三棱锥S ABC -所有顶点都在球O 的球面上,且SA ⊥平面ABC ,若1SA AB AC BC ====,则球O 的表面积为()A .52πB .5πC .53πD .73π【答案】D【分析】设O '为ABC 的外接圆的圆心,取SA 的中点E ,求得ABC 的外接圆的半径33r =,且12O A '=,得到三棱锥S ABC -外接球的半径,结合球的表面积公式,即可求解.【详解】如图所示,设O '为ABC 的外接圆的圆心,取SA 的中点E ,分别连接OO '和OE ,则OO '⊥平面ABC ,OE ⊥SA ,因为SA ⊥平面ABC ,若1SA AB AC BC ====,可得ABC 的外接圆的半径33r O A '==,且12O O AE '==,在直角O OA '△中,可得22222317()()3212OA OO O A ''=+=+=,即三棱锥S ABC -外接球的半径为2712R =,所以球O 的表面积为2743S R ππ==.故选:D.10.若直线y kx =与圆22(2)(1)1x y ++-=的两个交点关于直线20x y b -+=对称,则k ,b 的值分别为()A .12k =-,5b =B .12k =,3b =-C .12k =-,4b =-D .2k =,5b =【答案】A【分析】由题意分析得知直线20x y b -+=经过圆心求出b ;由直线y kx =与直线20x y b -+=垂直求出k 即可.【详解】因为直线y kx =与圆22(2)(1)1x y ++-=的两个交点关于直线20x y b -+=对称,所以直线20x y b -+=经过圆心()21,-,且直线y kx =与直线20x y b -+=垂直,所以()221021⎧⨯--+=⎨=-⎩b k 解得:512=⎧⎪⎨=-⎪⎩b k ,故选:A.11.已知直线:10l x y -+=,点(),0A a -、()(),00B a a >,若直线l 上存在点P 满足90APB ∠= ,则实数a 的取值范围为()A .2,2⎛⎫+∞ ⎪ ⎪⎝⎭B .2,2⎡⎫+⎪⎢⎪⎣⎭∞C .()1,+∞D .[)1,+∞【答案】B【分析】设点(),P x y ,由勾股定理可得出222x y a +=,则直线l 与圆222x y a +=有公共点,利用点到直线的距离公式可求得实数a 的取值范围.【详解】设点(),P x y ,因为90APB ∠= ,则222PA PB AB +=,即()()222224x a y x a y a +++-+=,整理可得222x y a +=,所以,点P 既在直线l 上,又在圆222x y a +=上,所以,直线l 与圆222x y a +=有公共点,因为0a >,且圆222x y a +=的圆心为原点,半径为a ,所以,()22111a ≤+-,可得22a ≥,故实数a 的取值范围为2,2⎡⎫+⎪⎢⎪⎣⎭∞.故选:B.12.在正方体1111ABCD A B C D -中,P 为线段1A B 上的动点(不包含端点),若正方体棱长为1,则下列结论正确的有()①直线1D P 与AC 所成角的取值范围是ππ,62⎛⎫⎪⎝⎭②存在P 点,使得平面1APD ∥平面1C BD③三棱锥1D CDP -的体积为16④平面1APD 截正方体所得的截面可能是直角三角形A .①③B .②④C .③④D .②③【答案】D【分析】①建立平面直角坐标系,利用异面直线所称角的向量坐标法,即可求解;②当点P 为中点时,即可判断面面平行;③结合等体积转化11D CDP P CDD V V --=,即可求解;④讨论点P 的位置,作出截面,即可判断.【详解】①如图,连结1,AC D P ,以点D 为原点,建立空间直角坐标系,则()1,0,0A ,()1,1,0B ,()11,0,1A ,()0,0,0D ,()10,0,1D ,()0,1,0C ,则有()1,1,0AC =- ,设11A P A B λ= ,()()()11111,0,00,1,11,,D P D A A B λλλλ=+=+-=-,()01λ∈,,所以()212211cos ,42221AC D P λλλλ--+==++,令()()22142f λλλ-=+,()0,1λ∈,则()()()()()22222421184404242f λλλλλλλ+---'==<++,所以()()22142f λλλ-=+在()0,1上单调递减,因为()102f =,()10f =,设直线1D P 与AC 所成角为α,所以120cos cos ,2AC D P