广西南宁市第三中学2021-2022学年高一下学期期中考试数学试题
展开1.已知集合A=x∈Z|-1≤x≤3,B=x|x≥0,则A∩B=( )
A.1,2B.1,2,3C.0,3D.0,1,2,3
2.复数21-i的虚部为( )
A.1B.-1C.iD.1+i
3.“x>1”是“1x<1”的( )
A.充分非必要条件B.必要非充分条件
C.充要条件D.既非充分也非必要条件
4.已知tanα=2,π<α<32π,则csα-sinα=( )
A.55B.-55C.355D.-355
5.0.32,lg20.3,20.3这三个数的大小顺序是( )
A.0.32<20.3
6.如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为AB的中点,则直线EB1与A1D所成角的余弦值为( )
A.155B.105
C.104D.64
7.△ABC中,∠BAC=120∘ ,AB=2,AC=1,D为BC边上一点,DC=2BD,则AD⋅BC=( )
A.-83B.-73C.53D.-103
8.在△ABC中,a2+b2a2-b2=sin(A+B)sin(A-B),则△ABC的形状是( )
A.等腰三角形但一定不是直角三角形
B.等腰直角三角形
C.直角三角形但一定不是等腰三角形
D.等腰三角形或直角三角形
二、多选题
9.a,b是两条不同的直线,α,β是空间两个不同的平面,如下有四个命题,其中正确的命题是( )
A.a⊥α,b//β,α//β⇒a⊥bB.a⊥b,a⊥α,α//β⇒b//β
C.a⊥b,a//α,α//β⇒b⊥βD.a⊥α,a//b,α//β⇒b⊥β
10.将函数fx=3cs2x+π3的图象向左平移π3个单位长度,得到函数gx的图象,则函数gx具有以下哪些性质( )
A.最大值为3,图象关于直线x=-π3对称
B.图象关于y轴对称
C.最小正周期为π
D.图象关于点π4,0成中心对称
11.已知a>0,b>0,且a+b=1,则( )
A.a2+b2≥12B.2a-b>12C.1a+1b≥2D.a+b≤2
12.已知直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥BC,AB=BC=BB1,D是AC的中点,O为A1C的中点.点P是BC1上的动点,则下列说法正确的是( )
A.当点P运动到BC1中点时,直线A1P与平面A1B1C1所成的角的正切值为255
B.无论点P在BC1上怎么运动,都有A1P⊥OB1
C.当点P运动到BC1中点时,才有A1P与OB1相交于一点,记为Q,且PQQA1=13
D.无论点P在BC1上怎么运动,直线A1P与AB所成角都不可能是30°
三、填空题
13.已知向量a与b的夹角为π3,a=1,a⋅a+b=2,则b= .
14.若复数z=m2+m+mi(m∈R,i为虚数单位)为纯虚数,则m的值为 .
15.已知四棱锥P-ABCD的底面ABCD是矩形,其中AD=1,AB=2,侧棱PA⊥底面ABCD,且直线PB与CD所成角的余弦值为255,则四棱锥P-ABCD的外接球表面积为 .
16.已知f(x)=x+2, x≤0lg3x, x>0,若方程fx-a=0有四个根x1,x2,x3,x4且x1
17.已知向量a=(-2,-1),向量b=(λ,1).
(1)若λ=-12,求a与b的夹角;
(2)若a与b的夹角为钝角,求实数λ的取值范围.
18.如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB//CD,PA=AB=2CD=2,∠ADC=90°,E、F分别为PB、AB的中点.
(1)求证:CE //平面PAD;
(2)求点B到平面PCF的距离.
19.在△ABC中,内角A、B、C所对的边分别是a,b,c,且bsinB+C2=asinB.
(1)求A;
(2)已知a=23,sinB+sinC=3,求△ABC的面积.
20.在四棱锥Q-ABCD中,底面ABCD是正方形,若AD=2,QD=QA=5,QC=3.
(1)证明:平面QAD⊥平面ABCD;
(2)求二面角B-QD-A的平面角的余弦值.
21.某公园为了吸引更多的游客,准备进一步美化环境.如图,准备在道路AB的一侧进行绿化,线段AB长为4百米,C,D都设计在以AB为直径的半圆上.设∠COB=θ.
