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- 2021-06-11 发布
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2016-2017学年广东省肇庆市高二(上)期末数学试卷(理科)
一、选择题:本大题共12小题,每小题5分,满分60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.(5分)命题“∃x>0,lnx>0”的否定是( )
A.∃x>0,lnx>0 B.∀x>0,lnx>0 C.∃x>0,lnx≥0 D.∀x>0,lnx≤0
2.(5分)过点C(2,﹣1)且与直线x+y﹣3=0垂直的直线是( )
A.x+y﹣1=0 B.x+y+1=0 C.x﹣y﹣3=0 D.x﹣y﹣1=0
3.(5分)双曲线的离心率是( )
A. B. C. D.
4.(5分)如图是一个组合体的三视图,根据图中数据,可得该几何体的体积是( )
A. B. C. D.
5.(5分)“x﹣1>0”是“x2﹣1>0”的( )
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
6.(5分)直线4x+3y+a=0与圆(x﹣1)2+(y﹣2)2=9相交于A、B两点,且,则实数a的值是( )
A.a=﹣5或a=﹣15 B.a=﹣5或a=15 C.a=5或a=﹣15 D.a=5或a=15
7.(5分)如图,将无盖正方体纸盒展开,直线AB,CD在原正方体中的位置关系是( )
A.平行 B.相交成60° C.相交且垂直 D.异面直线
8.(5分)已知椭圆过点B(0,4),则此椭圆上任意一点到两焦点的距离的和是( )
A.4 B.8 C.12 D.16
9.(5分)一个几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的表面积是( )
A.4cm2 B. cm2 C.23cm2 D.24cm2
10.(5分)已知直线l过点(﹣2,0),当直线l与圆x2+y2=2x有两个交点时,其斜率k的取值范围是( )
A. B. C. D.
11.(5分)m,n是空间两条不同直线,α,β是两个不同平面.有以下四个命题:
①若m∥α,n∥β且α∥β,则m∥n;
②若m⊥α,n⊥β且α⊥β,则m⊥n;
③若m⊥α,n∥β且α∥β,则m⊥n;
④若m∥α,n⊥β且α⊥β,则m∥n.
其中真命题的序号是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
12.(5分)已知动直线y=k(x+1)与椭圆C:x2+3y2=5相交于A、B两点,已知点,则的值是( )
A. B. C. D.
二、填空题:本大题共4小题,每小题5分,满分20分.
13.(5分)已知直线l1:3x﹣y+2=0,l2:x+my﹣3=0,若l1∥l2,则m的值等于 .
14.(5分)如图,在圆x2+y2=16上任取一点P,过点P作x 轴的垂线段PD,D为垂足,当点P在圆上运动时,则线段PD的中点M的轨迹方程为 .
15.(5分)某四面体的三视图如图所示,则此四面体的四个面中面积最大的面的面积等于 .
16.(5分)有一球内接圆锥,底面圆周和顶点均在球面上,其底面积为4π,已知球的半径R=3,则此圆锥的体积为 .
三、解答题:本大题共6小题,满分70分.解答须写出文字说明、证明过程和演算步骤.
17.(11分)已知斜率且过点A(7,1)的直线l1与直线l2:x+2y+3=0相交于点M.
(Ⅰ)求以点M为圆心且过点B(4,﹣2)的圆的标准方程C;
(Ⅱ)求过点N(4,2)且与圆C相切的直线方程.
18.(11分)如图,已知正方体ABCD﹣A1B1C1D1,E,F,G,H分别是AD1、CD1、BC、AB的中点.
(Ⅰ)求证:E,F,G,H四点共面;
(Ⅱ)求证:GH⊥B1D.
19.(12分)已知F1,F2分别是双曲线的左右焦点,点P是双曲线上任一点,且||PF1|﹣|PF2||=2,顶点在原点且以双曲线的右顶点为焦点的抛物线为L.
