上海虹口区2023-2024学年学生学习能力诊断测试高三数学试卷2023.12考生注意:1.本试卷共4页,21道试题,满分150分,考试时间120分钟.2.本考试分设试卷和答题纸.作答必须涂(选择题)或写(非选择题)在答题纸上的相应位置,在试卷上作答一律不得分.一、填空题(本大题共有12题,满分54分,第1-6题每题4分,第7-12题每题5分)考生应在答题纸的相应位置直接填写结果.1.已知集合{}{}0,1,2,3,4,5,21,_______.A B x x A B ==-≤⋂=则2.函数1lg(2)5y x x=--_________.3.设等比数列{}n a 的前n 项和为n S ,若21a =,24S =,则lim n n S →∞=_________.4.已知一个圆锥的底面半径为3,其侧面积为15π,则该圆锥的体积为_________.5.在7(x x的二项展开式中x 项的系数为_________.6.已知1cos ,3x x =-且为第三象限的角,则tan2x =_________.7.双曲线2214y x -=的两条渐近线夹角的余弦值为_________.8.已知函数()cos()f x x ωϕ=+(0>ω,||2ϕπ<)的部分图像如右图所示,则()f x =_________.9.已知()y f x =是定义在(1,1)-上的函数,若()3sin f x x x =+,且2(1)(1)0,f a f a -+-<则实数a 的取值范围为_________.10.将甲、乙等8人安排在4天值班,若每天安排两人,则甲、乙两人安排在同一天的概率为________.(结果用分数表示)11.设a ∈R ,若关于x 的方程()2210x x a x x a --+-+=有3个不同的实数解,则实数a 的取值范围为_________.12.设123123,,,,,a a a b b b 是平面上两两不相等的向量,若1223a a a a -=-= 312,a a -=且对任意的{},1,2,3,i j ∈均有{1,3,i j a b -∈则122331b b b b b b -+-+-=________.二、选择题(本大题共有4题,满分18分,第13-14题每题4分,第15-16题每题5分)(第8题图)每题有且只有一个正确答案,考生应在答题纸的相应位置上,将所选答案的代号涂黑.13.设i 为虚数单位,若2521z -+=-ii i ,则z =()(A )12-i(B )12+i(C )2-i(D )2+i14.空气质量指数AQI 是反映空气质量状况的指数,其对应关系如下表:AQI 指数值0~5051~100101~150151~200201~300300>空气质量优良轻度污染中度污染重度污染严重污染为监测某化工厂排放废气对周边空气质量指数的影响,某科学兴趣小组在工厂附近某处测得10月1日—20日AQI 的数据并绘成折线图如下:下列叙述正确的是()(A )这20天中AQI 的中位数略大于150(B )10月4日到10月11日,空气质量越来越好(C )这20天中的空气质量为优的天数占25%(D )10月上旬AQI 的极差大于中旬AQI 的极差15.“阿基米德多面体”也称为半正多面体,是由边数不全相同的正多边形为面围成的多面体,它体现了数学的对称美.如右上图所示,将正方体沿同一顶点出发的三条棱的中点截去一个三棱锥,共可截去8个三棱锥,得到8个面为正三角形、6个面为正方形的一种半正多面体.若2AB =,则此半正多面体外接球的表面积为()(A )43π(B )12π(C )823π(D )8π16.已知曲线Γ的对称中心为O ,若对于Γ上的任意一点A ,都存在Γ上两点,B C ,使得O 为ABC △的重心,则称曲线Γ为“自稳定曲线”.现有如下两个命题:①任意椭圆都是“自稳定曲线”;②存在双曲线是“自稳定曲线”.(第15题图)则()(A )①是假命题,②是真命题(B )①是真命题,②是假命题(C )①②都是假命题(D )①②都是真命题三、解答题(本大题共5题,满分78分)解答下列各题必须在答题纸相应位置写出必要步骤.17.(本题满分14分,第1小题7分,第2小题7分)设△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,若()sin sin sin ,sin m A B C A =+-,(),n c b c a =+- ,且m //n .(1)求角B 的大小;(2)若△ABC 为锐角三角形,求sin sin y A C =+的取值范围.18.