潍坊市2023-2024学年上学期期末考试高三数学本试卷共4页.满分150分.考试时间120分钟.注意事项:1.答题前、考生务必在试卷、答题卡规定的地方填写自己的准考证号、姓名.2.回答选择题时,选出每小题答案后、用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑.如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其它答案标号.回答非选择题时,将答案写在答题卡上.写在本试卷上无效.3.考试结束,考生必须将试卷和答题卡一并交回.一、单项选择题:本大题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.1.集合{}2P x x =<,12xQ y y ⎧⎫⎪⎪⎛⎫==⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎩⎭,则P Q = ()A.1,4⎛⎫-∞ ⎪⎝⎭B.10,4⎛⎫ ⎪⎝⎭C.()0,2 D.∅【答案】C【解析】因为12xy ⎛⎫= ⎪⎝⎭,函数的值域为()0,∞+,所以{}0Q y y =>,又因为{}2P x x =<,所以()0,2P Q = .故选:C 2.已知复数z 在复平面内对应的点的坐标为()3,4-,则43iz=+()A.iB.i- C.1i+ D.1i-【答案】A【解析】复数z 在复平面内对应的点的坐标为()3,4-,则34i z =-+,则()()()()34i 43i 34i 25ii 43i 43i 43i 43i 25z -+--+====+++-,故选:A3.已知角ϕ的终边落在()0y x =>上,下列区间中,函数()()2sin f x x ϕ=+单调递增的区间是()A.π,02⎛⎫-⎪⎝⎭B.π0,2⎛⎫⎪⎝⎭C.π,π2⎛⎫⎪⎝⎭D.3ππ,2⎛⎫ ⎪⎝⎭【答案】A【解析】因为角ϕ的终边落在()0y x =>上,可取一点(,则sin 2ϕ=,则ϕ与π3的终边相同,可令π3ϕ=,则()π2sin 3f x x ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭,令ππ2π+2π,Z 232k x k k π-+≤≤+∈,所以5ππ2π2π,Z 66k x k k -+≤≤+∈,所以()f x 的单调递增区间为5ππ2π,2πZ 66k k k ⎡⎤-++∈⎢⎥⎣⎦,只有π5ππ,02π,2πZ 266k k k ⎛⎫⎡⎤-⊆-++∈ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦,故A 正确,B,C,D 错误,故选:A.4.已知圆锥的侧面展开图是半径为的半圆,则该圆锥的体积为()A.B. C.3πD.9π【答案】C【解析】由圆锥的侧面展开图是半径为l =,设圆锥的底面半径为r ,则2πr ,解之得r =,则圆锥的高3h ==则该圆锥的体积为211ππ333π33r h =⨯⨯=,故选:C 5.如图,谢尔宾斯基地毯是一种无限分形结构,由波兰数学家谢尔宾斯基于1916年发明.它的美妙之处在于,无论将其放大多少次,它总是保持着相同的结构.它的构造方法是:首先将一个边长为1的正方形等分成9个小正方形,把中间的小正方形抠除,称为第一次操作;然后将剩余的8个小正方形均重复以上步骤,称为第二次操作;依次进行就得到了谢尔宾斯基地毯.则前n 次操作共抠除图形的面积为()A.1889n⎛⎫⎪⎝⎭B.819n⎛⎫- ⎪⎝⎭C.1189n⎛⎫- ⎪⎝⎭D.111889n⎛⎫- ⎪⎝⎭【答案】B【解析】观察图形的变化可知:图①中,第一次操作涂黑部分正方形的面积为89,图②中,第二次操作涂黑部分正方形的面积为289⎛⎫ ⎪⎝⎭,图③中,第三次操作涂黑部分正方形的面积为389⎛⎫ ⎪⎝⎭,依次类推,可得第n 次操作涂黑部分正方形的面积为89n⎛⎫ ⎪⎝⎭,故前n 次操作共抠除图形的面积为819n⎛⎫- ⎪⎝⎭.故选:B 6.若函数()ln e 1xf x mx =--为偶函数,则实数m =()A.1B.1-C.12D.12-【答案】C【解析】由函数()ln e 1xf x mx =--为偶函数,可得()()11f f -=,即1ln e 1ln e 1m m --+=--,解之得12m =,则()1ln e 1(0)2x f x x x =--≠,()()111ln e 1ln e 1ln e 1222x x x f x x x x x f x --=-+=--+=--=故()1ln e 12x f x x =--为偶函数,符合题意.