(Ⅰ)求双曲线C的渐近线方程和抛物线L的标准方程;
(Ⅱ)过抛物线L的准线与x轴的交点作直线,交抛物线于M、N两点,问直线的斜率等于多少时,以线段MN为直径的圆经过抛物线L的焦点?
20.(12分)如图,在四棱锥P﹣ABCD中,平面PAD⊥平面ABCD,△ADP是等腰直角三角形,∠APD是直角,AB⊥AD,AB=1,.
(Ⅰ)求直线PB与平面PCD所成角的正弦值;
(Ⅱ)求平面PCD与平面PAB所成二面角的平面角的余弦值.
21.(12分)如图,直角梯形ABCD中,∠ABC=∠BAD=90°,AB=BC且△ABC的面积等于△ADC面积的.梯形ABCD所在平面外有一点P,满足PA⊥平面ABCD,PA=AB.
(1)求证:平面PCD⊥平面PAC;
(2)侧棱PA上是否存在点E,使得BE∥平面PCD?若存在,指出点E的位置并证明;若不存在,请说明理由.
(3)求二面角A﹣PD﹣C的余弦值.
22.(12分)已知椭圆G的中心在平面直角坐标系的原点,离心率,右焦点与圆C:x2+y2﹣2x﹣3=0的圆心重合.
(Ⅰ)求椭圆G的方程;
(Ⅱ)设F1、F2是椭圆G的左焦点和右焦点,过F2的直线l:x=my+1与椭圆G相交于A、B两点,请问△ABF1的内切圆M的面积是否存在最大值?若存在,求出这个最大值及直线l的方程,若不存在,请说明理由.
2016-2017学年广东省肇庆市高二(上)期末数学试卷(理科)
参考答案与试题解析
一、选择题:本大题共12小题,每小题5分,满分60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.命题“∃x>0,lnx>0”的否定是( )
A.∃x>0,lnx>0 B.∀x>0,lnx>0 C.∃x>0,lnx≥0 D.∀x>0,lnx≤0
【考点】命题的否定.
【分析】直接利用特称命题的否定是全称命题写出结果即可.
【解答】解:因为特称命题的否定是全称命题,所以,命题“∃x>0,lnx>0“的否定是∀x>0,lnx≤0.
故选:D
【点评】本题考查命题的否定,全称命题与特称命题的否定关系,是基础题.
2.过点C(2,﹣1)且与直线x+y﹣3=0垂直的直线是( )
A.x+y﹣1=0 B.x+y+1=0 C.x﹣y﹣3=0 D.x﹣y﹣1=0
【考点】直线的一般式方程与直线的垂直关系.
【分析】根据已知,与直线x+y﹣3=0垂直的直线的斜率为1,从而可求出直线方程.
【解答】解:设所求直线斜率为k,
∵直线x+y﹣3=0的斜率为﹣1,且所求直线与直线x+y﹣3=0垂直
∴k=1.
又∵直线过点C(2,﹣1),
∴所求直线方程为y+1=x﹣2,
即x﹣y﹣3=0.
故选C.
【点评】
本题考查直线的点斜式方程以及两直线相互垂直的性质等知识,属于基础题.
3.双曲线的离心率是( )
A. B. C. D.
【考点】双曲线的简单性质.
【分析】根据双曲线方程求出a,c的值,根据离心率公式即可求出.
【解答】解:由双曲线可得a=4,c=5,
∴e==,
故选:A
【点评】本题考查双曲线的方程和性质,主要考查双曲线的离心率的求法,属于基础题.
4.如图是一个组合体的三视图,根据图中数据,可得该几何体的体积是( )
A. B. C. D.
【考点】棱柱、棱锥、棱台的体积.
【分析】由已知中的三视图可得:该几何体是一个半球与圆柱的组合体,分别求出它们的体积,相加可得答案.