(本题满分14分,第1小题6分,第2小题8分)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧面AA 1C 1C 为正方形,4AB AC ==;设M 是CC 1的中点,满足11AM A B ⊥,N 是BC 的中点,P 是线段A 1B 1上的一点.(1)证明:AM ⊥平面A 1PN ;(2)若1421BC A P ==,求直线AB 1与平面PMN 所成角的大小.19.(本题满分14分,第1小题6分,第2小题8分)2022年12月底,某厂的废水池已储存废水800吨,以后每月新产生的2吨废水也存入废水池.该厂2023年开始对废水处理后进行排放,1月底排放10吨处理后的废水,计划以后每月月底排放一次,每月排放处理后的废水比上月增加2吨.(1)若按计划排放,该厂在哪一年的几月份排放后,第一次将废水池中的废水排放完毕?(2)该厂加强科研攻关,提升废水处理技术,经过深度净化的废水可以再次利用.该厂从2023年7月开始对该月计划排放的废水进行深度净化,首次净化废水5吨,以后每月比上月提高20%的净化能力.试问:哪一年的几月份开始,当月排放的废水能被全部净化?20.(本题满分18分,第1小题4分,第2小题6分,第3小题8分)已知点(,4)M m 在抛物线Γ:22(0)x p y p =>上,点F 为Γ的焦点,且5MF =.过点F 的直线l 与Γ及圆22(1)1x y +-=依次相交于点,,,,A B C D 如图.(1)求抛物线Γ的方程及点M 的坐标;(2)求证:AC BD ⋅为定值;(3)过A ,B 两点分别作Γ的切线12,,l l 且1l 与2l 相交于点P ,求△ACP 与△BDP 的面积之和的最小值.21.(本题满分18分,第1小题4分,第2小题6分,第3小题8分)已知()y f x =与()y g x =都是定义在()0+∞,上的函数,若对任意()12,0x x ∈+∞,,当12x x <时,都有121212()()()()f x f x g x g x x x -≤≤-,则称()y g x =是()y f x =的一个“控制函数”.(1)判断2y x =是否为函数()20y x x =>的一个控制函数,并说明理由;(2)设()ln f x x =的导数为()'f x ,0a b <<,求证:关于x 的方程()()()'f b f a f x b a-=-在区间(),a b 上有实数解;(3)设()ln f x x x =,函数()y f x =是否存在控制函数?若存在,请求出()y f x =的所有控制函数;若不存在,请说明理由.虹口区2023-2024学年学生学习能力诊断测试高三数学参考答案和评分标准2023年12月一、填空题(本大题共12题,满分54分;第1-6题每题4分;第7-12题每题5分)1.{}1,2,32.(2,5)3.924.12π5.560 6.4277.358.cos(2)6x π-9.(1,210.1711.()9,+∞12.3二、选择题(本大题共4题,满分18分;第13-14题每题4分,第15-16题每题5分)13.A14.C15.D16.B三、解答题(本大题共5题,满分78分)17.(本题满分14分,第1小题7分,第2小题7分)解:(1)因为m //n,所以()()sin sin sin sin A B C b c a c A +-⋅+-=⋅,……2分由正弦定理,可得()()a b c b c a ac +-⋅+-=,即222ac a c b =+-.……4分于是,由余弦定理得2221cos 22a cb B ac +-==,又()0,B π∈,所以3B π=.……7分(2)由(1)可知2,3A C π+=所以233sin sin sin sin()sin cos 3)3226y A C A A A A A ππ=+=+-=+=+……11分由△ABC 为锐角△,得20,0,232A A πππ<<<-<且所以,62A ππ<<从而362.3A πππ<+<所以sin sin 3)6y A C A π=+=+的取值范围为32,3.⎛ ⎝……14分18.(本题满分14分,第1小题6分,第2小题8分)证:(1)取AC 中点D ,连接DN ,A 1D .因AA 1=AC ,AD =CM ,∠A 1AD =∠ACM 90=︒,故△A 1AD ≌△ACM .……2分从而∠AA 1D =∠CAM ,又因∠AA 1D +∠A 1DA 90=︒,故∠CAM +∠A 1DA 90=︒.所以AM ⊥A 1D .由于AM ⊥A 1B 1及A 1B 111,A D A ⋂=因此AM ⊥平面A 1B 1D.……4分因D ,N 分别为AC ,BC 的中点,故D N //AB ,从而D N //A 1B 1,于是A 1,P ,B 1,N ,D 在同一平面内,故AM ⊥面A 1PN.