α<=< ,又π0,2α⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦,故直线1D P 与AC 所成角的取值范围是ππ,42⎡⎤⎢⎥⎣⎦,故①错误;②当点P 为1A B 的中点时,有1//AP C D ,AP ⊄平面1C BD ,1C D ⊂平面1C BD ,所以//AP 平面1C BD ,同理,1//AD 平面1C BD ,且1AD AP A = ,1,AD AP ⊂平面1APD ,所以平面11//APD C BD ,故②正确;③三棱锥1D CDP -的体积11111111113326D CDP P CDD CDD V V S AD --==⨯⨯=⨯⨯⨯⨯= ,故③正确;④设1A B 的中点为O ,连结11,,AP AD D P ,当点P 在线段OB (不包括端点)上时,此时平面1APD 截正方体所得的截面为梯形1AEFD ,如图,当点P 在O 点时,此时平面1APD 截正方体所得的截面为正三角形11AB D ,如图,当点P 在线段1OA (不包括端点)时,此时平面1APD 截正方体所得的截面为等腰三角形1AD G ,如图,12AD =,11D G AG =>,所以22211D G AG AD +>,1AGD ∠为锐角,该等腰三角形不可能为直角三角形,综上,可得④错误.故选:D二、填空题13.某创新企业为了解新研发的一种产品的销售情况,从编号为01,02,…,80的80个专卖店销售数据中,采用系统抽样的方法抽取一个样本,若样本中的个体编号依次为03,13,…则样本中的最后一个个体编号是_______.【答案】73【分析】以系统抽样抽取样本规则解之即可.【详解】由抽取样本中的个体编号依次为03,13,…,可知抽取的两个相邻号码之差为10.说明样本以10个为一组,被分成了8组.抽出的编号依次为:3,13,23,33,43,53,63,73.则样本中的最后一个个体编号是73.故答案为:7314.若实数x 、y 满足约束条件131x y x y x -≤⎧⎪+≤⎨⎪≥⎩,则31z x y =++的最小值是______.【答案】4【分析】按照简单的线性规划步骤逐步进行即可.对于可行域为封闭三角形,目标函数为截距型时,可用交点代入法求解.【详解】作出可行域,令Z =0,作直线l 0:310x y ++=,易知,将直线l 0平移过点A 时Z 取得最小值,将A 点坐标(1,0)代入目标函数得min 4Z =.故答案为:415.如图所示,在棱长为3的正方体1111ABCD A B C D -中,E 在棱1DD 上,12DE ED =,F 是侧面11CDD C 上的动点,且1//B F 平面1A BE ,则F 在侧面11CDD C 上的轨迹的长度为__________.【答案】2【分析】设H 在棱1CC 上,且12CH HC =,I 在棱11C D 上,且112D I IC =,G 在棱CD 上,且2DG GC =,根据面面平行的判定定理,可得平面1//A BGE 平面1B HI ,结合已知中1//B F 平面1A BE ,可得F 落在线段HI 上,则答案可求.【详解】解:设H 在棱1CC 上,且12CH HC =,I 在棱11C D 上,且112D I IC =,G 在棱CD 上,且2DG GC=连接1B I ,1B H ,IH ,1CD ,EG ,BG ,则11////A B CD GE ,所以1A ,B ,E ,G 四点共面,由11//B H A E ,1A E ⊄平面1B HI ,1B H ⊂平面1B HI ,所以1//A E 平面1B HI ,同理1//A B 平面1B HI ,又111A B A E A = ,11,A B A E ⊂平面1A BGE ,所以平面1//A BGE 平面1B HI ,又因为1//B F 平面1A BE ,所以F 落在线段HI 上,因为正方体1111ABCD A B C D -的棱长为3,所以1132233HI CD ===,即F 在侧面11CDD C 上的轨迹的长度是2.故答案为:2.16.若,A B 是圆()()()22:240C x y m m -+-=>上两点,且23AB =,若存在R a ∈,使得直线1:0l ax y -=与2:240l x ay a ++-=的交点P 恰为AB 的中点,则实数m 的取值范围为______.【答案】52,5⎡⎤-⎣⎦【分析】由直线与圆相交以及弦长23AB =,可得M 点的轨迹方程,又直线1:0l ax y -=与2:240l x ay a ++-=相交,可得交点P 的轨迹方程,由已知可得圆M 与圆P 有公共点,根据圆与圆的位置关系列出不等式,解出实数m 的取值范围.