内容正文:
试卷第 1⻚,共 4⻚
厦⻔⼆中 2024-2025学年第⼀学期⾼⼆年段数学科期中考试卷
命卷教师:唐⽂⻰ 审卷教师:谢⼩花
班级:_____姓名:_____座号:_____(考试时间:120分钟)
⼀、单选题:本题共 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.已知直线 l过点 ,⽅向向量为 ,则原点 到 的距离为 ( )
A.1 B. C. D.3
2.若点 在圆 : 的外部,则实数 的取值范围为 ( )
A. B. C. D.
3.已知两条直线 l1:(a-1)x+2y+1=0与 l2:x+ay+1=0平⾏,则 a= ( )
A.-1 B.2 C.0或-2 D.-1或 2
4.已知点 到直线 的距离为 5,且直线 在两坐标轴上的截距相等,则满⾜条件的直线共有 ( )
A.1条 B.2条 C.3条 D.4条
5.若直线 与 的交点位于第⼀象限,则实数 的取值范围是 ( )
A. B. C. D.
6.已知⼀对不共线的向量 , 的夹⻆为 ,定义 为⼀个向量,其模⻓为 ,其⽅向同时与向
量 , 垂直(如图 1所示).在平⾏六⾯体 中(如图 2所示),下列结论错误..的个数是 ( )
① ;
② 当 时, ;
③若 , ,则 ;
④平⾏六⾯体 的体积 .
A.1 B.2 C.3 D.4
7.⽃拱是中国建筑上特有的构件,是较⼤建筑物的柱与屋顶之间的过渡部分,
⽤于⽀撑上部突出的屋檐,如图(1),其简化结构如图(2),其中
是两两互相垂直的线段, 为⽃拱,满⾜ ,且
和 都为钝⻆.若 , ,则
( )
A. B. C. D.
8.在棱⻓为 的正⽅体 中, , 分别为 , 的中点,点 在正⽅体表⾯上运动,且满⾜
,则点 轨迹的⻓度是 ( )
A. B. C. D.4a
试卷第 2⻚,共 4⻚
⼆、多选题: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.全部选对的得
6分,部分选对的得部分分,有选错的得 0分.
9.关于空间向量,以下说法正确的是 ( )
A.若直线 l的⽅向向量为 ,平⾯ 的⼀个法向量为 ,则
B.若空间中任意⼀点O,有 ,则 四点共⾯
C.若空间向量 , 满⾜ ,则 与 夹⻆为钝⻆
D.若空间向量 , ,则 在 上的投影向量为
10.已知点 和 , 是直线 上的动点,则 ( )
A. 的最⼩值是 B. 的最⼤值是
C.存在 ,使 最⼩ D.存在 ,使 最⼩
11.在正三棱柱 中, ,点 满⾜ ,其中 , ,则 ( )
A.当 时, 的周⻓为定值
B.当 时,三棱锥 的体积为定值
C.当 时,有且仅有⼀个点 ,使得
D.当 时,有且仅有⼀个点 ,使得 平⾯
三、填空题:本题共 3⼩题,每⼩题 5分,共 15分.
12.已知空间中 三点的坐标分别为 ,则点 到直线 的距离
为 .
13.如图 在三棱锥𝑃−𝐴𝐵𝐶中,𝐺为△𝐴𝐵𝐶的重⼼,
1
2𝑃𝐶
⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ ,𝜆,𝜇 ∈ 0,1 ,若𝑃𝐺交平⾯𝐷𝐸𝐹于点𝑀,且𝑃𝑀⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = 12𝑃𝐺
⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗,则𝜆+𝜇的最⼩值
为 .
14.如图 在等腰直⻆三⻆形 ABC中,AB=AC=1,点 P是边 AB上异于 A,B的⼀点,光线
从点 P出发,经 BC,CA反射后⼜回到点 P,如图所示,若光线QR经过△ABC的重
⼼G,则线段 AP的⻓度是 ;直线 PQ的斜率为 .
四、解答题:本题共 5⼩题,共 77分。解答应写出⽂字说明、证明过程或演算步棸。
15.(13分)已知直线 l1经过点 P(0,1),直线 l2经过点Q(5,0),且 l1∥ l2.
(1)求 l1与 l2之间的最⼤距离,并求此时两直线的⽅程;(斜截式表示)
(2)若 l1与 l2间的距离为 5,求两直线的⽅程.(⽤⼀般式表示)
试卷第 3⻚,共 4⻚
16.(15分)如图,在矩形 和 中, , , , , , ,
记 , , .