【解答】解:由已知中的三视图可得:该几何体是一个半球与圆柱的组合体,
半球的半径为1,故体积为:,
圆柱的底面半径为1,高为3,故体积为:3π,
故组合体的体积V=+3π=,
故选:D
【点评】本题考查的知识点是圆柱的体积和表面积,球的体积和表面积,简单几何体的三视图,难度中档.
5.“x﹣1>0”是“x2﹣1>0”的( )
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【考点】必要条件、充分条件与充要条件的判断.
【分析】解不等式根据充分必要条件的定义以及集合的包含关系判断即可.
【解答】解:由x2﹣1>0,解得:x>1或x<﹣1,
故x﹣1>0”是“x2﹣1>0”的充分不必要条件,
故选:A.
【点评】本题考查了充分必要条件,考查集合的包含关系,是一道基础题.
6.直线4x+3y+a=0与圆(x﹣1)2+(y﹣2)2=9相交于A、B两点,且,则实数a的值是( )
A.a=﹣5或a=﹣15 B.a=﹣5或a=15 C.a=5或a=﹣15 D.a=5或a=15
【考点】直线与圆的位置关系.
【分析】根据弦长和圆半径,求出弦心距,结合点到直线距离公式,构造关于a的方程,解得答案.
【解答】解:∵直线4x+3y+a=0与圆(x﹣1)2+(y﹣2)2=9相交于A、B两点,且,
∴圆心(1,2)到直线4x+3y+a=0的距离为: =1,
即=1,
解得:a=﹣5或a=﹣15,
故选:A
【点评】本题考查的知识点是直线与圆的位置关系,点到直线的距离公式,难度中档.
7.如图,将无盖正方体纸盒展开,直线AB,CD在原正方体中的位置关系是( )
A.平行 B.相交成60° C.相交且垂直 D.异面直线
【考点】棱柱的结构特征.
【分析】将正方体的展开图还原为正方体,得到对应的A,B,C,D,判断AB,CD的位置关系.
【解答】解:将正方体还原得到A,B,C,D的位置如图
因为几何体是正方体,所以连接AC,得到三角形ABC是等边三角形,所以∠ABC=60°;
故选:B.
【点评】本题考查了学生的空间想象能力以及正方体的性质.关键是将平面图形还原为几何体.
8.已知椭圆过点B(0,4),则此椭圆上任意一点到两焦点的距离的和是( )
A.4 B.8 C.12 D.16
【考点】椭圆的简单性质.
【分析】由已知可得B(0,4)是椭圆长轴的一个端点,求得a=4,在由椭圆定义可得答案.
【解答】解:椭圆的一个顶点为(2,0),
又椭圆过点B(0,4),
可知B是椭圆长轴的一个端点,则a=4,
∴椭圆上任意一点到两焦点的距离的和是2a=8.
故选:B.
【点评】本题考查椭圆的简单性质,是基础的定义题.
9.一个几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的表面积是( )
A.4cm2 B. cm2 C.23cm2 D.24cm2
【考点】棱柱、棱锥、棱台的体积;由三视图求面积、体积.
【分析】由三视图知该几何体是一个正方体截去一个三棱锥所得的组合体,累加各个面的面积,可求出几何体的表面积;
【解答】解:根据三视图可知几何体是:
一个正方体截去一个三棱锥P﹣ABC所得的组合体,
直观图如图所示:其中A、B是棱的中点,
正方体的棱长是2cm,则PA=PB=cm,AB=cm,
∴△PAB边AB上的高线为=(cm),
∴该几何体的表面积:
S=6×2×2﹣2××1×2﹣×1×1+××=23(cm2),
故选:C
【点评】本题考查的知识点是棱柱的体积和表面积,棱锥的体积和表面积,简单几何体的三视图,难度中档.
10.已知直线l过点(﹣2,0),当直线l与圆x2+y2=2x有两个交点时,其斜率k的取值范围是( )
A. B. C. D.
【考点】直线与圆的位置关系;直线的斜率.