【详解】圆()()()22:240C x y m m -+-=>的半径2r =,M 为AB 的中点,且22223AB r MC=-=,解得1MC =,M ∴点的轨迹方程为()()()22210x y m m -+-=>,又直线1:0l ax y -=过定点()0,0Q ,2:240l x ay a ++-=即()420x a y -++=过定点()4,2S -,且12l l ⊥,则P 点是两垂线的交点,所以P 点在以QS 为直径的圆上,圆心为()2,1-,半径为11164522QS =+=,P ∴的轨迹方程为()()22215x y -++=,由于1l 的斜率存在,所以点P 的轨迹要去掉点()0,2-,由已知可得:圆M 与圆P 有公共点,5151MP ∴-≤≤+,即51151m -≤+≤+,又0m >,所以51151m -≤+≤+,解得525m -≤≤,故答案为:52,5⎡⎤-⎣⎦三、解答题17.已知直线()():231370l a x a y a +--++=,R a ∈.(1)证明直线l 过定点A ,并求出点A 的坐标;(2)在(1)的条件下,若直线l '过点A ,且在y 轴上的截距是在x 轴上的截距的12,求直线l '的方程.【答案】(1)定点A 的坐标为()2,1--(2)12y x =或122y x =--【分析】(1)整理方程为()23370x y a x y -++++=,然后解方程组230370x y x y -+=⎧⎨++=⎩可得答案;(2)设出直线方程,求出截距,利用截距之间的关系列方程求解.【详解】(1)直线()():231370l a x a y a +--++=可化为()23370x y a x y -++++=,则230370x y x y -+=⎧⎨++=⎩,解得21x y =-⎧⎨=-⎩,∴直线l 过定点,且定点A 的坐标为()2,1--;(2) 直线l '过点()2,1--,且在y 轴上的截距是在x 轴上的截距的12,则当直线l '过坐标原点时,符合题意,此时直线方程为12y x =,即20x y -=;当直线l '的横纵截距均不为零时,设直线l '的方程为112x y a a +=,代入点()2,1--,得21112a a --+=,解得4a =-,此时直线l '的方程为142x y +=--,即240x y ++=,综上,直线l '的方程为20x y -=或240x y ++=.18.某小型企业甲产品生产的投入成本x (单位:万元)与产品销售收入y (单位:万元)存在较好的线性关系,下表记录了最近5次该产品的相关数据.x (万元)357911y (万元)810131722(1)求y 关于x 的线性回归方程;(2)根据(1)中的回归方程,判断该企业甲产品投入成本12万元的毛利率更大还是投入成本15万元的毛利率更大(毛利率=-收入成本收入100%⨯)?相关公式:()()()1122211ˆ=nniii ii i nniii i x x y y x y nx ybx x xnx====---=--∑∑∑∑,ˆˆay bx =-.【答案】(1)ˆ 1.75 1.75y x =+;(2)12万元的毛利率更大【分析】(1)根据题意代入数值分别算出ˆb与ˆa 即可得解;(2)分别把12x =与15x =代入线性回归方程算出ˆy再算出毛利率即可得解.【详解】(1)由题意7x =,14y =.()()()()()()()()5137814571014771314iii x x yy =--=--+--+--∑()()971714+--()117+-()221470-=,()()()()()()522222213757779711740i i x x=-=-+--+-+-=+∑,()()()51521ˆ 1.75iii ii x x y y bx x ==--==-∑∑,ˆ147 1.75 1.75a=-⨯=故y 关于x 的线性回归方程为ˆ 1.75 1.75yx =+.(2)当12x =时,ˆ22.75y=,对应的毛利率为22.7512100%47.3%22.75-⨯≈,当15x =时,ˆ28y=,对应的毛利率为2815100%46.4%28-⨯≈,故投入成本12万元的毛利率更大.【点睛】本题考查了线性回归方程的求解和应用,考查了计算能力,属于基础题.19.如图,在四棱锥P ABCD -中,PC ⊥底面,ABCD ABCD 是直角梯形,,//AD DC AB DC ⊥,222AB AD CD ===,点E 在线段PB 上且12PE EB =.(1)证明直线//PD 平面AEC ;(2)证明直线BC ⊥平面PAC .