湖北省武汉市武昌区2021-2022学年高二下学期期末数学试题(原卷及解析版)
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武昌区2021-2022学年度高二年级期末质量检测
数 学
本试卷共5页,22小题.全卷满分150分.考试用时120分钟.
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上.
2.作答选择题时,选出每小题答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目选项的答案信息点涂黑;如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案.答案不能答在试卷上.
3.非选择题必须用黑色字迹的钢笔或签字笔作答,答案必须写在答题卡各题目指定区域内相应位置上;如需改动,先划掉原来的答案,然后再写上新答案;不准使用铅笔和涂改液.不按以上要求作答的答案无效.
4.考生必须保持答题卡的整洁.考试结束后,将试卷和答题卡一并交回.
一、选择题: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. 已知是实数集,集合,,则
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】利用交集与补集运算即可得到结果.
【详解】∵,
∴,又,
∴
故选B
【点睛】本题考查交并补运算,熟练掌握交集补集的定义是关键..
2. 已知复数,则复数z的虚部是( )
A. B. C. 2 D.
【答案】D
【解析】
【分析】根据复数的除法结合虚部的概念求解即可
【详解】,故复数z的虚部是
故选:D
3. 已知单位向量的夹角为,与垂直,则=( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】由与垂直,可得,化简后可求出的值
【详解】因为单位向量的夹角为,与垂直,
所以,
,解得,
故选:D
4. 已知数列为等差数列,且,则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】由等差数列的性质与诱导公式求解即可
【详解】由数列为等差数列,可知.
所以,有.
所以.
故选:B.
5. 若,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】将式子先利用二倍角公式和平方关系配方化简,然后增添分母(),进行齐次化处理,化为正切的表达式,代入即可得到结果.
【详解】将式子进行齐次化处理得:
.
故选:C.
【点睛】易错点睛:本题如果利用,求出的值,可能还需要分象限讨论其正负,通过齐次化处理,可以避开了这一讨论.
6. 设、是椭圆:的左、右焦点,为直线上一点,是底角为的等腰三角形,则的离心率为
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】试题分析:如下图所示,是底角为的等腰三角形,则有
所以,所以
又因为,所以,,所以
所以答案选C.
考点:椭圆的简单几何性质.
7. 已知圆锥被平行于底面的平面所截,形成的圆台的两个底面面积之比为4:9,母线与底面的夹角是,圆台轴截面的面积为20,则圆锥的体积为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】根据题意画出轴截面图,结合题意求出圆台的上下地面半径,母线长,进而求出圆锥的高,即可求解
【详解】设圆台的上下地面半径分别为,母线长为,
则由题意可知,
故,
又母线与底面的夹角是,
则,
又圆台轴截面的面积为20,
则,
由解得,
又圆锥的高为,
所以圆锥的体积为,
故选:A
8. 已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】法一:根据指对互化以及对数函数的单调性即可知,再利用基本不等式,换底公式可得,,然后由指数函数的单调性即可解出.
【详解】[方法一]:(指对数函数性质)
由可得,而,所以,即,所以.
又,所以,即,
所以.综上,.
[方法二]:【最优解】(构造函数)
由,可得.
根据的形式构造函数 ,则,
令,解得 ,由 知 .
在 上单调递增,所以 ,即 ,
又因为 ,所以 .
故选:A.
【点评】法一:通过基本不等式和换底公式以及对数函数的单调性比较,方法直接常用,属于通性通法;
法二:利用的形式构造函数,根据函数的单调性得出大小关系,简单明了,是该题的最优解.
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20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5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.
9. 下列函数中,最小正周期为,且在上单调递增的是( )
A. B. C. D.
【答案】AD
【解析】
【分析】根据已知条件结合选项逐项验证,可得答案.
【详解】的周期为,且在上单调递增,符合要求;
的周期为,但在上单调递减,不符合要求;
的周期为,但在上单调递增,上单调递减,,不符合要求;
的周期为,且在上单调递增,符合要求.
故选:AD.
