2018-2019学年高二数学选修1-2学业分层测评试题29
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模块综合测评(二)(时间120分钟,满分150分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.设命题p :∃n ∈N ,n 2>2n ,则綈p 为( ) A .∀n ∈N ,n 2>2n B .∃n ∈N ,n 2≤2n C .∀n ∈N ,n 2≤2nD .∃n ∈N ,n 2=2n【解析】 依据含有一个量词的命题的否定判定即可.因为“∃x ∈M ,p (x )”的否定是“∀x ∈M ,綈p (x )”,所以命题“∃n ∈N ,n 2>2n ”的否定是“∀n ∈N ,n 2≤2n ”.故选C.【答案】 C2.设双曲线的焦点在x 轴上,两条渐近线为y =±12x ,则该双曲线的离心率e 的值为( )A .5B . 5C .52D .54【解析】 由焦点在x 轴上的渐近线方程为y =±12x ,可得b a =12, 所以e =ca =a 2+b 2a =a 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22a =52.【答案】 C3.设α,β是两个不同的平面,m 是直线且m ⊂α,“m ∥β ”是“α∥β ”的( )A .充分而不必要条件B .必要而不充分条件C .充分必要条件D .既不充分也不必要条件【解析】 结合平面与平面平行的判定与性质进行判断. 当m ∥β时,过m 的平面α与β可能平行也可能相交,因而m ∥βα∥β;当α∥β时,α内任一直线与β平行,因为m ⊂α,所以m ∥β.综上知,“m ∥β ”是“α∥β ”的必要而不充分条件.【答案】 B4.已知a =(1-t,1-t ,t ),b =(2,t ,t ),则|b -a |的最小值为( ) A.55 B .555 C.355D .115【解析】 ∵b -a =(1+t,2t -1,0), ∴|b -a |=(1+t )2+(2t -1)2 =5t 2-2t +2 =5⎝ ⎛⎭⎪⎫t -152+95, 当t =15时,|b -a |min =355. 【答案】 C5.已知F 是抛物线y 2=x 的焦点,A ,B 是该抛物线上的两点,|AF |+|BF |=3,则线段AB 的中点到y 轴的距离为( )A.34 B .1 C.54D .74【解析】 ∵|AF |+|BF |=x A +x B +12=3,∴x A +x B =52.线段AB 的中点到y 轴的距离为x A +x B 2=54.【答案】 C6.下列四个条件中,使a >b 成立的充分不必要条件是( )【导学号:32550103】A .a >b +1B .a >b -1C .a 2>b 2D .a 3>b 3【解析】 要求a >b 成立的充分不必要条件,必须满足由选项能推出a >b ,而由a >b 不能推出选项.在选项A 中,a >b +1能使a >b 成立,而a >b 时,a >b +1不一定成立,故正确;在选项B 中,a >b -1时,a >b 不一定成立,故B 错误;在选项C 中,a 2>b 2时,a >b 也不一定成立,因为a ,b 不一定同为正数,故C 错误;在选项D 中,“a 3>b 3”是“a >b ”成立的充要条件,故D 错误.【答案】 A7.与两圆x 2+y 2=1和x 2+y 2-8x +12=0都外切的圆的圆心在( ) A .一个椭圆上 B .双曲线的一支上 C .一条抛物线上D .一个圆上【解析】 将x 2+y 2-8x +12=0配方,得(x -4)2+y 2=4,设所求圆心为P ,设两圆的圆心分别为O 1,O 2,则由题意知||PO 2|-|PO 1||=|R -r |=1,根据双曲线的定义可知其轨迹是双曲线的一支.【答案】 B8.点M 在z 轴上,它与经过坐标原点且方向向量为s =(1,-1,1)的直线l 的距离为6,则点M 的坐标是( )A .(0,0,±2)B .(0,0,±3)C .(0,0,±3)D .(0,0,±1)【解析】 设M (0,0,z ),直线的一个单位方向向量s 0=⎝ ⎛⎭⎪⎫33,-33,33,故点M 到直线l 的距离d =|OM →|2-|OM →·s 0|2=z 2-13z 2=6,解得z =±3.【答案】 B9.如图1,已知过抛物线y 2=2px (p >0)的焦点F 的直线x -my +m =0与抛物线交于A 、B 两点,且△OAB (O 为坐标原点)的面积为22,则m 6+m 4的值是( )图1A .1B . 2C .2D .4【解析】 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),由题意可知,p2=-m ,将x =my -m 代入抛物线方程y 2=2px (p >0)中,整理得y 2-2pmy +2pm =0,由根与系数的关系,得y 1+y 2=2pm ,y 1y 2=2pm ,∴(y 1-y 2)2=(y 1+y 2)2-4y 1y 2=(2pm )2-8pm =16m 4+16m 2,又△OAB 的面积S =12×p 2|y 1-y 2|=12(-m )×4m 4+m 2=22,两边平方即可得m 6+m 4=2.【答案】 C10.