故选:C 7.已知甲:1x ≥,乙:关于x 的不等式()01x aa x a -<∈--R ,若甲是乙的必要不充分条件,则a 的取值范围是()A.1a ≥B.1a > C.a<0D.0a ≤【答案】A【解析】甲:1x ≥,设此范围对应集合[)1,A =+∞;由1a a <+,则乙:()()01011x ax a x a a x a x a -<⇔---<⇔<<+--,设此范围对应集合(,1)B a a =+,若甲是乙的必要不充分条件,则B A ⊆,其中A B =必不成立;则(,1)a a +[)1,⊆+∞,所以1a ≥.故选:A.8.已知椭圆()2222:10x y C a b a b +=>>的左、右焦点分别为1F ,2F ,左顶点为A ,点P 在C 上,且112PF AF =,2160PF F ∠=︒,则C 的离心率为()A.2B.2C.33D.12【答案】D【解析】由题意可得1AF a c =-,则11222PF AF a c ==-,则1222PF a PF c =-=,又212F F c =,2160PF F ∠=︒,则21PF F 为等边三角形,则222a c c -=,即2a c =,故C 的离心率12c e a ==.故选:D 二、多项选择题:本大题共4个小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,全部选对的得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分.9.某校举行演讲比赛,6位评委对甲、乙两位选手的评分如下:甲:7.57.57.87.88.08.0乙:7.57.87.87.88.08.0则下列说法正确的是()A.评委对甲评分的平均数低于对乙评分的平均数B.评委对甲评分的方差小于对乙评分的方差C.评委对甲评分的40%分位数为7.8D.评委对乙评分的众数为7.8【答案】ACD【解析】选项A ,评委对甲评分的平均数7.57.57.87.88.08.017.87.8630x +++++==-<甲,评委对乙评分的平均数7.57.87.87.88.08.017.87.8660x +++++==+>乙,所以x x <甲乙,故A 正确;选项B ,由A 知,两组数据平均数均约为7.8,且纵向看,甲组数据与乙组数据仅一组数据7.5,7.8不同,其余数据相同,又甲组数据7.5与平均数的差明显大于乙组数据7.8与平均数的差,且差距较大,故与平均数比较,甲组数据波动程度明显大些,即评委对甲评分的方差大于对乙评分的方差,故B 错误;选项C ,由640% 2.4⨯=不是整数,则评委对甲评分的40%分位数为从小到大第3个数据,即:7.8,故C 正确;选项D ,评委对乙评分中最多的数据,即众数为7.8,故D 正确.故选:ACD.10.双曲线22:1E mx ny +=(0m >,0n <)的左、右焦点分别为1F ,2F ,点P 在E 上,则()A.12PF PF -=B.12F F =C.ED.E的渐近线方程为y =【答案】ABD【解析】221mx ny +=(0m >,0n <),所以双曲线的标准方程为22111x y m n -=⎛⎫- ⎪⎝⎭,双曲线为焦点在x 轴,所以21a m =,a =21b n =-,b =,22211c a b m n=+=-,c =122PF PF a -==A正确;122F F c ==,所以B 正确;E的离心率为e ==,所以C 错误;双曲线的渐近线方程为b y x a =±=,所以D 正确.故选:ABD 11.如图,棱长为2的正方体1111ABCD A B C D -中,M 为棱11D C 的中点,N 为棱1CC 上的动点(不与端点重合),则()A.直线AM 与BN 为异面直线B.存在点N ,使得MN ⊥平面BDNC.当//AM 平面BDN 时,23CN =D.当N 为1CC 的中点时,点C 到平面BDN的距离为3【答案】AD【解析】如图:以D 为原点,建立空间直角坐标系.则()0,0,0D ,()2,0,0A ,()2,2,0B ,()0,2,0C ,()0,1,2M ,()0,2,N t (02t <<).对A :假设A ,B ,M ,N 共面,则存在,,R x y z ∈,使得DA xDB yDM zDN =++,且1x y z ++=,即()()()()2,0,02,2,00,1,20,2,x y z t =++⇒2202021x x y y tz x y z =⎧⎪=+⎪⎨=+⎪⎪++=⎩,解得:1222x y z t =⎧⎪=-⎪⎨=⎪⎪=⎩,即()0,2,2N .