【答案】(1)证明见解析(2)证明见解析【分析】(1)作辅助线,即连接BD 交AC 于点O ,连接OE ,利用△DOC ∽△BOA 及12PE EB =,证明//PD OE ,利用线面平行的判定定理证明即可;(2)通过计算证明AC BC ⊥,由PC ⊥平面ABCD 得到PC BC ⊥,利用线面垂直的判定定理证明即可.【详解】(1)证明:连接BD 交AC 于点O ,连接OE ,∵//AB DC ,2AB CD =,∴△DOC ∽△BOA ,即12DO DC OB AB ==,又∵12PE EB = ,∴12DO PE OB EB ==∴//PD OE又∵OE AEC ⊂面、PD AEC ⊄面∴//PD AEC面(2)∵PC ⊥平面ABCD ,BC ⊂平面ABCD ,∴PC BC ⊥,又∵2,1,AB AD CD AD DC ===⊥,且ABCD 是直角梯形,∴2AC BC ==,即222AC BC AB +=,∴AC BC ⊥,又∵PC AC C ⋂=,且,PC AC ⊂平面PAC ,∴BC ⊥平面PAC .20.某中学举行了一次诗词竞赛.组委会在竞赛后,从中抽取了部分选手的成绩(百分制)作为样本进行统计,作出了茎叶图和频率分布直方图均受到不同程度的破坏,但可见部分信息如下,据此解答如下问题:(1)求样本容量n 、抽取样本成绩的中位数及分数在[)80,90内的人数;(2)若从分数在[50,60)和[80,90)内的学生中任选两人进行调研谈话,求至少有一人分数在[50,60)内的概率.【答案】(1)25n =,中位数为73,4人(2)35【分析】(1)根据频率分布直方图可知组的频率等于该组的频数除以总的样本量,各个组的频率之和为1,根据茎叶图的特点直接可获得中位数所在位置;(2)总的事件总数是从分数在[50,60)和[80,90)内的学生中任选两人,待求的是至少有一人分数在[50,60)内,则分别计算出总的基本事件个数和至少有一人分数在[50,60)内的基本事件个数即可,然后根据概率的定义求出即可.【详解】(1)分数在[)50,60内的频数为2,由频率分布直方图可以看出,分数在[]90,100内同样有2人.由2100.008n=⨯解得:25n =根据茎叶图可知:抽测成绩的中位数为73分数在[80,90)之间的人数为:()25271024-+++=综上可得:样本容量25n =,中位数为73,分数在[80,90)内的人数为4人(2)设“若从分数在和内的学生中任选两人进行调研谈话,至少有一人分数在[50,60)内”为事件M .将[80,90)内的4人编号为a b c d ,,,;[50,60)内的2人编号为,A B 则在[50,60)和[80,90)内的任取两人的基本事件为:,,,,,,,,,,,,,,ab ac ad aA aB bc bd bA bB cd cA cB dA dB AB ,共15个其中,至少有一人分数在[50,60)内的基本事件:,,,,,,,,aA aB bA bB cA cB dA dB AB ,共9个.故所求的概率得:93M =155P =()21.如图,直三棱柱111ABC A B C -的体积为4,1A BC 的面积为22.(1)求A 到平面1A BC 的距离;(2)设D 为1AC 的中点,1AA AB =,平面1A BC ⊥平面11ABB A ,求二面角1A A C B --的大小.【答案】(1)2(2)π3【分析】(1)由等体积法运算即可得解;(2)由面面垂直的性质及判定可得BC ⊥平面11ABB A ,建立空间直角坐标系,利用空间向量法即可得解.【详解】(1)在直三棱柱111ABC A B C -中,设点A 到平面1A BC 的距离为h ,则111111112211433333A A BC A A ABC A ABC AB BC C C B V S h h V S A A V ---=⋅===⋅== ,解得2h =,所以点A 到平面1A BC 的距离为2;(2)取1A B 的中点E ,连接AE ,如图,因为1AA AB =,所以1AE A B ⊥,又平面1A BC ⊥平面11ABB A ,平面1A BC ⋂平面111ABB A A B =,且AE ⊂平面11ABB A ,所以⊥AE 平面1A BC ,在直三棱柱111ABC A B C -中,1BB ⊥平面ABC ,由BC ⊂平面1A BC ,BC ⊂平面ABC 可得AE BC ⊥,1BB BC ⊥,又1,AE BB ⊂平面11ABB A 且相交,所以BC ⊥平面11ABB A ,所以1,,BC BA BB 两两垂直,以B 为原点,建立空间直角坐标系,如图,由(1)得2AE =,所以12AA AB ==,122A B =,所以2BC =,则()()()()10,2,0,0,2,2,0,0,0,2,0,0A A B C ,则1A B 的中点()0,1,1E ,所以()0,1,1AE =- ,()10,0,2AA =,()2,2,0AC =- ,设平面1AAC 的法向量为(),,n x y z =,则120220n AA z n AC x y ⎧⋅==⎪⎨⋅=-=⎪⎩ ,解得0x y z =⎧⎨=⎩,取1x y ==,则平面1AAC 的一个法向量为()1,1,0n =r,由⊥AE 平面1A BC 可知,AE为平面1A BC 的一个法向量,设二面角1A A C B --为θ,则11cos cos ,222n AE n AE n AEθ⋅=<>===⨯⋅,且观察图可知,二面角1A A C B --为锐二面角,所以1cos 2θ=,则π3θ=,所以二面角1A A C B --的大小为π3.22.已知点()0,2P ,设直线l :y =kx +b (b ,R k ∈)与圆22:4C x y +=相交于异于点P 的A ,B 两点.(1)若PA PB ⊥,求b 的值;(2)若||23AB =,且直线l 与两坐标轴围成的三角形的面积为233,求直线l 的斜率k 的值;(3)当||||4PA PB ⋅=时,是否存在一定圆M ,使得直线l 与圆M 相切?若存在,求出该圆的标准方程;若不存在,请说明理由.【答案】(1)0(2)3k =±或33k =±(3)存在,定圆22:(2)1M x y +-=.【分析】(1)根据PA PB ⊥可知直线l 过圆224x y +=的圆心(0,0),可得0b =;(2)由||23AB =得原点(0,0)O 到直线l 的距离为1,得221b k =+,再根据面积得243||3b k =,联立消去2b 可得k 的值;(3)联立直线与圆224x y +=,化为关于x 的一元二次方程,设11(,)A x y ,22(,)B x y ,根据韦达定理可得12y y +和12y y ,利用12y y +和12y y ,将||||4PA PB ⋅=化为2243k b b =-+,利用2243k b b =-+求出点(0,2)P 到直线y kx b =+的距离为1,由此可得结果.【详解】(1)因为PA PB ⊥,又(0,2)P 在圆224x y +=上,所以直线l 过圆224x y +=的圆心(0,0),所以0b =.(2)因为||23AB =,圆224x y +=的半径为2,所以圆心(0,0)到直线l 的距离24(3)1d =-=,由点到直线的距离公式可得2||11b d k==+,得221b k =+,当0k =时,直线l 与坐标轴不能围成三角形,故0k ≠,在y kx b =+中,令0x =,得y b =;令0y =,得bx k =-,所以123||||23b b k ⋅-=,得243||3b k =,所以2431||3k k +=,解得||3k =或3||3k =,所以3k =±或33k =±.(3)联立224x y y kx b ⎧+=⎨=+⎩,消去y 并整理得222(1)240k x kbx b +++-=,222244(1)(4)0k b k b ∆=-+->,即2244b k <+,设11(,)A x y ,22(,)B x y ,则12221kb x x k +=-+,212241b x x k -=+,所以2121222()221k b y y k x x b b k +=++=-++221b k =+,2212121212()()()y y kx b kx b k x x kb x x b =++=+++2222222(4)211k b k b b k k -=-+++22241b k k -=+,所以||||PA PB ⋅22221122(2)(2)4x y x y =+-⋅+-=,所以222211224(2)4(2)16y y y y ⎡⎤⎡⎤-+-⋅-+-=⎣⎦⎣⎦,所以12(84)(84)16y y --=,所以12(2)(2)1y y --=,所以12122()30y y y y -++=,所以2222443011b k b k k --+=++,即2243k b b =-+,所以点(0,2)P 到直线y kx b =+的距离为2|2|1b k -++2|2|431b b b -=-++2|2|1(2)b b -==-,所以直线y kx b =+与以(0,2)P 为圆心,1为半径的圆相切,所以存在一个定圆22:(2)1M x y +-=,使得直线l 与圆22:(2)1M x y +-=相切.。