在三棱锥P -ABC 中,P A ⊥平面ABC ,∠BAC =90°,D 、E 、F 分别是棱AB 、BC 、CP 的中点,AB =AC =1,P A =2,则直线P A 与平面DEF 所成角正弦值为( )A.15 B .255C.55D .25【解析】 以A 为原点,AB 、AC 、AP 所在直线分别为x 轴、y 轴、z 轴建立如图所示空间直角坐标系,由AB =AC =1,P A =2,得A (0,0,0),B (1,0,0),C (0,1,0),P (0,0,2),D ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,0,E ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,0,F ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,1, ∴AP →=(0,0,2),DE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,0,DF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,12,1,设平面DEF 的法向量为n =(x ,y ,z ),则由⎩⎪⎨⎪⎧n ·DE →=0,n ·DF →=0,得⎩⎨⎧y =0,-x +y +2z =0,取z =1,则n =(2,0,1),设P A 与平面DEF 所成角为θ,则sin θ=|P A →·n ||P A →|·|n |=55,∴P A 与平面DEF 所成角的正弦值为55,故选C.【答案】 C11.设O 为坐标原点,F 1、F 2是x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的焦点,若在双曲线上存在点P ,满足∠F 1PF 2=60°,|OP |=7a ,则该双曲线的渐近线方程为( )A .x ±3y =0B .3x ±y =0C .x ±2y =0D .2x ±y =0【解析】 如图所示,∵O 是F 1F 2的中点,∴PF 1→+PF 2→=2PO →, ∴(PF 1→+PF 2→)2=(2PO →)2.即|PF 1→|2+|PF 2→|2+2|PF 1→|·|PF 2→|·cos 60°=4|PO →|2. 又∵|PO |=7a ,∴|PF 1→|2+|PF 2→|2+|PF 1→|·|PF 2→|=28a 2.① 又由双曲线定义得|PF 1|-|PF 2|=2a , ∴(|PF 1|-|PF 2|)2=4a 2.即|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1||PF 2|=4a 2.② 由①-②得|PF 1|·|PF 2|=8a 2, ∴|PF 1|2+|PF 2|2=20a 2. 在△F 1PF 2中,由余弦定理得cos 60°=|PF 1|2+|PF 2|2-|F 1F 2|22|PF 1||PF 2|,∴8a 2=20a 2-4c 2.即c 2=3a 2. 又∵c 2=a 2+b 2,∴b 2=2a 2. 即b 2a 2=2,ba = 2.∴双曲线的渐近线方程为2x ±y =0. 【答案】 D12.正△ABC 与正△BCD 所在平面垂直,则二面角A -BD -C 的正弦值为( )A.55 B .33 C.255 D .63【解析】取BC 中点O ,连结AO ,DO .建立如图所示坐标系,设BC =1, 则A ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,0,32,B ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,0,D ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,0. ∴OA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,0,32,BA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,32,BD →=⎝ ⎛⎭⎪⎫32,12,0.由于OA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,0,32为平面BCD 的一个法向量,可进一步求出平面ABD的一个法向量n =(1,-3,1),∴cos 〈n ,OA →〉=55, ∴sin 〈n ,OA →〉=255. 【答案】 C二、填空题(本大题共4个小题,每小题5分,共20分.把答案填在题中的横线上)13.命题“若A ∪B =B ,则A ⊆B ”的逆否命题是________.【解析】 根据逆否命题的定义知“若p 则q ”与“綈q 则綈p ”互为逆否命题.【答案】 若A B ,则A ∪B ≠B14.已知a =(2,-1,3),b =(-4,2,x ),c =(1,-x,2),若(a +b )⊥c ,则x =________.【解析】 a +b =(-2,1,x +3), ∵(a +b )⊥c ,∴(a +b )·c =0, 即-2×1+1×(-x )+(x +3)×2=0. 解得x =-4. 【答案】 -415.如图2,已知空间四边形OABC ,其对角线为OB ,AC ,点M ,N 分别是边OA ,CB 的中点,点G 在线段MN 上,且使MG =2GN ,则用向量OA →,OB →,OC →表示向量OG →为________.图2【解析】 OG →=OM →+MG →=12OA →+23MN →=12OA →+23⎝ ⎛⎭⎪⎫-12OA →+OB →+12OC →-12OB →=16OA →+13OB →+13OC →. 【答案】 16OA →+13OB →+13OC →16.已知F 是双曲线C :x 2-y 28=1的右焦点,P 是C 的左支上一点,A (0,66).