10. 已知,,且,下列结论正确的是( )
A. 的最小值是1 B. 的最小值是
C. 的最小值是4 D. 的最小值是9
【答案】BC
【解析】
【分析】对AC,利用基本不等式可直接求出;对B,将代入即可求出;对D,化为展开利用基本不等式可求出.
【详解】对A,因为,,则,解得,当且仅当等号成立,取得最大值为,故A错误;
对B,由可得,则,
,当时,取得最小值为,故B正确;
对C,,当且仅当时等号成立,所以的最小值是4,故C正确;
对D,,当且仅当等号成立,所以的最小值是,故D错误.
故选:BC.
11. 已知某公司共有员工人,岁以下的员工有人,到岁的员工人,为了了解公司员工的身体情况,进行分层抽样,抽取一个容量为的样本,得到身体健康状况良好的比例如下:岁以下的员工占,到岁的员工占,其他员工占.下列说法正确的是( )
A. 从岁以上的员工抽取了人
B. 每名员工被抽到的概率为
C. 估计该公司员工身体健康状况良好率为(百分数保留一位小数)
D. 身体健康状况欠佳的人数最多的年龄层是岁到岁
【答案】ABD
【解析】
【分析】利用分层抽样可判断A选项;计算出每名员工被抽到的概率,可判断B选项;计算出该公司员工身体健康状况良好率,可判断C选项;计算出三个年龄段的员工身体健康状况欠佳的人数,可判断D选项.
【详解】对于A选项,该公司岁以上的员工人数为,
所以,样本中岁以上的员工人数为,A对;
对于B选项,每名员工被抽到的概率为,B对;
对于C选项,估计该公司员工身体健康状况良好率,C错;
对于D选项,岁以下的员工身体健康状况欠佳的人数为,
岁到岁的员工身体健康状况欠佳的人数为,
岁以上的员工身体健康状况欠佳的人数为,
所以,身体健康状况欠佳的人数最多的年龄层是岁到岁,D对.
故选:ABD.
12. 如图,四边形ABCD中,AB=BC=AC=2,DA=DC=,将四边形沿对角线AC折起,使点D不在平面ABC内,则在翻折过程中,以下结论正确的是( )
A. 两条异面直线AB与CD所成角的范围是
B. P为线段CD上一点(包括端点),当CD⊥AB时,
C. 三棱锥D−ABC的体积最大值为
D. 当二面角D−AC−B大小为时,三棱锥D−ABC的外接球表面积为
【答案】BCD
【解析】
【分析】以为坐标原点,过轴垂直平面,建立如图所示的空间直角坐标系,表示出两条异面直线AB与CD所成角可判断A;由CD⊥AB求出,P为线段CD上一点(包括端点),表示出点坐标,由空间向量夹角公式可判断B;当平面平面时,三棱锥D−ABC的体积最大,求出底面积和高可判断C;求出三棱锥D−ABC的外接球的半径,由球的表面积公式可判断D.
【详解】对于A,以为坐标原点,过轴垂直平面,建立如图所示的空间直角坐标系,所以
设,
,所以
所以,,
所以设两条异面直线AB与CD所成角为,
,
当时,,此时,但时,D在平面ABC内.
故A不正确;
对于B, CD⊥AB时,,
解得:,又因为,所以,所以
P为线段CD上一点(包括端点),设
解得.
而,
,所以,故B正确;
对于C,当平面平面时,三棱锥D−ABC的体积最大,且连接,
,则平面,所以.
故C正确;
对于D,取中点,连接,取的外心, 过作一条垂线垂直平面,
过作一条垂线垂直平面,两条垂直相交于点,则为三棱锥D−ABC的外接球的球心,且二面角D−AC−B的大小为,即,所以在直角三角形中,,所以,则,所以,所以三棱锥D−ABC的外接球表面积为,故D正确.
故选:BCD.
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13. 二项式的展开式中常数项为___________.
【答案】
【解析】
【分析】
利用二项展开式的通项公式求解.
