2024—2025学年高二上学期第一次月考联考高二数学试卷解析版满分150分,考试用时120分钟注意事项:1. 答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上,并将准考证号条形码贴在答题卡上的指定位置.2. 选择题的作答:每小题选出答案后,用2B 铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑.写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效.3. 非选择题的作答:用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内.写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效.4. 考试结束后,请将本试卷和答题卡一并上交.一、单项选择题(本大题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题所给的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.已知()()2,1,3,1,1,1a b =−=− ,若()a a b λ⊥−,则实数λ的值为( )A .2−B .143−C .73D .2【答案】C【详解】 向量()()2,1,3,1,1,1a b =−=−若()a a b λ⊥−,则2()(419)(213)0a a b a a b λλλ⋅−−⋅++−++,73λ∴=.故选:C .2.P 是被长为1的正方体1111ABCD A B C D −的底面1111D C B A 上一点,则1PA PC ⋅的取值范围是( )A .11,4−−B .1,02−C .1,04 −D .11,42 −−【答案】B【详解】如图,以点D 为坐标原点,1,,DA DC DD 所在直线分别为,,x y z 轴,建立空间直角坐标系, 则AA (1,0,0),()10,1,1C ,设(),,P x y z ,01x ≤≤,01y ≤≤,1z =,()1,,1PA x y ∴=−−− ,()1,1,0PC x y =−− ,()()2222111111222PA PC x x y y x x y y x y ∴⋅=−−−−=−+−=−+−−,当12x y ==时, 1PA PC ⋅ 取得最小值12−,当0x =或1,0y =或1时,1PA PC ⋅取得最大值0, 所以1PA PC ⋅ 的取值范围是1,02−.故选:B.3.已知向量()4,3,2a =− ,()2,1,1b =,则a 在向量b上的投影向量为( )A .333,,22B .333,,244C .333,,422D .()4,2,2【答案】A【详解】向量a 在向量b()()2333cos ,2,1,12,1,13,,222b a b a a b b b b ⋅⋅⋅=⋅===. 故选:A.4.在棱长为2的正方体1111ABCD A B C D −中,E ,F 分别为棱1AA ,1BB 的中点,G 为棱11A B 上的一点,且()102A G λλ=<<,则点G 到平面1D EF 的距离为( ) ABCD【答案】D【详解】以D 为坐标原点,DA 所在直线为x 轴,DC 所在直线为y 轴,1DD 所在直线为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则()2,,2G λ,()10,0,2D ,()2,0,1E ,()2,2,1F , 所以()12,0,1ED =− ,()0,2,0= EF ,()0,,1EG λ=.设平面1D EF 的法向量为(),,n x y z = ,则12020n ED x z n EF y ⋅=−+= ⋅== , 取1x =,得()1,0,2n =,所以点G 到平面1D EF的距离为EG n d n⋅== , 故选:D .5.已知四棱锥P ABCD −,底面ABCD 为平行四边形,,M N 分别为棱,BC PD 上的点,13CM CB =,PN ND =,设AB a=,AD b =,AP c = ,则向量MN 用{},,a b c 为基底表示为( )A .1132a b c ++B .1162a b c −++C .1132a b c −+D .1162a b c −−+【答案】D【详解】由条件易知()11113232MN MC CD DN BC BA DP AD BA AP AD =++=++=++−()11113262b ac b a b c =−+−=−−+. 