(1)现要在四边形ABCD内种满郁金香,若∠COD=π3,则当θ为何值时,郁金香种植面积最大;
(2)为了方便游客散步,现要铺设一条栈道,栈道由线段BC,CD和DA组成,若BC=CD,则当θ为何值时,栈道的总长l最长,并求l的最大值(单位:百米).
22.已知定义域为R的函数fx和gx,其中fx是奇函数,gx是偶函数,且fx+gx=2x+1.
(1)求函数fx和gx的解析式;
(2)若2fx≥gx,求x范围;
(3)若关于x的方程fx-λgx+1=0有实根,求正实数λ的取值范围.
参考答案:
1.D
【分析】直接利用集合的交集运算求解.
【详解】∵集合A=x∈Z|-1≤x≤3=-1,0,1,2,3,B=x|x≥0,
所以A∩B=0,1,2,3.
故选:D.
2.A
【分析】利用复数的除法化简复数21-i,即可得出结论.
【详解】因为21-i=21+i1-i1+i=1+i,因此,复数21-i的虚部为1.
故选:A.
3.A
【分析】化简分式不等式,即可根据充分不必要条件的定义判断.
【详解】由1x<1可得1-xx<0,解得x>1或x<0,
“x>1”可以推出“x>1或x<0”,“x>1或x<0”不能推出“x>1”,例如x=-1,
故“x>1”是“1x<1”的充分非必要条件,
故选:A
4.A
【分析】由tanα=sinαcsα=2及sin2α+cs2α=1解出sinα与csα即可求解.
【详解】因为tanα=sinαcsα=2,且sin2α+cs2α=1,π<α<32π,
所以sinα=-255,csα=-55,
所以csα-sinα=-55--255=55.
故选:A.
5.C
【分析】分别比较与中间值0和1的大小关系即可得答案.
【详解】解:因为0<0.32<0.30=1,lg20.3
所以lg20.3<0.32<20.3,
故选:C.
6.B
【分析】连接B1C、CE,证明出A1D//B1C,可得出直线EB1与A1D所成角为∠CB1E或其补角,计算出△B1CE三边边长,利用余弦定理可求得结果.
【详解】连接B1C、CE,如下图所示:
在正方体ABCD-A1B1C1D1中,A1B1//CD且A1B1=CD,则四边形A1B1CD为平行四边形,
所以,B1C//A1D,故直线EB1与A1D所成角为∠CB1E或其补角,
由勾股定理可得B1C=BB12+BC2=22,B1E=CE=BE2+CB2=5,
由余弦定理可得cs∠CB1E=B1C2+B1E2-CE22B1C⋅B1E=105.
因此,直线EB1与A1D所成角的余弦值为105.
故选:B.
7.A
【分析】以AC,AB为基底表示AD,BC,根据向量的数量积运算律即可计算AD⋅BC的值.
【详解】
由图及题意得BC=AC-AB,AD=AB+13BC=13AC+23AB,
∴AD⋅BC=AC-AB⋅13AC+23AB
=13AC2-23AB2+13AC⋅AB
=13×1-23×4+13×1×2×-12
=-83.
故选:A.
8.C
【解析】原式可化为a2+b2⋅sinAcsB-csAsinB=a2-b2sinAcsB+csAsinB,然后利用正弦定理、余弦定理进行边角互化,得出a,b,c的关系.
【详解】解:由a2+b2a2-b2=sin(A+B)sin(A-B)得:a2+b2⋅sin(A-B)=a2-b2sin(A+B),且a≠b,
∴a2+b2⋅sinAcsB-csAsinB=a2-b2sinAcsB+csAsinB,且a≠b,
∴a2+b2⋅acsB-bcsA=a2-b2acsB+bcsA,
∴a2+b2⋅aa2+c2-b22ac-bb2+c2-a22bc=a2-b2aa2+c2-b22ac+bb2+c2-a22bc,
化简整理得:a2+b2⋅a2-b2=a2-b2c2,即a2+b2-c2a2-b2=0,
∴a2=b2或a2+b2=c2,又a≠b,
∴△ABC是直角三角形但一定不是等腰三角形.