【分析】圆心到直线的距离小于半径即可求出k的范围.
【解答】解:直线l为kx﹣y+2k=0,又直线l与圆x2+y2=2x有两个交点
故∴
故选C.
【点评】本题考查直线的斜率,直线与圆的位置关系,是基础题.
11.m,n是空间两条不同直线,α,β是两个不同平面.有以下四个命题:
①若m∥α,n∥β且α∥β,则m∥n;
②若m⊥α,n⊥β且α⊥β,则m⊥n;
③若m⊥α,n∥β且α∥β,则m⊥n;
④若m∥α,n⊥β且α⊥β,则m∥n.
其中真命题的序号是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
【考点】空间中直线与平面之间的位置关系.
【分析】①m∥n或m,n相交或m,n异面;②由面面垂直和线面垂直的性质得m⊥n;③判断m⊥β,即可得出结论;④若m∥α,n⊥β且α⊥β,则m∥n或m,n相交或m,n异面.
【解答】解:①若m∥α,n∥β,α∥β,则m∥n或m,n相交或m,n异面,故①错误
②若m⊥α,n⊥β,且α⊥β,则由面面垂直和线面垂直的性质得m⊥n,故正确.
③若m⊥α,且α∥β,则m⊥β,∵n∥β,∴m⊥n,故正确;
④若m∥α,n⊥β且α⊥β,则m∥n或m,n相交或m,n异面,故错误.
故选:B.
【点评】本题主要题考查的知识点是平面的基本性质及推论,空间直线与平面位置关系的判断,其中根据面面平行,线面垂直的判定及性质,空间直线与平面位置关系的定义和几何特征.
12.已知动直线y=k(x+1)与椭圆C:x2+3y2=5相交于A、B两点,已知点,则的值是( )
A. B. C. D.
【考点】椭圆的简单性质.
【分析】联立直线方程与椭圆方程,化为关于x的一元二次方程,利用根与系数的关系结合数量积的坐标运算求得答案.
【解答】解:联立,得(1+3k2)x2+6k2x+3k2﹣5=0,
△=36k4﹣4(3k2+1)(3k2﹣5)=48k2+20>0,
,,
∴
==
=
==.
故选:D.
【点评】本题考查椭圆的简单性质,考查了直线与椭圆位置关系的应用,体现了“设而不求”的解题思想方法,是中档题.
二、填空题:本大题共4小题,每小题5分,满分20分.
13.已知直线l1:3x﹣y+2=0,l2:x+my﹣3=0,若l1∥l2,则m的值等于 ﹣ .
【考点】直线的一般式方程与直线的平行关系.
【分析】利用平行线的充要条件即可得出.
【解答】解:∵l1∥l2,∴,
解得m=﹣.
故答案为:﹣.
【点评】本题考查了平行线的充要条件,考查了推理能力与计算能力,属于基础题.
14.如图,在圆x2+y2=16上任取一点P,过点P作x 轴的垂线段PD,D为垂足,当点P在圆上运动时,则线段PD的中点M的轨迹方程为 .
【考点】轨迹方程.
【分析】设出M的坐标为(x,y),利用中点坐标得出P的坐标为(x,2y),P点在圆上,带入可以M的轨迹方程.
【解答】解:由题意,设M的坐标为(x,y),x 轴的垂线段PD,M是线段PD的中点,
∴P的坐标为(x,2y)
点P在圆x2+y2=16上,
∴x2+4y2=16
即.
故答案为:.
【点评】本题考查了轨迹方程方程的求法,利用到了中点坐标的关系.属于基础题.
15.某四面体的三视图如图所示,则此四面体的四个面中面积最大的面的面积等于 .
【考点】棱柱、棱锥、棱台的体积;由三视图求面积、体积.
【分析】由已知画出几何体的直观图,分析出四个面中的最大值,求出面积可得答案.