故选:D6.在四面体OABC 中,空间的一点M 满足1146OM OA OB OC λ=++ .若,,MA MB MC共面,则λ=( )A .12B .13 C .512D .712【答案】D【详解】在四面体OABC 中,,,OA OB OC不共面,而1146OM OA OB OC λ=++ ,则由,,MA MB MC ,得11146λ++=,所以712λ=. 故选:D7.已知向量()()1,21,0,2,,a t t b t t =−−=,则b a − 的最小值为( ) AB CD 【答案】C【详解】因为()()1,21,0,2,,a t t b t t =−−=,所以b a −=≥当0t =时,等号成立,故b a −的最小值为.故选:C.8.“长太息掩涕兮,哀民生之多艰”,端阳初夏,粽叶飘香,端午是一大中华传统节日.小玮同学在当天包了一个具有艺术感的肉粽作纪念,将粽子整体视为一个三棱锥,肉馅可近似看作它的内切球(与其四个面均相切的球,图中作为球O ).如图:已知粽子三棱锥P ABC −中,PAPB AB AC BC ====,H 、I 、J 分别为所在棱中点,D 、E 分别为所在棱靠近P 端的三等分点,小玮同学切开后发现,沿平面CDE 或平面HIJ .则肉馅与整个粽子体积的比为( ).A B C D 【答案】B 【详解】如图所示,取AB 中点为F ,PF DE G ∩=, 为方便计算,不妨设1PFCF ==, 由PA PB AB AC BC ====,可知PA PB AB AC BC =====又D 、E 分别为所在棱靠近P 端的三等分点, 则2233FG PF ==, 且AB PF ⊥,AB CF ⊥、PF CF F = ,PF ,CF ⊂平面PCF , 即AB ⊥平面PCF ,又AB ⊂平面ABC ,则平面PCF ⊥平面ABC , 设肉馅球半径为r ,CG x =,由于H 、I 、J 分别为所在棱中点,且沿平面HIJ 切开后,截面中均恰好看不见肉馅, 则P 到CF 的距离4d r =,sin 4d PFC r PF∠==,12414233GFC rS r =⋅⋅⋅=△,又2132GFC rS x =++⋅ ,解得:1x =,故22241119cos 223213CF FG CGPFCCF FG+−+−∠===⋅⋅⋅⋅, 又2222111cos 21132P PF CF PC PC F F C P F C +−+⋅−∠==⋅=⋅⋅,解得PC =,sin PFC ∠所以:4sin 1r PFC ∠==,解得r =343V r =π球, 由以上计算可知:P ABC −为正三棱锥,故111sin 4332ABC V S d AB AC BAC r =⋅⋅=⋅⋅⋅⋅∠⋅粽11432=⋅.故选:B.二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求,全部选对得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)9.如图,在棱长为2的正方体1111ABCD A B C D −中,E 为1BB 的中点,F 为11A D 的中点,如图所示建立空间直角坐标系,则下列说法正确的是( )A .13DB =B .向量AE 与1ACC .平面AEF 的一个法向量是()4,1,2−D .点D 到平面AEF【答案】BCD【详解】由题可知,AA (2,0,0),()0,0,0D ,()2,2,1E ,()1,0,2F ,()12,2,2B ,()10,2,2C ,所以1DB =A 错误;()0,2,1AE = ,()12,2,2AC =−,所以111·cos ,AE AC AE AC AE AC ==B 正确; ()0,2,1AE = ,()1,0,2AF =− ,记()4,1,2n =−, 则0,0AE AF n n == ,故,AE AF n n ⊥⊥,因为AE AF A ∩=,,AE AF ⊂平面AEF ,所以()4,1,2n =−垂直于平面AEF ,故选项C 正确;DDAA �����⃗=(2,0,0),所以点D 到平面AEF的距离·DA n d n==,故选项D 正确;故选:BCD10.在正三棱柱111ABC A B C −中,1AB AA =,点P 满足][1([0,1,0,])1BP BC BB λµλµ=+∈∈,则下列说法正确的是( )A .当1λ=时,点P 在棱1BB 上B .