【详解】二项式的展开式中通项,
令,即,
故常数项为.
故答案为:.
【点睛】(1)二项式定理的核心是通项公式,求解此类问题可以分两步完成:第一步根据所给出的条件(特定项)和通项公式,建立方程来确定指数(求解时要注意二项式系数中n和r的隐含条件,即n,r均为非负整数,且n≥r,如常数项指数为零、有理项指数为整数等);第二步是根据所求的指数,再求所求解的项.
(2)求两个多项式的积的特定项,可先化简或利用分类加法计数原理讨论求解.
14. 已知F为双曲线(,)的右焦点,经过F作一条与双曲线的渐近线垂直的直线l,垂足为A,点A在第一象限,直线l与双曲线的另一条渐近线在第四象限交于点B,O为坐标原点,若,则双曲线的离心率为________.
【答案】
【解析】
【分析】画图分析,根据角平分线的性质得,再结合勾股定理求解即可
【详解】由题意,因为,且,由角平分线的性质,.因为直线l垂直于渐近线,故,故,.由勾股定理,,即,解得,故,双曲线的离心率为
故答案为:
15. 已知是函数的零点,是函数的零点,则的值为________.
【答案】-4
【解析】
【分析】根据零点含义,以及互为反函数的图象特征进行求解.
【详解】由题意,,,即,;
由,得,
所以是函数分别与函数交点的横坐标,
因为互为反函数,其图象关于对称,由可得交点为,所以.
故答案为:.
16. 有40件产品,其中有10件次品,从中不放回地抽18件产品,最可能抽到的次品数是________.
【答案】4
【解析】
【分析】根据超几何分布的数学期望求解即可
【详解】由题意,该情景符合超几何分布,根据超几何分布的数学期望公式有抽到的次品数是,因为次品数为整数,故最可能抽到的次品数是4
故答案为:4
四、解答题:本题共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. 在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且.
(1)求角A;
(2)当,时,求△ABC的面积.
【答案】(1)
(2)
【解析】
【分析】(1)由正弦定理及余弦定理可得,即可求出角A.
(2)由余弦定理可求出,由三角形的面积公式可求出答案.
【小问1详解】
由正弦定理及,知,
化简得,由余弦定理知,,
因为,所以.
【小问2详解】
由余弦定理知,,
所以,即,
所以△ABC面积.
18. 已知数列的前n项和为,满足.
(1)求数列的通项公式;
(2)设,求数列的前n项和.
【答案】(1);(2)
【解析】
【分析】
(1)利用,,可得为等比数列,利用等比数列的通项公式即可求得通项公式;
(2)利用错位相减法求和即可求.
【详解】(1)当时,,解得,
当时,由可得
,
两式相减可得,即,
所以是以为首项,以为公比的等比数列,
所以
(2)由(1),
,
则,
两式相减得
,
所以.
【点睛】方法点睛:
由数列前项和求通项公式时,一般根据求解,考查学生的计算能力.
19. 甲、乙两队进行一场排球比赛,设各局比赛相互间没有影响且无平局,约定每局胜者得1分,负者得0分,比赛进行到有一队比另一队多2分或打满6局时停止.设甲在每局中获胜的概率为.
(1)第二局比赛结束时比赛停止的概率;
(2)设X表示比赛停止时已比赛的局数,求随机变量X的分布列和数学期望.
【答案】(1)
(2)分布列见解析,
【解析】
【分析】(1)由题意甲连胜2局或乙连胜2局,再求解概率即可;
(2)依题意知,X的所有可能值为2,4,6,再分别分析具体情况求分布列,结合数学期望的公式求解即可
【小问1详解】
依题意,当甲连胜2局或乙连胜2局时,第二局比赛结束时比赛结束.
所以有.
所以,第二局比赛结束时比赛停止的概率.
【小问2详解】
依题意知,X的所有可能值为2,4,6.
表示当甲连胜2局或乙连胜2局时,第二局比赛结束,
表示前二局的比分为1∶1,接下来有一队连胜2局,,
表示前二局的比分为1∶1且前4局的比分为2∶2,.