……6分解:(2)因为AB =AC =4,BC =2AB 2+AC 2=BC 2,故AB ⊥AC.因AM ⊥A 1B 1,A 1B 1∥AB ,故AM ⊥AB ;又因AM ∩AC =A ,所以AB ⊥面ACC 1A 1,从而AB ⊥AA 1;因此AB ,AC ,AA 1两两垂直.以A 为原点,以AB ,AC ,AA 1分别为x ,y ,z 轴,建立空间直角坐标系,如图.……8分则由条件,相关点的坐标为M (0,4,2),N (2,2,0),P (1,0,4),B 1(4,0,4).设平面MNP 的一个法向量为(,,),n x y z =则(,,)(2,2,2)2220,,2,(,,)(1,4,2)420,n MN x y z x y z y z x z n MP x y z x y z ⎧⋅=⋅--=--==⎧⎪⎨⎨=⋅=⋅-=-+=⎩⎪⎩即取1,(2,1,1).z n == 得……11分因1AB =(4,0,4),设直线1AB 与平面PMN 所成的角为θ,则111(4,0,4)(2,1,1)3sin cos ,(4,0,4)(2,1,1)426AB n AB n AB nθ⋅⋅=<>====⋅⋅⋅ 故直线1AB 与平面PMN 所成角的大小为.3π……14分19.(本题满分14分,第1小题6分,第2小题8分)解:(1)设从2023年1月起第n 个月处理后的废水排放量为n a 吨,则由已知条件知:数列{}n a 是首项为10,公差为2的等差数列,故28n a n =+.……2分当18002nn i a n =≥+∑时,即[]10(28)80022n n n ++≥+,……4分化简得278000n n +-≥,解得25,32;n n ≥≤-或由n 是正整数,则25n ≥.故该厂在2025年1月底第一次将废水池中的废水排放完毕.……6分(2)设从2023年1月起第n 个月深度净化的废水量为n b 吨.由已知条件,1260b b b ==== ,当7n ≥时,数列{}n b 是首项为5,公比为1.2的等比数列,故70,16,51.2,7,n n n b n -≤≤⎧=⎨⨯≥⎩ (n 为正整数).……8分显然,当16n ≤≤时,n n a b >.当7n n n a b ≥≤时,由得72851.2n n -+≤⨯.(*)……10分设72851.2n n c n -=+-⨯,则812 1.2n n n c c ---=-,所以当711n ≤≤时,数列{}n c 是严格增数列,且0;n c >当12n ≥时,数列{}n c 是严格减数列.……12分由于19 1.420c ≈>,20 5.500c ≈-<.所以不等式(*)的解为20n ≥(n 为正整数).故该厂在2024年8月开始计划排放的废水能被全部净化.……14分20.(本题满分18分,第1小题4分,第2小题6分,第3小题8分)解:(1)易知抛物线Γ的焦点F 的坐标为(0,),2p 准线为2py =-,由抛物线的定义,得452pMF +==,故2p =.所以,抛物线Γ的方程为24.x y =………2分将(,4)M m 代入Γ的方程,得4x =±,所以点M 的坐标为:(4,4),或(4,4).-………4分(2)由(1)知F (0,1),又由条件知直线l 的斜率存在,设直线l 的方程为1y k x =+,并设A 11(,),x y B 22(,),x y 则由21,4,y k x x y =+⎧⎨=⎩得2440,x kx --=故216(1)0,k ∆=+>且12124, 4.x x k x x +==-………7分由抛物线的定义,可知11,AF y =+2 1.BF y =+又因圆22(1)1x y +-=的圆心为F (0,1),半径为1,于是11,AC AF y =-=21.BD FB y =-=所以AC BD ⋅222121212()14416x x x x y y ==⋅==.………10分(3)由24x y =得24x y =,而12y x '=.故过点A 211(,)4x x 的抛物线Γ的切线1l 的方程为2111(),42x x y x x -=-即21120.2x x x y --=①………12分同理,过点B 222(,4x x 的抛物线Γ的切线2l 的方程为22220.2x x x y --=②由①,②可得:2212121212112,() 1.2424P P P x x x x x k y x x x x x ⎡⎤++===+-==-⎢⎥⎣⎦即(2,1).P k -……15分所以点P 到直线l :10k x y -+=的距离为d ==于是111()222ACP BDP S S AC d BD d AC BD d ∆∆+=⋅+⋅=+⋅()()()()22212121212221112224811682218x x y y d d x x x x d k k ⎛⎫+⎡⎤=+⋅=⋅=+-⋅ ⎪⎣⎦⎝⎭=+⋅=+故当k =0,即直线l 为y =1时,ACP BDP S S ∆∆+有最小值2.