故只有N ,1C 重合时,才有直线AM 与BN 共面.而条件N 不与线段1CC 端点重合,所以AM 与BN 必为异面直线,故A 对;对B :若MN ⊥平面BDN ,则MN DB ⊥⇒()()0,1,2·2,2,00t -=⇒20=,故B 错误;对C :当23CN =时,设平面DBN 的一个法向量(),,n x y z = ,则n DB n DN ⎧⊥⎪⎨⊥⎪⎩ ⇒()()(),,·2,2,002,,·0,2,03x y z x y z ⎧=⎪⎨⎛⎫= ⎪⎪⎝⎭⎩⇒003x y z y +=⎧⎪⎨+=⎪⎩,取1x =可得:()1,1,3n =- ,此时()()·2,1,2·1,1,33AM n =--= ,所以AM 与n 不垂直,即AM 平面BDN 不成立,故C 错误;对D :当N 为1CC 中点时,设C 到平面BDN 的距离为h ,则··BDC BDN S CN S h = .而·2BDC S CN = ,在BDN 中,22DB =,5DN BN ==,所以DB 523-=122362BDN S =⨯= 636h ==,故D 正确.故选:AD 12.已知函数()()2221R f x ax x x ax a =++++∈,则()A.当1a =-时,()f x 为增函数B.若()f x 有唯一的极值点,则0a >C.当2a ≤-时,()f x 的零点为1±D.()f x 最多有2个零点【答案】ACD【解析】函数()()2221R f x ax x x ax a =++++∈,对于A 中,当1a =-时,()1f x x =+单调递增,所以A 正确;对于B 中,当0a =时,()221f x x x =++,此时函数()f x 只有一个极大值点,所以B 错误;对于C 中,当2a ≤-时,设210x ax ++=的两个根据分别为12,x x 且12x x ≤,则122x x a +=-≥,121=x x ,所以1201,1x x <≤≥,当1x x <或2x x >时,()2(1)(2)1f x a x a x =++++,此时函数()f x 的开口向下,且对称轴为()20,102(1)a x f a +=-<-=+,当12x x x <<时,()2(1)(2)1f x a x a x =-+--,此时函数()f x 的开口向下,且对称轴为()20,102(1)a x f a -=>=-,如图所示,所以C 正确;对于D 中,由选项C 可知,当2a ≤-时,函数()f x 有两个零点,当22a -<≤时,240a ∆=-<,可得()2(1)(2)1f x a x a x =++++至多有两个零点;当2a >时,设方程210x ax ++=的两个根据分别为12,x x 且12x x ≤,则122x x a +=-<,121=x x ,所以122,10x x <--<<,当1x x <或2x x >时,()2(1)(2)1f x a x a x =++++,此时图象开口向上,对称轴为()21,01,(1)02(1)2a x f f a -+=<-=-=+;当12x x x <<时,()2(1)(2)1f x a x a x =-+--,此时图象开口向上,对称轴为()2(0,1),10,(0)12(1)a x f f a -=∈==--,(1)2(2)0f a -=->,如图所示,所以D 正确.故选:ACD.三、填空题:本大题共4小题,每小题5分,共20分.把答案填在答题卡的相应位置.13.已知向量a ,b满足2a b == ,,60a b =︒ ,则a b -=r r ___.【答案】2【解析】向量a ,b满足2a b == ,,60a b =︒ ,则a b -==r r2===,14.已知函数()()()ln e ,021,0x x f x f x x ⎧-+≤⎪=⎨->⎪⎩,则()2f =_________.【答案】4【解析】由题意()()()221404ln e=4f f f ===.故答案为:4.15.无重复数字且各位数字之和为8的三位数的个数为__________.【答案】24【解析】分两类:第一类不含数字0,有以下几种组合125++和134++,结果为332A 12=;第二类含数字0,有以下几种组合017++、026++和035++,结果为12223C A 12=;综上,无重复数字且各位数字之和为8的三位数的个数是24.故答案是:24.16.已知1n a n=,若对任意的()*n n ∈N ,都有()()()212222n a a a kn +++ ≥,则实数k 的最大值为___.【答案】158【解析】由题意可得:()()()122222n a a a k n +++≤对*n ∈N 恒成立.