(1)将 ⽤ 表示出来;
(2)当 等于多少时,线段MN的⻓度取得最⼩值?求此时 与 夹⻆的余弦值.
17.(15分)已知△ABC的三个顶点分别是 , , .
(1)求边 上的中线所在直线 的⽅程,求边 上的⾼所在直线 的⽅程;
(2)(ⅰ)求△ABC的外接圆 ( 为圆⼼)的标准⽅程;
(ⅱ)若点 的坐标是 ,点 是圆 上的⼀个动点,点 满⾜ ,求点 的轨迹⽅程,并说明轨
迹的形状.
18.(17分)如图,在△ABC中, ,D是 AC中点,E、F分别是 BA、BC边上的动点,
且 ,将 沿 EF折起,将点 B折⾄点 P的位置,得到四棱锥 P-ACFE.
(1)求证: 平⾯
(2)若 ,⼆⾯⻆ 是直⼆⾯⻆,求线段 AP中点M到平⾯ PEC的距离;
(3)当 时,求直线 PE与平⾯ ABC所成⻆的正弦值的取值范围.
试卷第 4⻚,共 4⻚
19.(17分)在平⾯解析⼏何中,除了⽬前已掌握的五种直线⽅程以外,我们利⽤定点坐标和向量坐标也能得到另外
两种⽅程:已知过定点𝑃(𝑥0,𝑦0)的直线𝑙和向量?⃗⃗⃗⃗? = (𝐴,𝐵).
①若?⃗⃗⃗⃗?为直线𝑙的⽅向向量,则直线𝑙的⽅程可写为𝑥−𝑥0𝐴 =
𝑦−𝑦0
𝐵 (𝐴𝐵 ≠ 0);
②若?⃗⃗⃗⃗?与直线𝑙的⽅向向量垂直(也称?⃗⃗⃗⃗?为直线𝑙的法向量),则直线𝑙的⽅程可写为𝐴(𝑥−𝑥0) +𝐵(𝑦−𝑦0) = 0.
我们也可以将上述⼯具扩展到空间直⻆坐标系𝑂−𝑥𝑦𝑧中.
(1)若已知平⾯α过定点𝑀(2,3,4),且平⾯α的⼀个法向量为?⃗⃗⃗⃗? = (1,2,2),试求平⾯α的⼀般⽅程(空间直⻆坐标
系𝑂−𝑥𝑦𝑧中平⾯的⼀般⽅程可写为𝐴𝑥+𝐵𝑦+𝐶𝑧+𝐷 = 0,𝐴,𝐵,𝐶,𝐷 ∈ 𝑅);
(2)与平⾯中求解点坐标可以将点看成是两条直线的公共点,类似地,空间中求解直线的⽅程可以将直线看成是两
个平⾯的交线.在空间直⻆坐标系𝑂−𝑥𝑦𝑧中,已知直线𝑙的标准式⽅程为𝑥−1= 𝑦−2
− 3
= 𝑧2,平⾯𝛼1的⼀般⽅
程为 3𝑥+𝑦−𝑧+5= 0,求直线𝑙与平⾯𝛼1所成⻆的余弦值;
(3)在空间直⻆坐标系𝑂−𝑥𝑦𝑧中,设平⾯𝛼2的⼀般⽅程为𝐴𝑥+𝐵𝑦+𝐶𝑧+𝐷 = 0,定点𝑃(𝑥0,𝑦0,𝑧0),试推
导𝑃到平⾯𝛼2的距离𝑑的表达式(要有完整过程).
试卷第 5⻚,共 4⻚
参考答案:
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案
题号
答案
1.B
【分析】求出直线的解析式,即可求出原点 到 的距离.
【详解】由题意,在直线 中,⽅向向量为 ,
∴直线 l的斜率存在,设 ,则直线 l的斜率为: ,∴ ,
∵ 直线 l过点 ,∴ ,解得: ,∴ ,即 ,
∴原点 到 的距离为: ,
故选:B.
2.C
【分析】根据点与圆的位置关系建⽴不等式求解,并注意⽅程表示圆所满⾜的条件.
【详解】因为点 在圆 : 的外部,所以 ,解得 ,
⼜⽅程 表示圆,所以 ,解得 ,
故实数 a的取值范围为 .
故选:C
3.A
4.C
【分析】根据直线经过原点和不经过原点,设出直线的⽅程,即可根据点到直线的距离求解.