故选:C.
【点睛】本题考查三角形形状的判定,难度稍大.解答时,利用正、余弦定理进行边角互化是难点.
9.AD
【分析】根据线面、面面垂直与平行的判定定理及性质定理判定即可;
【详解】解:对于A:由a⊥α、α//β,可得a⊥β,又b//β,所以a⊥b,故A正确;
对于B:由a⊥α、α//β,可得a⊥β,又a⊥b,则b//β或b⊂β,故B错误;
对于C:由a//α,α//β,则a//β或a⊂β,又a⊥b,则b//β或b⊂β或b与β相交(不垂直)或b⊥β,故C错误;
对于D:由a⊥α、α//β,可得a⊥β,又a//b,所以b⊥β,故D正确;
故选:AD
10.BCD
【分析】由三角函数的图象变换可求出函数gx的解析式,然后利用余弦型函数的图象与性质,对各选项逐一分析即可求解.
【详解】解:由题意,gx=fx+π3=3cs2x+π3+π3=3cs2x+π=-3cs2x,
对A:gx的最大值为3,最小值为-3,因为g-π3=-3cs-2π3=32,所以函数gx的图象不关于直线x=-π3对称,故选项A错误;
对B:因为g-x=-3cs2-x=-3cs2x=gx,所以函数gx为偶函数,其图象关于y轴对称,故选项B正确;
对C:由周期公式有T=2π2=π,所以函数gx的最小正周期为π,故选项C正确;
对D:因为gπ4=-3cs2×π4=-3csπ2=0,所以函数gx的图象关于点π4,0成中心对称,故选项D正确.
故选:BCD.
11.ABCD
【分析】由基本不等式判断ACD,由条件求a-b的取值范围, 即可求解2a-b的取值范围.
【详解】A.由不等式可知,a2+b2≥(a+b)22=12,故A正确;
B.2a-b=21-2b,由a>0,b>0,且a+b=1,可知,b∈(0,1),-1<1-2b<1,
所以12<21-2b<2,故B正确;
C.1a+1b=(1a+1b)(a+b)=2+ba+ab≥2+2ba⋅ab=4,当且仅当ba=ab时,即a=b=12时等号成立,故C成立;
D.(a+b)2=1+2ab≤1+(a+b)=2,即a+b≤2,故D正确.
故选:ABCD
12.BD
【分析】选项A:设E为B1C1的中点,连接A1E、EP,可得直线A1P与平面A1B1C1的平面角为∠PA1E,求正切值即可;选项B:利用线面垂直的性质可证明A1P⊥OB1即可判断;选项C:利用三角形中线的性质判断即可;选项D:由直线的平行关系构造线线角为∠B1A1P,结合动点P分析角度范围判断即可.
【详解】选项A:当点P运动到BC1中点时,设E为B1C1的中点,连接A1E、EP,如下图示,
因为直三棱柱ABC-A1B1C1,所以BB1⊥面A1B1C1,
又因为△C1B1B中中位线EP∥BB1,所以EP⊥面A1B1C1,
所以直线A1P与平面A1B1C1所成的角的正切值tan∠PA1E=EPAE,
因为EP=12BB1,AE=A1B12+B1E2=52BB1,所以tan∠PA1E=55,故说法A错误;
选项B中,连接B1C,与BC1交于E,并连接A1B,如下图示,
由题意知,B1BCC1为正方形,即有B1C⊥BC1,
因为A1B1⊥B1C1且ABC-A1B1C1为直三棱柱,BB1⊥平面A1B1C1,A1B1⊂平面A1B1C1,
所以A1B1⊥BB1,
因为B1C1∩BB1=BB1,B1C1,BB1⊂面B1BCC1,所以A1B1⊥面B1BCC1,
因为BC1⊂面B1BCC1,所以A1B1⊥BC1,
又A1B1∩B1C=B1,A1B1,B1C⊂面A1B1C,所以BC1⊥面A1B1C,
因为OB1⊂面A1B1C,所以BC1⊥OB1,
连接AB1,AC1,同理A1B⊥AB1,B1C1⊥面AA1B1B,