当1µ=时,点P 到平面ABC 的距离为定值 C .当12λ=时,点P 在以11,BC B C 的中点为端点的线段上 D .当11,2λµ==时,1A B ⊥平面1AB P 【答案】BCD【详解】对于A ,当1λ=时,[]1,0,1CP BP BC BB µµ=−=∈ , 又11CC BB =,所以1CP CC µ= 即1//CP CC ,又1CP CC C = ,所以1C C P 、、三点共线,故点P 在1CC 上,故A 错误;对于B ,当1µ=时,[]11,0,1B P BP BB BC λλ=−=∈, 又11B C BC =,所以111B P B C λ= 即111//B P B C ,又1111B B C P B = ,所以11B C P 、、三点共线,故点P 在棱11B C 上,由三棱柱性质可得11//B C 平面ABC ,所以点P 到平面ABC 的距离为定值,故B 正确; 对于C ,当12λ=时,取BC 的中点11,D B C 的中点E , 所以1//DE BB 且1DE BB =,BP BD =+ []1,0,1BB µµ∈ ,即1DP BB µ= , 所以DP E D µ= 即//DP DE,又DP DE D ∩=,所以D E P 、、三点共线,故P 在线段DE 上,故C 正确;对于D ,当11,2λµ==时,点P 为1CC 的中点,连接1,A E BE , 由题111A B C △为正三角形,所以111A E B C ⊥,又由正三棱柱性质可知11A E BB ⊥,因为1111BB B C B = ,111BB B C ⊂、平面11BB C C ,所以1A E ⊥平面11BB C C , 又1B P ⊂平面11BB C C ,所以11A E B P ⊥,因为1111B C BB CC ==,所以11B E C P =,又111π2BB E B C P ∠=∠=, 所以111BB E B C P ≌,所以111B EB C PB ∠=∠, 所以1111111π2PB C B EB PB C C PB ∠+∠=∠+∠=, 设BE 与1B P 相交于点O ,则1π2B OE ∠=,即1BE B P ⊥,又1A E BE E = ,1A E BE ⊂、平面1A EB , 所以1B P ⊥平面1A EB ,因为1A B ⊂平面1A EB , 所以11B P A B ⊥,由正方形性质可知11A B AB ⊥, 又111AB B P B = ,11B P AB ⊂、平面1AB P , 所以1A B ⊥平面1AB P ,故D 正确. 故选:BCD.11.布达佩斯的伊帕姆维泽蒂博物馆收藏的达・芬奇方砖在正六边形上画了具有视觉效果的正方体图案,如图1,把三片这样的达・芬奇方砖拼成图2的组合,这个组合再转换成图3所示的几何体.若图3中每个正方体的棱长为1,则( )A .122CG AB AA =+B .直线CQ 与平面1111DC B A 所成角的正弦值为23C .点1C 到直线CQD .异面直线CQ 与BD 【答案】BC【详解】A 选项,以A 为坐标原点,1,,DA AB AA所在直线分别为,,x y z 轴,建立空间直角坐标系,则()()()()()()10,0,0,0,1,0,0,0,1,1,1,2,0,1,2,1,1,0A B A G Q C −−−−,()()()110,1,1,1,1,1,1,0,0B C D −−,()()()10,2,2,0,1,0,0,0,1CG AB AA =−== , 则()()()1220,2,00,0,20,2,2AB AA CG +=+=≠,A 错误; B 选项,平面1111D C B A 的法向量为()0,0,1m =, ()()()0,1,21,1,01,2,2CQ =−−−=− ,设直线CQ 与平面1111D C B A 所成角的大小为θ,则2sin cos 3CQ θ= ,B 正确;C 选项,()10,0,1CC =,点1C 到直线CQ 的距离为d ,C 正确; D 选项,()()()1,0,00,1,01,1,0BD =−−=−−,设异面直线CQ 与BD 所成角大小为α,则cos cos ,CQ α= D 错误.故选:BC三、填空题(本大题共3小题,每小题5分,共15分)12.正三棱柱111ABC A B C −的侧棱长为2,底面边长为1,M 是BC的中点.在直线1CC 上求一点N ,当CN 的长为 时,使1⊥MN AB . 