当△APF 周长最小时,该三角形的面积为________.【导学号:32550104】【解析】 根据双曲线的定义等价转化|PF |,分析何时△APF 的周长最小,然后用间接法计算S △APF .由双曲线方程x 2-y 28=1可知,a =1,c =3,故F (3,0),F 1(-3,0).当点P 在双曲线左支上运动时,由双曲线定义知|PF |-|PF 1|=2,所以|PF |=|PF 1|+2,从而△APF 的周长=|AP |+|PF |+|AF |=|AP |+|PF 1|+2+|AF |.因为|AF |=32+(66)2=15为定值,所以当(|AP |+|PF 1|)最小时,△APF 的周长最小,由图像可知,此时点P 在线段AF 1与双曲线的交点处(如图所示).由题意可知直线AF 1的方程为y =26x +66, 由⎩⎪⎨⎪⎧y =26x +66,x 2-y 28=1,得y 2+66y -96=0,解得y =26或y =-86(舍去), 所以S △APF =S △AF 1F -S △PF 1F =12×6×66-12×6×26=12 6. 【答案】 12 6三、解答题(本大题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)17.(本小题满分10分)已知p :x 2-8x -20>0,q :x 2-2x +1-a 2>0.若p是q 的充分不必要条件,求正实数a 的取值范围.【解】 解不等式x 2-8x -20>0得p :A ={x |x >10或x <-2}. 解不等式x 2-2x +1-a 2>0得q :B ={x |x >1+a 或x <1-a ,a >0}. 依题意,p ⇒q 但q p ,说明A B .于是,有⎩⎨⎧a >0,1+a ≤10,1-a >-2,或⎩⎨⎧a >0,1+a <10,1-a ≥-2.解得0<a ≤3.∴正实数a 的取值范围是0<a ≤3.18.(本小题满分12分)已知p :-2<m <0,0<n <1;q :关于x 的方程x 2+mx +n =0有两个小于1的正根.试分析p 是q 的什么条件.【解】 若关于x 的方程x 2+mx +n =0有两个小于1的正根,设为x 1,x 2,则0<x 1<1,0<x 2<1,有0<x 1+x 2<2且0<x 1x 2<1.根据根与系数的关系⎩⎨⎧ x 1+x 2=-m ,x 1x 2=n ,得⎩⎨⎧0<-m <2,0<n <1,即-2<m <0,0<n <1,故有q ⇒p .反之,取m =-13,n =12,x 2-13x +12=0,Δ=19-4×12<0,方程x 2+mx +n =0无实根,所以p q .综上所述,p 是q 的必要不充分条件.19.(本小题满分12分)在如图3所示的几何体中,EA ⊥平面ABC ,DB ⊥平面ABC ,AC ⊥BC ,AC =BC =BD =2AE ,M 是AB 的中点,建立适当的空间直角坐标系,解决下列问题:图3(1)求证:CM ⊥EM ;(2)求CM 与平面CDE 所成角的大小.【解】 (1)证明:分别以CB ,CA 所在直线为x ,y 轴,过点C 且与平面ABC 垂直的直线为z 轴,建立如图所示的空间直角坐标系.设AE =a ,则M (a ,-a ,0),E (0,-2a ,a ),所以CM →=(a ,-a,0),EM →=(a ,a ,-a ), 所以CM →·EM →=a ×a +(-a )×a +0×(-a )=0, 所以CM ⊥EM .(2)CE →=(0,-2a ,a ),CD =(2a,0,2a ),设平面CDE 的法向量n =(x ,y ,z ), 则有⎩⎨⎧ -2ay +az =0,2ax +2az =0,即⎩⎨⎧z =2y ,x =-z ,令y =1, 则n =(-2,1,2), cos 〈CM →,n 〉=CM →·n |CM →||n |=a ×(-2)+(-a )×1+0×22a ×3=-22,所以直线CM 与平面CDE 所成的角为45°.20.(本小题满分12分)学校科技小组在计算机上模拟航天器变轨返回试验.设计方案如图4,航天器运行(按顺时针方向)的轨迹方程为x 2100+y 225=1,变轨(即航天器运行轨迹由椭圆变为抛物线)后返回的轨迹是以y 轴为对称轴、图4M ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,647为顶点的抛物线的实线部分,降落点为D (8,0).观测点A (4,0)、B (6,0)同时跟踪航天器.(1)求航天器变轨后的运行轨迹所在的曲线方程;(2)试问:当航天器在x 轴上方时,观测点A 、B 测得离航天器的距离分别为多少时,应向航天器发出变轨指令?【解】 (1)设所求曲线方程为y =ax 2+647,由题意可知,0=a ·64+647,解得a =-17. 所以曲线方程为y =-17x 2+647. (2)设变轨点为C (x ,y ),根据题意可知 ⎩⎪⎨⎪⎧x 2100+y 225=1,y =-17x 2+647,得4y 2-7y -36=0,解得y =4或y =-94(不合题意,舍去). 所以x =6或x =-6(不合题意,舍去). 所以C (6,4),|AC |=25,|BC |=4.故当观测点A ,B 测得AC ,BC 距离分别为25,4时应向航天器发出变轨指令.21.(本小题满分12分)如图5所示,四边形ABCD 为正方形,PD ⊥平面ABCD ,∠DPC =30°,AF ⊥PC 于点F ,FE ∥CD ,交PD 于点E .图5(1)证明:CF ⊥平面ADF ; (2)求二面角D -AF -E 的余弦值.【解析】 (1)由题意可知DA ⊥DC ,DA ⊥DP ,DC ⊥DP ,则以D 为原点,DP 所在直线为x 轴,DC 所在直线为y 轴,DA 所在直线为z 轴建立空间直角坐标系.