……18分21.(本题满分18分,第1小题4分,第2小题6分,第3小题8分)解:(1)由于对任意()12,0x x ∈+∞,,当12x x <时,都有112222x x x x ≤+≤;……2分即有2212121222,x x x x x x -≤≤-故由控制函数的定义,22y x y x ==是函数的控制函数.……4分证:(2)关于x 的方程ln ln 1b a b a x -=-在区间(),a b 上有实数解1ln ln 1b a b b a a-⇔<<-()()ln ln ln ln a b a b a b b a ⇔-<-<-ln ln ln 10ln ln ln 10b a b bb a aa a ab a a a b b b b-⎧⎧-<-+<⎪⎪⎪⎪⇔⇔⎨⎨-⎪⎪-<-+<⎪⎪⎩⎩.……7分记()ln 1F x x x =-+,则()11'1xF x x x-=-=,当()0,1x ∈时()'0F x >,()F x 在()0,1上严格增;当()1,x ∈+∞时()'0F x <,()F x 在()1,+∞上严格减.而01a b b a <<<,故()()10,10a b F F F F b a ⎛⎫⎛⎫<=<= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,于是所要证的结论成立.……10分另证:关于x 的方程ln ln 1b a b a x -=-在区间(),a b 上有实数解1ln ln 1b a b b a a-⇔<<-()()ln ln ln ln a b a b a b b a ⇔-<-<-ln ln 0ln ln 0a b b a a a b a a b b b -+-<⎧⇔⎨-+-<⎩.……7分记()ln ln F x a x x a a a =-+-,则()'1aF x x=-,当[],x a b ∈时()'0F x ≤,故()F x 在[],a b 上严格减,()()0F b F a <=.记()ln ln G x b x x b b b =-+-,则()G'1bx x=-,当[],x a b ∈时()'0G x ≥,故()G x 在[],a b 上严格增,()()0G a G b <=.于是所要证的结论成立.……10分解:(3)①先证引理:对任意0a b <<,关于x 的方程()()()'f b f a f x b a-=-在区间(),a b 上恒有实数解.这等价于()()()()ln ln ln 1ln 1ln 1ln ln ln 1b b a aa b a b a b b a a b b a b a-+<<+⇔+-<-<+--1ln ln 1b a b b a a-⇔<<-,由(2)知结论成立.……12分②(证控制函数的唯一性)假设()y f x =存在“控制函数”()y g x =,由上述引理知,对任意()12,0x x ∈+∞,,当12x x <时,都存在()12,c x x ∈使得()12()'()g x f c g x ≤≤.……(*)下证:()()()',0,g x f x x =∈+∞.若存在()10,t ∈+∞使得()()11'g t f t >,考虑到()'ln 1f x x =+是值域为R 的严格增函数,故存在21t t >使得()()21'f t g t =.由(*)知存在()012,c t t ∈使得()102()'()g t f c g t ≤≤,于是有()()()012''f c g t f t ≥=,由()'f x 的单调性知02c t ≥,矛盾.故对任意()0,x ∈+∞都有()()'g x f x ≤.同理可证,对任意()0,x ∈+∞都有()()'g x f x ≥,从而()()'g x f x =.……15分③(证控制函数的存在性)最后验证,()()'g x f x =是()y f x =的一个“控制函数”.对任意()12,0x x ∈+∞,,当12x x <时,都存在()12,c x x ∈使得()1212()()'f x f x f c x x -=-,而由()'f x 的单调性知()12'()''()f x f c f x ≤≤,即121212()()()()f x f x g x g x x x -≤≤-.综上,函数()y f x =存在唯一的控制函数ln 1y x =+.……18分。