因为A1B⊂面AA1B1B,所以B1C1⊥A1B,
又AB1∩B1C1=B1,AB1,B1C1⊂面AB1C1,所以A1B⊥面AB1C1,
因为OB1⊂面AB1C1,所以A1B⊥OB1,
又A1B∩BC1=B,A1B,BC1⊂面A1BC1,
所以OB1⊥面A1BC1,又A1P⊂面A1BC1,即有A1P⊥OB1,故B说法正确;
选项C:点P运动到BC1中点时,即在△A1B1C中A1P、OB1均为中线,所以Q为中线的交点,
所以根据中线的性质有:PQQA1=12,故C错误;
选项D中,由于A1B1∥AB,直线A1P与AB所成角即为A1B1与A1P所成角∠B1A1P,
由选项A可知A1B1⊥面BB1C1C,因为B1P⊂面BB1C1C,所以A1B1⊥B1P,
所以tan∠B1A1P=B1PA1B1,
点P在BC1上运动时,当P在B或C1上时,∠B1A1P最大为45°,
当P在BC1中点上时,∠B1A1P最小,此时为tan∠B1A1P=22>33,∠B1A1P>30°,
所以∠B1A1P不可能是30°,故D说法正确;
故选:BD
13.2
【分析】根据向量数量积的运算律和定义可直接构造方程求得结果.
【详解】∵a⋅a+b=a2+a⋅b=a2+a⋅bcs=1+12b=2,∴b=2.
故答案为:2.
14.-1
【分析】根据复数有分类求解.
【详解】由题意m2+m=0m≠0,解得m=-1.
故答案为:-1.
15.6π
【分析】利用异面直线所成的角可求PA的长度,将四棱锥补成长方体后可求外接球的直径,从而可求外接球的表面积.
【详解】
如图,因为AB//CD,故∠PBA或其补角为异面直线PB与CD所成的角,
因为PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,故PA⊥AB,
故∠PBA为锐角,故cs∠PBA=255,故PB=2255=5,故PA=1.
将该四棱锥补成如图所示的长方体:
则该长方体的外接球即为四棱锥的外接球,其直径为1+1+4=6,
故表面积为4πR2=π2R2=6π.
故答案为:6π.
16.-2,469
【分析】作出函数fx的图象,结合图象知x1+x2=-2,1
【详解】由题意,作出函数f(x)=x+2, x≤0lg3x, x>0的图象,如图所示,
因为方程fx-a=0有四个根x1,x2,x3,x4且x1
则x1+x2+x3+x4=-4+x3+x4=-4+1x4+x4,
由对勾函数的性质知y=1x4+x4在1,9上单调递增,∴2<1x4+x4≤829
∴-2<-4+1x4+x4≤469,即-2
故答案为:-2,469.
【点睛】关键点点睛:本题主要考查了函数与方程的综合应用,其中解答中作出函数的图象,结合图象和对勾函数的性质求解是解答的关键,着重考查数形结合思想,以及推理与运算能力.
17.(1)π2
(2)-12,2∪(2,+∞)
【分析】(1)根据a⋅b=0得到a与b的夹角;
(2)根据a与b的夹角为钝角得到a⋅b<0且不反向共线,然后求λ即可.
【详解】(1)当λ=-12时,b=-12,1,a⋅b=-2⋅-12+(-1)⋅1=1-1=0,∴a与b的夹角为π2.
(2)因为a与b的夹角为钝角,所以a⋅b=-2λ-1<0,解得λ>-12,
当a与b反向共线,即a⋅b=-|a||b|时,2λ+1=5⋅λ2+1,解得λ=2,
综上,实数λ的取值范围为-12,2∪(2,+∞).
18.(1)证明见解析
(2)255
【分析】(1)设G是PA的中点,连接GE,DG,证明四边形CDGE是平行四边形,可得CE//DG,再根据线面平行的判定定理即可得证;
(2)利用等体积法求解即可.