所以随机变量X的分布列为:
X | 2 | 4 | 6 |
P |
所以
20. 如图,在四棱锥P−ABCD中,平面PAD⊥平面ABCD,点E为PC的中点,AB∥CD,CD⊥AD,CD=2AB=2,PA=AD=1,PA⊥AD.
(1)证明:BE⊥平面PCD;
(2)求二面角P−BD−E的余弦值.
【答案】(1)证明见解析
(2)
【解析】
【分析】(1)取PD的中点F,连接AF,EF,根据题意证得,,结合线面垂直的判定定理证得结果;
(2)如图建立空间直角坐标系,求得平面PBD的法向量为,平面EBD的法向量为,利用向量所成角的余弦值,进而得到二面角P−BD−E的余弦值
【小问1详解】
证明:取PD的中点F,连接AF,EF,
则,.
又,,所以,,
所以四边形ABEF为平行四边形,所以.
因为,,所以.
所以......
因为平面PAD⊥平面ABCD,,
所以PA⊥平面ABCD,所以,......
所以.
又点E为PC的中点,所以.....
又,所以BE⊥平面PCD.
【小问2详解】
以A为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
则A(0,0,0),P(0,0,1),B(1,0,0),D(0,1,0),C(2,1,0),E(1,,). .....
于是
设平面PBD的法向量为,则
得.取.得…………
设平面EBD的法向量为,则,
得取.得.…………
所以,
所以二面角P−BD−E的余弦值为.
【点睛】该题考查的是有关立体几何的问题,涉及到的知识点有利用线面垂直的判定定理证明线面垂直,利用空间向量求解二面角的余弦值,在解题的过程中,注意正确写出点的坐标是重中之重.
21. 已知动圆M过定点,且在y轴上截得弦长为4,圆心M的轨迹为曲线L.
(1)求L的方程;
(2)已知点,,P是L上的一个动点,设直线PB,PC与L的另一交点分别为E,F,求证:当P点在L上运动时,直线EF恒过一个定点,并求出这个定点的坐标.
【答案】(1)
(2)证明见解析,定点;
【解析】
【分析】(1)设圆心,圆的半径为R,依题意得到方程,整理即可;
(2)设,,,即可得到直线的方程,同理可得直线与直线的方程,再根据直线过点,直线过点,即可消去,从而求出过定点坐标;
【小问1详解】
解:设圆心,圆半径为R,则,整理得.
所以动圆圆心的轨迹方程为.
【小问2详解】
证明:抛物线的方程为,设,,,
则直线的方程为,
得,
又,所以直线的方程为.
同理可得直线的方程为,
直线的方程为
因为直线过点,所以;
因为直线过点,所以.
消去,得.
代入的方程,得,
所以直线恒过一个定点.
22. 已知函数,其中.
(1)若在R上单调递增,求实数a的取值范围;
(2)对,,使得,且,求实数a的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【解析】
【分析】(1)因为在R上单调递增,所以可得答案;
(2)当时,在R上单调递增不满足题意;当时,由,得.利用单调性可得,即对任意恒成立,令,转化为对恒成立,
求出,分、,利用的单调性可得答案.
【小问1详解】
因为f(x)在R上单调递增,且在上单调递增,所以在单调递增,且,
所以对恒成立.
因为,所以,.
【小问2详解】
当时,由(1)知,f(x)在R上单调递增,不满足题意,∴,
此时,当时,,
所以在(-∞,0)单调递减,在(0,+∞)单调递增.
因为,所以,
又,所以,
因为在单调递减,所以,
又,所以,
所以,
即对任意恒成立,
由,得,
即,
令,
转化为对恒成立,,
因为,
当时,,,所以在单调递减,
所以,满足题意,
当时,时,,在单调递增,
所以,,不满足题意,
综上,.
【点睛】对于函数恒成立求参数的问题,可以直接法利用导数求参数的范围,还可以分离参数,再构造函数,利用导数求新函数的最值可得答案.
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