【答案】18/0.125【详解】取11B C 的中点为1M ,连接1,MM AM ,由正三棱柱性质可得11,,AM MM BM MM AM BM ⊥⊥⊥, 因此以M 为坐标原点,以1,,AM BM MM 所在直线分别为x 轴,y 轴,z 轴建立空间直角坐标系,如下图所示:易知()11,0,,2,0,0,02A B M ,设CN 的长为a ,且0a >,可得10,,2N a− ; 易知1110,,,,222MN a AB=−=若1⊥MN AB ,则1112022MN AB a ⋅=−×+= ,解得18a =, 所以当CN 的长为18时,使1⊥MN AB .故答案为:1813.四棱锥P ABCD −中,PD ⊥底面ABCD ,底面ABCD 是正方形,且1PD =,3AB =,G 是ABC 的重心,则PG 与平面PAD 所成角θ的正弦值为 . 【答案】23【详解】因为PD ⊥底面ABCD ,底面ABCD 是正方形,所以,,DA DC DP 两两垂直,以D 为坐标原点,,,DA DC DP的方向分别为,,x y z 轴的正方向,建立如图所示空间直角坐标系,则()0,0,0D ,()0,0,1P ,()3,0,0A ,()3,3,0B ,()0,3,0C ,则重心()2,2,0G ,因而()2,2,1PG =− ,()3,0,0DA = ,()0,0,1DP = ,设平面PAD 的一个法向量为(),,m x y z = ,则300m DA x m DP z ⋅== ⋅== ,令1y =则()0,1,0m = , 则22sin cos ,133m PG m PG m PG θ⋅====×⋅ , 故答案为:23. 14.坡屋顶是我国传统建筑造型之一,蕴含着丰富的数学元素.安装灯带可以勾勒出建筑轮那,展现造型之美.如图,某坡屋顶可视为一个五面体,其中两个面是全等的等腰梯形,两个面是全等的等腰三角形.若25m AB =,10m BC =,且等腰梯形所在平面、等腰三角形所在平面与平面ABCD的夹角的正切值均为,则该五面体的所有棱长之和为 .【答案】117m【详解】如图,过E 做EO ⊥平面,垂足为O ,过E 分别做EG BC ⊥,EM AB ⊥,垂足分别为G ,M ,连接OG ,OM ,由题意得等腰梯形所在的面、等腰三角形所在的面与底面夹角分别为EMO ∠和EGO ∠,所以tan tan EMO EGO ∠=∠ 因为EO ⊥平面ABCD ,⊂BC 平面ABCD ,所以EO BC ⊥,因为EG BC ⊥,EO ,EG ⊂平面EOG ,EO EG E = ,所以⊥BC 平面EOG ,因为OG ⊂平面EOG ,所以BC OG ⊥,同理,OM BM ⊥,又BM BG ⊥,故四边形OMBG 是矩形,所以由10BC =得5OM =,所以EO =5OG =,所以在直角三角形EOG中,EG =在直角三角形EBG 中,5BG OM ==,8EB =, 又因为55255515EF AB −−−−,所有棱长之和为2252101548117×+×++×=. 故答案为:117m四、解答题(本大题共5小题,共77分.解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)15.(本小题13分)如图,在长方体1111ABCD A B C D −中,11,2AD AA AB ===,点E 在棱AB 上移动.(1)当点E 在棱AB 的中点时,求平面1D EC 与平面1DCD 所成的夹角的余弦值;(2)当AE 为何值时,直线1A D 与平面1D EC 所成角的正弦值最小,并求出最小值.【答案】(2)当2AE =时,直线1A D 与平面1D EC【详解】(1)以D 为坐标原点,1,,DA DC DD 所在直线为坐标轴建立如图所示的空间直角坐标系,当点E 在棱AB 的中点时,则1(0,0,1),(1,1,0),(0,2,0),(0,0,0),(1,0,0)E C D A D ,则1(1,1,1),(1,1,0),(1,0,0)ED EC DA =−−=−= ,设平面1D EC 的一个法向量为(,,)n x y z = ,则1·0·0n ED x y z n EC x y =−−+= =−+= ,令1x =,则1,2y z ==,所以平面1D EC 的一个法向量为(1,1,2)n = ,又平面1DCD 的一个法向量为(1,0,0)DA = ,所以·cos ,·DA n DA n DA n == 所以平面1D EC 与平面1DCD(2)设AE m =,则11(0,0,1),(1,,0),(0,2,0),(0,0,0),(1,0,1)E m C D A D ,则11(1,,1),(1,2,0),(02),(1,0,1)ED m EC m m DA =−−=−−≤≤= ,设平面1D EC 的一个法向量为(,,)n x y z =,则1·0·(2)0n ED x my z n EC x m y =−−+= =−+−=,令1y =,则2,2x m z =−=, 所以平面1D EC 的一个法向量为(2,1,2)n m =− , 设直线1A D 与平面1D EC 所成的角为θ,则11||sin ||||n DA n DA θ== 令4[2,4]m t −=∈,则sin θ= 当2t =时,sin θ16.