【详解】当直线经过原点时,则直线⽅程为𝑦 = 𝑘𝑥 𝑘 ≠ 0,
此时 到直线 的距离为 ,化简得 ,解得 ,
当直线不经过原点时,设直线⽅程 ,即 ,
此时 到直线 的距离为 ,解得 ,
故符合条件的直线有 3条,
故选:C
5.A
试卷第 6⻚,共 4⻚
【分析】求出两条直线的交点后可求 的取值范围.
【详解】由 可得 ,
因为两条直线的交点在第⼀象限,故 且 ,故 ,故 ,解得 或 .
故选:A.
6.A
【分析】A.根据三⻆形的⾯积公式,结合新定义公式,即可判断;B.结合新定义和数量积公式,即可判断;B.根据
条件求 ,即可判断;D.根据新定义和数量积的⼏何意义,即可判断.
【详解】对于A, ,⽽ ,故 ,正
确;
对于B, ,当 时, 有意义,则
,正确;
对于C,因为 , ,所以 , ,所以 ,错误;
对于D, 的模⻓即为平⾏六⾯体底⾯OACB的⾯积,且⽅向垂直于底⾯,由数量积的⼏何意义可知,
就是 在垂直于底⾯ 的⽅向上的投影向量的模⻓(即为平⾏六⾯体的⾼)乘以底⾯的⾯积,
即为平⾏六⾯体的体积,正确.
7 .D
【详解】以 为原点,以 所在的直线分别为 轴,建⽴空间直⻆坐标系,
如图所示,设 ,可得 ,所以 ,
设点 ,可得 ,则 ,
由 ,可得 ,
,可得 ,
所以 ,即 ,
所以 .
故选:D.
试卷第 7⻚,共 4⻚
8.【答案】A
【解析】在正⽅体 中,以 为坐标原点,分别以 , , 为
轴, 轴, 轴建⽴空间直⻆坐标系,∴ , , ,
,∴ ,
设 ,则 ,
∵ ,∴ ,可得 ;
当 时, ,当 时, ,
取 , , , ,连接 , , , ,
则 , ,
∴四边形 为矩形,则 , ,
即 , ,⼜ 和 为平⾯ 中的两条相交直线,∴ 平⾯ ,
⼜ , ,∴ 为 的中点,则 平⾯ ,
为使 ,必有点 平⾯ ,
⼜点 在正⽅体表⾯上运动,所以点 的轨迹为四边形 ,
⼜ , ,∴ ,则点 的轨迹不是正⽅形,
则矩形 的周⻓为 .故选A
9.ABD
【分析】根据题意,由平⾯法向量的定义分析A,由空间向量基本定理分析B,由向量平⾏的性质分析C,由投影
向量分析D.
【详解】对于A:若直线 的⽅向向量为 ,平⾯ 的⼀个法向量为 ,易得 ,即 ,
则有 ,A正确;
对于B:在 中,由于 ,故 四点共⾯,B正确;
对于C:当 , 反向共线时, 也成⽴,但 与 夹⻆不为钝⻆,C错误;
对于D, 在 上的投影向量为 ,D正确.
故选:ABD.
10.ABD 【详解】在平⾯直⻆坐标系中作出点 和直线 ,
由图可知,点 和 在直线 同侧,
试卷第 8⻚,共 4⻚
设点 关于直线 的对称点为 ,
则有 ,解得 ,得 ,
则 ,当且仅当 为直线 与直线 的交点时, 有最⼩值 ,
直线 的斜率为 ,⽅程为 ,
由 ,解得 ,存在 ,使 最⼩,A选项正确;
⼜ ,当且仅当 为直线 与直线 的交点时 有最⼤值𝐴𝐵,
直线 的⽅程为 ,即 ,
由 ,解得 ,存在 ,使 最⼤,B选项正确;
最⼩值为 0,当且仅当 ,即 为线段 的垂直平分线与直线 的交点,
的中点坐标为 ,直线 的斜率为 ,
则线段 的垂直平分线⽅程为 ,即 ,
由 ,解得 ,存在 ,使 最⼩,C选项错误
设 , ,
当 时有 最⼩值,此时 ,
所以存在 ,使 最⼩,D选项正确.
11.BD
【分析】对于A,由于等价向量关系,联系到⼀个三⻆形内,进⽽确定点的坐标;
对于B,将 点的运动轨迹考虑到⼀个三⻆形内,确定路线,进⽽考虑体积是否为定值;
对于C,考虑借助向量的平移将 点轨迹确定,进⽽考虑建⽴合适的直⻆坐标系来求解 点的个数;
对于D,考虑借助向量的平移将 点轨迹确定,进⽽考虑建⽴合适的直⻆坐标系来求解 点的个数.
【详解】易知,点 在矩形 内部(含边界).