【详解】(1)设G是PA的中点,连接GE,DG,
由于E是PB的中点,
所以GE//AB,GE=12AB,
由于CD//AB,CD=12AB,
所以GE//CD,GE=CD,
所以四边形CDGE是平行四边形,
所以CE//DG,
由于CE⊄平面PAD,DG⊂平面PAD,
所以CE //平面PAD;
(2)设B到平面PCF的距离为h,
因为PA⊥平面ABCD,CF⊂平面ABCD,所以PA⊥CF,
由于CD//AF,CD=AF,所以四边形ADCF是平行四边形,
由于∠ADC=90°,所以CF⊥AB,
由于AB∩PA=A,AB,PA⊂平面PAB,
所以CF⊥平面PAB,
又PF⊂平面PAB,所以CF⊥PF,
由VB-PCF=VC-PBF,
得13×S△PCF×h=13×S△PBF×CF,
即h=S△PBF×CFS△PCF=12BF×PA×CF12CF×PF=BF×PAPF=1×212+22=255,
所以点B到平面PCF的距离为255.
19.(1)A=π3
(2)S△ABC=33
【分析】(1)根据三角函数的正弦定理和三角恒等变换即可求出,
(2)根据三角函数的正弦定理和余弦定理求出bc,在由三角形面积公式得出结果.
【详解】(1)方法1:∵bsinB+C2=asinB,
由正弦定理:bsinB=asinA
可得sinBsinB+C2=sinAsinB;而sinB>0,故sinB+C2=sinA;
又∵sinA=sin[π-(B+C)]=sin(B+C),∴sinB+C2=sin(B+C)
∵B+C2∈0,π2,(B+C)∈(0,π),
∵sinB+C2=sin(B+C)且B+C2≠B+C,
∴B+C2+(B+C)=π,
B+C=23π,∴A=π3.
方法2:
∵bsinB+C2=asinB,
由正弦定理:bsinB=asinA,
可得sinBsinB+C2=sinAsinB;即sinB+C2=sinA;
其中sinB+C2=sinπ-A2=sinπ2-A2=csA2,
∴csA2=sinA=2sinA2⋅csA2,即sinA2=12;
∵A∈(0,π),A2∈0,π2
∴A2=π6,∴A=π3.
(2)方法1:由正弦定理:bsinB=csinC=asinA=2332=4
∴b+c=4(sinB+sinC)=43,
由余弦定理:a2=b2+c2-2bc⋅csA,
故a2=(b+c)2-2bc-2bc⋅12=48-3bc=12;
解得bc=12
由(1)可知A=π3,
∴sinA=32,
∴S△ABC=12bc⋅sinA
∴S△ABC=12bc⋅sinA=12×12×32=33.
方法2:sinB+sinC=sin(π-A-C)+sinC=sin(A+C)+sinC,
∵A=π3,∴sin(A+C)+sinC=sinπ3+C+sinC=32csC+32sinC,
∴sinB+sinC=32csC+32sinC=3sinC+π6=3得sinC+π6=1,
∵C∈0,23π,
∴C+π6∈π6,56π,∴C+π6=π2,C=π3,
∴B=π-A-C=π-π3-π3=π3,即A=B=C=π3,
△ABC等边三角形,a=b=c=23
∴S△ABC=12bcsinA=12×23×23×32=33.
20.(1)证明见解析;(2)23.
【分析】(1)取AD的中点为O,连接QO,CO,可证QO⊥平面ABCD,从而得到面QAD⊥面ABCD.
(2)在平面ABCD内,过O作OT//CD,交BC于T,则OT⊥AD,建如图所示的空间坐标系,求出平面QAD、平面BQD的法向量后可求二面角的余弦值.
【详解】
(1)取AD的中点为O,连接QO,CO.
因为QA=QD,OA=OD,则QO⊥ AD,
而AD=2,QA=5,故QO=5-1=2.
在正方形ABCD中,因为AD=2,故DO=1,故CO=5,
因为QC=3,故QC2=QO2+OC2,故△QOC为直角三角形且QO⊥OC,
因为OC∩AD=O,故QO⊥平面ABCD,
因为QO⊂平面QAD,故平面QAD⊥平面ABCD.
(2)在平面ABCD内,过O作OT//CD,交BC于T,则OT⊥AD,
结合(1)中的QO⊥平面ABCD,故可建如图所示的空间坐标系.
则D(0,1,0),Q(0,0,2),B(2,-1,0),故BQ=(-2,1,2),BD=(-2,2,0).