(本小题15分) 如图所示,直三棱柱11ABC A B C −中,11,92,0,,CA CB BCA AA M N °==∠==分别是111,A B A A 的中点.(1)求BN 的长;(2)求11cos ,BA CB 的值.(3)求证:BN ⊥平面1C MN .【答案】(3)证明见解析【详解】(1)如图,建立以点O 为坐标原点,CA 、CB 、1CC 所在直线分别为x 轴、y 轴、z 轴的空间直角坐标系.依题意得(0,1,0),(1,0,1)B N ,∴BN = ;(2)依题意得,()()()()111,0,2,0,1,0,0,0,0,0,1,2A B C B ,∴1(1,1,2)BA =− ,1(0,1,2)CB = ,113BA CB =⋅,1BA =,1CB =所以11111cos ,BA CB BA CB BA CB ⋅==⋅ (3)证明:()()()10,0,2,0,1,0,1,0,1C B N ,11,,222M. ∴111,,022C M = ,()11,0,1C N =− ,()1,1,1BN =− ,∴1111(1)10022C M BN ⋅×+×−+× , 1110(1)(1)10C N BN ⋅=×+×−+−×= ,∴1C M BN ⊥ ,1C N BN ⊥ ,即11,C M BN C N BN ⊥⊥, 又1C M ⊂平面1C MN ,1C N ⊂平面1C MN ,111= C M C N C , ∴BN ⊥平面1C MN .17.(本小题15分)如图,在四棱维P ABCD −中,平面PAD ⊥平面ABCD ,PA PD ⊥,PA PD =,AB AD ⊥,1AB =,2AD =,AC CD ==(1)求直线PB 与平面PCD 所成角的正切值;(2)在PA 上是否存在点M ,使得//BM 平面PCD ?若存在,求AM AP的值;若不存在,说明理由.【答案】 (2)存在点M ,使得//BM 平面PCD ,14AM AP =. 【详解】(1)取AD 的中点为O ,连接,PO CO ,因为PA PD =,所以PO AD ⊥,又平面PAD ⊥平面ABCD , 平面PAD ∩平面ABCD AD =,PO ⊂平面PAD ,所以⊥PO 平面ABCD ,又AC CD =,所以CO AD ⊥,PA PD ⊥,2AD =,所以1PO =,AC CD ==2CO =, 所以以O 为坐标原点,分别以,,OC OA OP 所在的直线为,,x y z 轴建立空间直角坐标系, PP (0,0,1),()2,0,0C ,()0,1,0A ,()1,1,0B ,()0,1,0D −,所以()2,0,1PC =− ,()0,1,1PD =−− ,()1,1,1PB =− ,设平面PCD 的一个法向量为mm��⃗=(xx ,yy ,zz ), 则00PC m PD m ⋅= ⋅=,200x z y z −= −−= ,令1,x =则2,2z y ==−, 所以()1,2,2m =− ,设直线PB 与平面PCD 所成角为θ,sin cos ,m θ=所以cos θ==tan θ= 所以直线PB 与平面PCD. (2)在PA 上存在点M ,使得()01PMPA λλ=≤≤ , 所以()0,1,1PA =− ,所以()0,,PM PA λλλ==− ,所以()0,,1M λλ−,所以()1,1,1BM λλ=−−− ,因为//BM 平面PCD ,所以BM m ⊥ ,即()()121210λλ−−−+−=,解得34λ=, 所以存在点M ,使得//BM 平面PCD ,此时14AM AP =. 18.(本小题17分)如图1,在边长为4的菱形ABCD 中,60DAB ∠=°,点M ,N 分别是边BC ,CD 的中点,1AC BD O ∩=,AC MN G ∩=.沿MN 将CMN 翻折到PMN 的位置,连接PA ,PB ,PD ,得到如图2 所示的五棱锥P ABMND −.(1)在翻折过程中是否总有平面PBD ⊥平面PAG ?