对于A,当 时, ,即此时 线段 , 周⻓不是定值,故A错误;
试卷第 9⻚,共 4⻚
对于B,当 时, ,故此时 点轨迹为线段 ,⽽ , 平⾯ ,
则有 到平⾯ 的距离为定值,所以其体积为定值,故B正确.
对于C,当 时, ,取 , 中点分别为 , ,则 ,
所以 点轨迹为线段 ,
不妨建系解决,建⽴空间直⻆坐标系如图, , , ,
则 , , ,所以 或 .
故 均满⾜,故C错误;
对于D,当 时, ,取 , 中点为 . ,所以 点轨迹为线段 .
设 ,因为 ,所以 , ,所以 ,
此时 与 重合,故D正确.
故选:BD.
12. 【详解】由点 ,可得 ,
所以点 到直线 的距离为 ,
所以点C到直线 的距离为 .
故答案为: .
13. 1(过程略)
14. ;2
【分析】根据已知,利⽤对称性、重⼼的性质,求出对称点坐标,联⽴直线⽅程进⾏求解.
【详解】建⽴如图所示的平⾯直⻆坐标系,可得 , ,
所以直线 的⽅程为 , 的重⼼G的坐标为 ,
设点 , , 分别是点 关于直线 BC和 y轴的对称点,
连接 ,所以 ,设 ,则有
,解得 ,所以 ,
试卷第 10⻚,共 4⻚
由光的反射原理可知, 四点共线,所以 ,即 ,解得 ,此时 ,
所以 , , ,直线 的⽅程为 ,
联⽴直线 的⽅程与 的⽅程有: ,解得 ,即 ,
所以直线 PQ的斜率为 .
故答案为: ,2.
15.(13分)解:(1)连接 PQ(图略),则当直线 l1,l2均与直线 PQ垂直时,l1与 l2之间的距离最⼤.................1分
因为直线 PQ的斜率为0-15-0=-
1
5,所以此时直线 l1与 l2的斜率均为 5,.......................3分
l1与 l2之间的最⼤距离为 (0-5)
2
+(1-0)
2
= 26,.......................4分
直线 l1的⽅程为 y=5x+1,即 5x-y+1=0,直线 l2的⽅程为 y=5(x-5),即 5x-y-25=0........................6分
(2)①若 l1,l2的斜率都存在,设其斜率为 k,则
l1的⽅程为 y=kx+1,即 kx-y+1=0,l2的⽅程为 y=k(x-5),即 kx-y-5k=0........................7分
由题意得|1+5𝑘|
𝑘2+1
=5,解得 k=125,.......................9分
所以直线 l1的⽅程为 y=125x+1,即 12x-5y+5=0,
直线 l2的⽅程为 y=125(x-5),即 12x-5y-60=0...........11分
②若 l1,l2的斜率都不存在,则 l1的⽅程为 x=0,l2的⽅程为 x=5,
它们之间的距离为 5,符合题意........................12分
综上所述,两直线的⽅程为 l1:12x-5y+5=0,l2:12x-5y-60=0或 l1:x=0,l2:x=5.......................13分
16.(15分)(1) ;(2) .
【分析】(1)利⽤空间向量的加减运算法则化简即得 ;
(2)分别求得 , ,利⽤向量数量积的运算律求得 , ,利⽤空
间向量的夹⻆公式计算即得结果.
【详解】(1)由图知,
;......3分
(2) .......................7分
试卷第 11⻚,共 4⻚
当 时,有最⼩值;.......................8分
此时 , ,.......................9分
因为
故 ,
且 ,.......................13分
设 与 的夹⻆为 ,则
........................15分
17.(15分)(1) ,
(2)(ⅰ) ;(ⅱ) ,轨迹是以 为圆⼼,半径为 的圆.