设正方形ABCD 的边长为a , 则C (0,a,0),且A (0,0,a ),由平面几何知识可求得F ⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,34a ,0,所以CF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,-14a ,0,DF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,34a ,0,DA →=(0,0,a ),所以CF →·DF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,-14a ,0·⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,34a ,0=0, CF →·DA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,-14a ,0·(0,0,a )=0,故CF ⊥DF ,CF ⊥DA ;又DF ∩DA =D , 所以CF ⊥平面ADF .(2)易得E ⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,0,0,则AE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,0,-a ,又AF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,34a ,-a ,设平面AEF 的一个法向量为n =(x ,y ,z ),则n ·AE →=(x ,y ,z )·⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,0,-a =34ax -az =0,n ·AF →=(x ,y ,z )·⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,34a ,-a =34ax +34ay -az =0, 取x =1,得n =⎝⎛⎭⎪⎫1,0,34.由(1)知平面ADF 的一个法向量为CF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,-14a ,0,故cos 〈n ,CF →〉=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,0,34·⎝ ⎛⎭⎪⎫34a ,-14a ,0194×12a =25719,由题图可知二面角D -AF -E 为锐二面角,所以其余弦值为25719.22.(本小题满分12分)已知椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的半焦距为c ,原点O 到经过两点(c,0),(0,b )的直线的距离为12c .图6(1)求椭圆E 的离心率;(2)如图6,AB 是圆M :(x +2)2+(y -1)2=52的一条直径,若椭圆E 经过A ,B 两点,求椭圆E 的方程.【导学号:32550105】【解】 (1)过点(c,0),(0,b )的直线方程为bx +cy -bc =0, 则原点O 到该直线的距离d =bc b 2+c 2=bca, 由d =12c ,得a =2b =2a 2-c 2,解得离心率c a =32.(2)法一:由(1)知,椭圆E 的方程为x 2+4y 2=4b 2.① 依题意,圆心M (-2,1)是线段AB 的中点,且|AB |=10. 易知,AB 与x 轴不垂直,设其方程为y =k (x +2)+1,代入①得 (1+4k 2)x 2+8k (2k +1)x +4(2k +1)2-4b 2=0.设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 1+x 2=-8k (2k +1)1+4k 2,x 1x 2=4(2k +1)2-4b 21+4k 2.由x 1+x 2=-4,得-8k (2k +1)1+4k 2=-4,解得k =12.从而x 1x 2=8-2b 2. 于是|AB |=1+⎝ ⎛⎭⎪⎫122|x 1-x 2|=52(x 1+x 2)2-4x 1x 2=10(b 2-2).由|AB |=10,得10(b 2-2)=10,解得b 2=3.故椭圆E 的方程为x 212+y 23=1.法二:由(1)知,椭圆E 的方程为x 2+4y 2=4b 2.②依题意,得点A ,B 关于圆心M (-2,1)对称,且|AB |=10. 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 21+4y 21=4b 2,x 22+4y 22=4b 2,两式相减并结合x 1+x 2=-4,y 1+y 2=2,得 -4(x 1-x 2)+8(y 1-y 2)=0.易知AB 与x 轴不垂直,则x 1≠x 2, 所以AB 的斜率k AB =y 1-y 2x 1-x 2=12.因此直线AB 的方程为y =12(x +2)+1,代入②得 x 2+4x +8-2b 2=0.所以x 1+x 2=-4,x 1x 2=8-2b 2. 于是|AB |=1+⎝ ⎛⎭⎪⎫122|x 1-x 2|=52(x 1+x 2)2-4x 1x 2=10(b 2-2). 由|AB |=10,得10(b 2-2)=10, 解得b 2=3.故椭圆E 的方程为x 212+y 23=1.。