设平面QBD的法向量n=(x,y,z),
则{n⋅BQ=0n⋅BD=0即{-2x+y+2z=0-2x+2y=0,取x=1,则y=1,z=12,
故n=(1,1,12).
而平面QAD的法向量为m=(1,0,0),故cs〈m,n〉=11×32=23.
二面角B-QD-A的平面角为锐角,故其余弦值为23.
21.(1)当θ=π3时,郁金香种植面积最大;(1)当θ=π3为时,栈道的总长l最长,l的最大值为6百米.
【分析】(1)求出利用三角形的面积公式可得四边形ABCD关于θ的函数,利用三角函数的恒等变换可以得到“一角一函”的形式,然后根据角的范围利用正弦函数的性质可求得面积最大值;
(2)利用余弦定理求得BC,DA关于θ的三角函数,相加可求出l关于θ的三角函数表达式,利用二倍角公式和换元思想转化为二次函数的最值,进而求解.
【详解】解:(1)
∵线段AB长为4百米,所以圆的半径为2百米,即OA=OB=OC=OD=2,
当∠COD=π3时,由三角形的面积公式得:
SABCD=S△BOC+S△COD+S△DOA
=12×22sinθ+12×22sinπ3+12×22sinπ-θ-π3
=23sinθ+π6+34,
∴0<θ<23π,则π6<θ+π6<56π,
∴sinθ+π6≤1,当θ+π6=π2,即θ=π3时取等号,
∴当θ=π3时,23sinθ+π6+34取得最大值,
∴当θ=π3时,郁金香种植面积最大;
(2)由余弦定理得:
BC=22+22-2×2×2csθ=4sinθ2,DA=22+22+2×2×2×cs2θ=4csθ,
∴l=8sinθ2+4csθ0<θ<π2,
令t=sinθ2,∵0<θ2<π4,∴0
∴t=12,即θ=π3时,l的最大值为6.
故当θ=π3为时,栈道的总长l最长,l的最大值为6百米.
22.(1)fx=2x-2-x,gx=2x+2-x;(2)x∈12lg23,+∞;(3)0<λ≤52.
【分析】(1)构造函数方程,利用奇偶性可解得结果;
(2)2f(x)≥g(x)可化为22x≥3可解得结果;
(3)转化为(2x)2-1-λ[(2x)2+1]+2x=0有实根,令t=2x>0,则转化为t2-1-λ(t2+1)+t=0即λ=t2+t-1t2+1 =1+t-2t2+1有正根,令设t-2=m,则m>-2,则转化为λ=1+mm2+4m+5有大于-2的实根,讨论m,根据对勾函数的单调性可得结果.
【详解】(1)因为f(x)是奇函数,g(x)是偶函数,
所以f(-x)=-f(x),g(-x)=g(x),
则{-f(x)+g(x)=21-xf(x)+g(x)=2x+1
所以{f(x)=2x+1-21-x2=2x-2-xg(x)=2x+1+21-x2=2x+2-x
(2)2f(x)≥g(x)可化为2(2x-2-x)≥2x+2-x,即2x≥3×2-x,
所以22x≥3,所以2x≥lg23,得x≥12lg23,
所以不等式2f(x)≥g(x)的解集为[12lg23,+∞).
(3)关于x的方程f(x)-λg(x)+1=0有实根,即2x-2-x-λ(2x+2-x)+1=0有实根,
所以(2x)2-1-λ[(2x)2+1]+2x=0有实根,
令t=2x>0,则t2-1-λ(t2+1)+t=0有正根,
所以λ=t2+t-1t2+1 =1+t-2t2+1有正根,
因为λ=1+t-2(t-2+2)2+1=1+t-2(t-2)2+4(t-2)+5,
设t-2=m,则m>-2,λ=1+mm2+4m+5,
当m=0时,λ=1,
当m≠0且m>-2时,1λ-1=m2+4m+5m=m+5m+4,
m+5m+4∈(-∞,-12)∪[4+25,+∞)
所以1λ-1<-12或1λ-1≥4+25,
所以0<λ<1或1<λ≤52,
综上所述:0<λ≤52.
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