【详解】(1)解:设线段 的中点为 ,则 ,
因为 ,则边 上的中线 的⽅程为 ,即直线 的⽅程为 ,.......................2分
⼜因为直线 的斜率为 ,所以 上的⾼所在直线 的斜率为 ,
所以 上的⾼所在直线 的⽅程为 ,即直线 的⽅程为 ........................4分
(2)解:(ⅰ)设圆 的⽅程为 (其中 ).......................5分
因为 三点都在圆上,可得 ,解得 ,.......................8分
满⾜ ,
所以所求圆 的⽅程为 ,即 .......................9分
(ⅱ)设 的坐标是 ,点 的坐标是 ,.......................10分
因为 的坐标是 ,且 ,所以 ,解得 ,.............12分
⼜因为点 在圆 上运动,所以点 的坐标满⾜圆 的⽅程,即 ,.......................13分
代⼊得 ,整理得 ,.......................14分
点 的轨迹⽅程是 ,轨迹是以 为圆⼼,半径为 的圆........................15分
18.【详解】(1)在四棱锥 中, ,⽽ 平⾯ , 平⾯ ,
试卷第 12⻚,共 4⻚
所以 平⾯ ........................3分
(2)由 ,得 ,折叠后,在四棱锥 中, ,
平⾯ ,则 平⾯ 平⾯ ,则 ,
由⼆⾯⻆ 是直⼆⾯⻆,得平⾯ 平⾯ ,平⾯ 平⾯ ,
平⾯ , 平⾯ ,.......................4分
以 分别为 轴建⽴空间直⻆坐标系,则
........5分
设平⾯ 法向量为 ,则 ,
令 , 得 ,.......................7分
所求点⾯距为 .......................9分
(3)以直线 和 分别为 轴,过C作平⾯ 的垂线为 z轴,建⽴空间直⻆坐标系,
设 , ,显然 ,
,.......................10分
,得出 ,则 ,
则 ,.......................11分
点 与其在直线 上射影点及点 围成以线段 为斜边的直⻆三⻆形,
则 ,即 ,且 , ,即 ,.......................12分
平⾯ 的法向量为 ,设直线 PE与平⾯ ABC所成⻆为 ,
,.......................14分
则 ,.......................15分
令 ,函数 在 上递减, ,
因此 ,则 ,解得 ,.......................16分
所以直线 PE与平⾯ ABC 所成⻆的正弦值的取值范围是 ........................17分
19解:(1)设𝐴 ∈ 𝛼2,且𝐴(𝑥,𝑦,𝑧)
试卷第 13⻚,共 4⻚
有𝑀𝐴⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ∙ ?⃗⃗⃗⃗? = 0 ........................1分
(𝑥−2,𝑦 −3,𝑧−4) ∙ (1,2,2) = 0 .........................2分
𝑥−2+2(𝑦−3) +2(𝑧−4) = 0 .........................3分
𝑥−2+2𝑦−6+2𝑧−8= 0
𝑥+2𝑦+2𝑧−16= 0
∴ 𝛼2的⼀般⽅程为𝑥+2𝑦+2𝑧−16= 0 .........................4分
(2)∵ 𝑙的⽅程为𝑥−1= 𝑦−2
− 3
= 𝑧2
∴设𝑙的⽅向向量为?⃗⃗⃗⃗? = (1, − 3,2) .........................5分
∵ 𝛼1的⽅程为 3𝑥+𝑦−𝑧+5= 0
由(1)可设𝛼1的法向量为𝑛1⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = ( 3,1, −1) .....................6分
设𝑙与𝛼1所成⻆为θ
有 sinθ = cos ?⃗⃗⃗⃗?,𝑛1⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ ......................7分
= 3− 3−2
2 2× 5
= 1010 .......................8分
∴ cosθ = 3 1010 ........................9分
∴ 𝑙与𝛼1所成⻆余弦值为
3 10
10
(3)设𝛼2上任意⼀点为𝑄(𝑥,𝑦,𝑧) .......................10分
由(1)可得,𝛼2上的⼀个法向量为𝑛2⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = (𝐴,𝐵,𝐶) .......................11分
𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = (𝑥−𝑥0,𝑦−𝑦0,𝑧−𝑧0) .......................12分
设𝑃到平⾯𝛼2的投影为𝑅 .......................13分
有𝑑 = 𝑃𝑅⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = 𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ × 𝑐𝑜𝑠∠𝑅𝑃𝑄 .......................14分
= 𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ × 𝑐𝑜𝑠 𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ,𝑛2⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗
= 𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ×
𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∙𝑛2⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∙ 𝑛2⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
=
𝑃𝑄⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∙𝑛2⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝑛2⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
= 𝐴𝑥+𝐵𝑦+𝐶𝑧−(𝐴𝑥0+𝐵𝑦0+𝐶𝑧0)
𝐴2+𝐵2+𝐶2
.......................15分
∵ 𝑄 ∈ 𝛼2
∴ 𝐴𝑥+𝐵𝑦+𝐶𝑧 =−𝐷 .......................16分
∴ 𝑑 = −𝐷−(𝐴𝑥0+𝐵𝑦0+𝐶𝑧0)
𝐴2+𝐵2+𝐶2
= 𝐴𝑥0+𝐵𝑦0+𝐶𝑧0+𝐷
𝐴2+𝐵2+𝐶2
.......................17分