设()()()122222n n a a a b n +++=,令11n n b b +≥,得()2212111n n n ⎛⎫+ ⎪+⎝⎭≥+⇒331n n ≥+⇒2n ≥,又11231b +==,()2112215248b ⎛⎫++ ⎪⎝⎭==,所以158k ≤.故答案为:158四、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.已知等比数列{}n a 满足112a =,246a a =.(1)求{}n a 的通项公式;(2)求数列{}n na 的前n 项和.【解析】(1)设{}n a 的公比为q ,由已知得()23511a q a q ⋅=⋅,……………………………………………………2分所以112q =,2q =,…………………………………………………………3分所以121222n n n a --=⨯=.………………………………………………………4分(2)22n n na n -=⋅设数列{}n na 的前n 项和为n S ,则10121222322n n S n --=⋅+⋅+⋅++⋅ ,①所以()012121222122n n n S n n --=⋅+⋅++-⋅+⋅ ,②……………………………6分①-②得1121121212122n n n S n ----=⋅+⋅+⋅++⋅-⋅ ,()11122212n n n --=-⋅-……………………………………………………8分()11122n n -=-⋅-……………………………………………………9分所以()11122n n S n -=-⋅+.…………………………………………………………10分18.如图,矩形ABCD 中,4AB =,6BC =,点E ,F 在边BC ,AD 上,且2CE DF ==.将矩形CDFE 沿EF 折起至C D FE '',使得60C EB '∠=︒,M ,N 分别为AB ,C D ''的中点.(1)证明:EN ⊥平面MNF ;(2)求EN 与平面C AE '所成角的正弦值.【解析】(1)在矩形C D FE ''中,2C N C E ''==,90C '∠=︒,所以45C NE '∠=︒,同理45D NF '∠=︒,故EN NF ⊥,①…………………………………………2分连结BC '、ME ,在BEC '△中,由余弦定理知:2222cos 164812BC EB EC EB EC C EB =+-⋅⋅∠=+-''='',所以BC '=MN =,又因为NE ===ME ===所以222ME MN NE =+,所以90ENM ∠=︒,即EN MN ⊥,②………………………5分由①,②及MN NF N = ,,MN NF ⊂平面MNF ,可得EN ⊥平面MNF .………………6分(2)以E 为坐标原点,EF ,EB 所在直线为x ,y 轴,建立如图所示的空间直角坐标系E xyz -.则()0,0,0E,(C ',()4,4,0A,(N,(EC '= ,()4,4,0EA =,设平面C AE '的法向量(),,n x y z =,则0440n EC y n EA x y ⎧⋅=+=⎪⎨⋅=⎪⎩'+=,令x =y =,1z =,所以)n =.…………………………………………………………9分因为(EN =,所以42cos ,14n EN n EN n EN⋅===,………………………………………………………11分所以EN 与平面C AE '所成角的正弦值为14.…………………………………………………………12分19.在ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c,且a c +=,3A C π-=.(1)求cosB ;(2)若b =ABC 的面积.【解析】(1)因为a c +=,所以由正弦定理得sin sin A C B +=,…………………………………………………………1分因为3A C π-=,且A B C π++=,所以32B C π=-,232B A π=-,…………………………………………………………2分所以2sin sin 3232B B B ππ⎛⎫⎛⎫-+-=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭即22sin cos cos sin sin cos cos sin 32323232B B B B B ππππ-+-=,…………………………4分2B B =,所以cos4sin cos 222B B B =,因为022B π<<,所以1sin 24B =,…………………………………………………………5分所以27cos 12sin 28B B =-=;…………………………………………………………6分(2)由余弦定理可得2222cos b a c ac B =+-,………………………………………………………7分即()27524a c ac ac =+--,得()21554ac =-,得443ac =,…………………………………………………………9分因为7cos 8B =,所以sin 8B =,………………………………………………………10分所以1sin 212ABC S ac B ==△…………………………………………………………12分20.