证明你的结论;(2)若平面PMN ⊥平面MNDB ,线段PA 上是否存在一点Q ,使得平面QDN 与平面PMN 所成角的余弦值为Q 的位置;若不存在,请说明理由. 【答案】(1)总有平面PBD ⊥平面PAG ,证明详见解析(2)存在,Q 是PA 的靠近P 的三等分点,理由见解析.【详解】(1)折叠前,因为四边形ABCD 是菱形,所以AC BD ⊥, 由于,M N 分别是边BC ,CD 的中点,所以//MN BD , 所以MN AC ⊥,折叠过程中,,,,,MN GP MN GA GP GA G GP GA ⊥⊥∩=⊂平面PAG , 所以MN ⊥平面PAG ,所以BD ⊥平面PAG ,由于BD ⊂平面PBD ,所以平面⊥平面PAG .(2)存在,理由如下:当平面PMN ⊥平面MNDB 时,由于平面PMN 平面MNDB MN =,GP ⊂平面PMN ,GP MN ⊥, 所以GP ⊥平面MNDB ,由于AG ⊂平面MNDB ,所以GP AG ⊥, 由此以G 为空间坐标原点建立如图所示空间直角坐标系,依题意可知())(),2,0,2,0,0,1,0,2,P DB N PB −− ()A ,(PA = ,设()01PQ PA λλ=≤≤ ,则(()(),0,GQ GP PQ GP PA λ=+=+=+= , 平面PMN 的法向量为()11,0,0n = ,()(),DQ DN , 设平面QDN 的法向量为()2222,,n x y z = ,则()2222222200n DQ x y z n DN y ⋅=++= ⋅+= ,故可设()21n λλ=−+ , 设平面QDN 与平面PMN 所成角为θ,由于平面QDN 与平面PMN所以1212cos n n n n θ⋅==⋅ 解得13λ=, 所以当Q 是PA 的靠近P 的三等分点时,平面QDN 与平面PMN19.(本小题17分)如图,四棱锥P ABCD −中,四边形ABCD 是菱形,PA ⊥平面,60ABCD ABC ∠= ,11,,2PA AB E F ==分别是线段BD 和PC 上的动点,且()01BE PF BD PC λλ==<≤.(1)求证://EF 平面PAB ;(2)求直线DF 与平面PBC 所成角的正弦值的最大值;(3)若直线AE 与线段BC 交于M 点,AH PM⊥于点H ,求线段CH 长的最小值.【答案】(1)证明见解析【详解】(1)由于四边形ABCD 是菱形,且60ABC ∠= ,取CD 中点G ,则AG CD ⊥, 又PA ⊥平面ABCD ,可以A 为中心建立如图所示的空间直角坐标系, 则()()()()()2,0,0,,,0,0,1,B C D P G −,所以()()()1,,2,0,1PC BD BP −−=− , 由()01BE PF BD PCλλ==<≤, 可知,,BE BD PF PC EF EB BP PF BD BP PC λλλλ==∴=++=−++ ()42,0,1λλ=−−,易知()AG = 是平面PAB 的一个法向量, 显然0EF AG ⋅= ,且EF ⊄平面PAB ,即//EF 平面PAB ;(2)由上可知()()()1,,DP PF DF λλλλ+==+−=+− , 设平面PBC 的一个法向量为(),,n x y z =,则200n BP x z n PC x z ⋅=−+= ⋅=−= , 令1x =,则2,z y ==2n =, 设直线DF 与平面PBC 所成角为α,则sin cos ,n DF n DF n DF α⋅===⋅ 易知35λ=时,()2min 165655λλ−+=,即此时sin α(3)设()(](),0,0,12,0BM tBC t t AM AB BM t ==−∈⇒=+=− , 由于,,H M P 共线,不妨设()1AH xAM x AP =+− ,易知AM AP ⊥,则有()()22010AH PM AH AM AP xAM x AP ⋅=⋅−=⇒−−= , 所以22114451x t t AM =−++ , 则()()2CH CA AH t x x =+=−−− , 即()()2222454454655445t CH t t x t x t t −−=−+−++=+−+ 记()(]()2450,1445t f t t t t −−=∈−+,则()()()2228255445t t f t t t −−+=−+′, 易知22550t t −+>恒成立,所以()0f t ′<,即()f t 单调递减,所以()()min 915f t f CH ≥=−⇒。