已知函数()()()e 2ln 0x f x a a x a =+->,()f x 的导函数为()f x '.(1)当1a =时,解不等式()e xf x >;(2)判断()f x '的零点个数;(3)证明:()224ln 4a f x a ++≥.【解析】(1)当1a =时,()e 12ln e x x f x x =+->,所以1ln 2x <,所以0x <<,所以不等式的解集为(.…………………………………………………………3分(2)函数()f x 的定义域为()0,∞+,()2e 2e x xax f x a x x ='-=-.………………………………4分令()e 2x g x ax =-,则()()1e 0xg x a x =+>',所以()g x 在区间()0,∞+上单调递增.…………………………………………………………5分又因为()020g =-<,2222e 22e 10a a g a ⎛⎫⎛⎫=-=-> ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,所以存在020,x a ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭使得()00g x =,所以()f x '在区间()0,∞+上有且只有一个零点0x .……………………………………………………7分(3)证明:由(2)知,当()00,x x ∈时,()0f x '<,()f x 在()00,x 上单调递减,当()0,x x ∞∈+时,()0f x '>,()f x 在()0,x ∞+上单调递增,所以()()()000e 2ln x f x f x a a x ≥=+-.…………………………………………………………9分因为00e 20x ax -=,所以002e x a x =,00ln ln 2ln a x x +=-.……………………………………10分所以()()()0200002e 2ln 2ln 2ln x f x a a x a a x x =+-=+---22220022ln 4ln 44a a x a a x =+++++≥,所以()224ln 4a f x a ≥++.…………………………………………………………12分21.某人从A 地到B 地有路程接近的2条路线可以选择,其中第一条路线上有n 个路口,第二条路线上有m 个路口.(1)若2n =,2m =,第一条路线的每个路口遇到红灯的概率均为23;第二条路线的第一个路口遇到红灯的概率为34,第二个路口遇到红灯的概率为35,从“遇到红灯次数的期望”考虑,哪条路线更好?请说明理由.(2)已知;随机变量i X 服从两点分布,且()()110i i i P X P X p ==-==,.则11n i i n i i E X p ==⎛⎫= ⎪⎝⎭∑∑,且()2112,1,2,3,,n n i i i i i j i j E X p p p i j n ==<⎡⎤⎛⎫=+=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦∑∑∑ .若第一条路线的第i 个路口遇到红灯的概率为12i ,当选择第一条路线时,求遇到红灯次数的方差.【解析】(1)应选择第一条路线,…………………………………………………………1分理由如下:设走第一、第二条路线遇到的红灯次数分别为随机变量1X 、2X ,则10,1,2X =,20,1,2X =,()2111039P X ⎛⎫=== ⎪⎝⎭,()1122141C 339P X ==⨯⨯=,()2212242C 39P X ⎛⎫==⋅= ⎪⎝⎭,所以()1484993E X =+=;…………………………………………………………3分又()212104510P X ==⨯=,()2321391454520P X ==⨯+⨯=,()233924520P X ==⨯=,所以()299272202020E X =+⨯=;……………………………………………………5分因为427320<,所以应选择第一条路线.………………………………………………6分(2)设选择第一条路线时遇到的红灯次数为X ,所以()11n n i i i i E X E X p ==⎛⎫== ⎪⎝⎭∑∑;()22112n n i i i j i i i j E X E X p p p ==<⎡⎤⎛⎫==+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦∑∑∑,………………………………………………8分设随机变量Y ,Y 取值为()1,2,3,,i Y i n =L ,其概率分别为i q ,且11n i i q==∑,()(){}21n i i i D Y Y E Y q ==-⎡⎤⎣⎦∑()(){}2212n i i i i i i Y q E Y Y q E Y q ==⋅-⋅+⋅⎡⎤⎣⎦∑()()()()()22111222n n ni i i i i i i i Y q E Y Y q E Y q E Y E Y ====⋅-⋅+⋅⎡⎤⎣⎦=-⎡⎤⎣⎦∑∑∑所以()()()()22D X E X E X=-2112n n i i j i i i j i p p p p =<=⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑∑∑21122n n i i j i i j i i j i i j p p p p p p =<=<⎛⎫=+-+ ⎪⎝⎭∑∑∑∑()21ni i i p p ==-∑,………………………………………11分又因为12i i p =,所以()1111111111224411241124n n n n i i i i D X ==⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=-=---∑∑2113342n n =+-⋅.…………………………………………………………12分22.在直角坐标系xOy 中,点P 到直线92y =的距离等于点P 到点70,2⎛⎫ ⎪⎝⎭的距离,记动点P 的轨迹为C .(1)求C 的方程;(2)设A ,B 是C 上位于y 轴两侧的两点,过A ,B 的C 的切线交于点Q ,直线QA ,QB 分别与x 轴交于点M ,N ,求QMN 面积的最小值.【解析】(1)设(),P x y ,92y =-,…………………………………………………………1分整理得282x y =-;…………………………………………………………3分(2)如图:设2,42a A a ⎛⎫- ⎪⎝⎭,2,42b B b ⎛⎫- ⎪⎝⎭,不妨设0a b <<,因为242x y =-,所以y x '=-,…………………………………………………………4分所以过点A 的切线方程为()242a y a x a ⎛⎫--=-- ⎪⎝⎭,即242a y ax =-++,同理可得过点B 的切线方程242b y bx =-++,………………………………………………………6分联立QA ,QB 方程,得8,22a b ab Q +-⎛⎫⎪⎝⎭,令0y =,得4,02a M a ⎛⎫+⎪⎝⎭,4,02b N b ⎛⎫+ ⎪⎝⎭,所以()42a b b a MN ab --=+,…………………………………………………………8分所以QMN 的面积()4181822222a b ab b a ab S MN ab ⎡⎤----⎛⎫⎛⎫=⨯=+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦,因为0a ->,所以()()418222b a b a ab S ab ⎧⎫⎡⎤+-+--⎪⎪⎛⎫⎣⎦=+⎨⎬ ⎪-⎝⎭⎪⎪⎩⎭142284822222ab ab ab ab ⎛⎛⨯--⎛⎫⎛⎫≥+= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭,………………………………10分t =,得234816416224t t S t t t t ⎛⎫+⎛⎫⎛⎫=+=++ ⎪ ⎪ ⎝⎭⎝⎭⎝⎭,所以221643164S t t ⎛⎫=+- ⎝'⎪⎭,令0S '=,得283t =由0S '>⇒22643160t t +->⇒()()223880t t -+>⇒283t >;所以当2803t <<时,()S t 单调递减,当283t >时,()S t 单调递增;所以当283t =,即3t =时,9S =为最小值.…………………………………………………12分。