【解答】解:由三视图知该几何体为棱锥S﹣ABD,其中SC⊥平面ABCD;
几何体的直观图如下所示:
四面体S﹣ABD的四个面中SBD面的面积最大,
三角形SBD是边长为的等边三角形,
所以此四面体的四个面中面积最大的为.
故答案为:
【点评】本题考查的知识点是棱锥的体积和表面积,简单几何体的三视图,难度中档.
16.有一球内接圆锥,底面圆周和顶点均在球面上,其底面积为4π,已知球的半径R=3,则此圆锥的体积为 或 .
【考点】球内接多面体.
【分析】求出圆锥的高,即可求出圆锥的体积.
【解答】解:由πr2=4π得圆锥底面半径为r=2,如图设OO1=x,
则,圆锥的高或
所以,圆锥的体积为
或.
故答案为或.
【点评】本题考查圆锥的体积,考查学生的计算能力,正确求出圆锥的高是关键.
三、解答题:本大题共6小题,满分70分.解答须写出文字说明、证明过程和演算步骤.
17.(11分)(2016秋•肇庆期末)已知斜率且过点A(7,1)的直线l1与直线l2:x+2y+3=0相交于点M.
(Ⅰ)求以点M为圆心且过点B(4,﹣2)的圆的标准方程C;
(Ⅱ)求过点N(4,2)且与圆C相切的直线方程.
【考点】直线与圆的位置关系.
【分析】(Ⅰ)利用点斜式,可得直线l1的方程,联立直线l2的方程可得圆心M坐标,由两点之间距离公式,求出半径,可得圆的标准方程;
(Ⅱ)分斜率不存在和斜率存在两种情况两种情况,分别求出与圆C相切的直线方程,综合可得答案.
【解答】(本小题满分11分)
解:(Ⅰ)依题意得,直线l1的方程为,即x﹣2y﹣5=0.(2分)
由,解得.
即点M的坐标为M(1,﹣2).
设圆C的半径为r,则r2=|BM|2=(4﹣1)2+(﹣2+2)2=9.(5分)
所以,圆C的标准方程为(x﹣1)2+(y+2)2=9. (6分)
(Ⅱ)①因为圆C过点B(4,﹣2),所以直线x=4为过点N(4,2)且与圆C相切的直线.
(8分)
②设过点N(4,2)且与圆C相切的直线方程的斜率为k1,
则直线方程为k1x﹣y+2﹣4k1=0.(9分)
由,得,即7x﹣24y+20=0是圆C的一条切线方程.(10分)
综上,过点N(4,2)且与圆C:(x﹣1)2+(y+2)2=9相切的直线方程为7x﹣24y+20=0和x=4.(11分)
【点评】
本题考查的知识点是,直线方程,圆的标准方程,直线与圆的位置关系,难度中档.
18.(11分)(2016秋•肇庆期末)如图,已知正方体ABCD﹣A1B1C1D1,E,F,G,H分别是AD1、CD1、BC、AB的中点.
(Ⅰ)求证:E,F,G,H四点共面;
(Ⅱ)求证:GH⊥B1D.
【考点】空间中直线与直线之间的位置关系.
【分析】(Ⅰ)连结AC,证明EF∥GH,即可证明E,F,G,H四点共面;
(Ⅱ)连结BD,证明GH⊥平面BDD1B1,即可证明GH⊥B1D.
【解答】证明:(Ⅰ)如图,连结AC.(1分)
∵E,F分别是AD1、CD1的中点,∴EF∥AC.(2分)
∵G,H分别是BC、AB的中点,∴GH∥AC.
∴EF∥GH.
∴E,F,G,H四点共面.(5分)
(Ⅱ)连结BD.
∵ABCD﹣A1B1C1D1是正方体,∴AC⊥BD,AC⊥DD1.(7分)
∵BD∩DD1=D,BD,DD1⊂平面BDD1B1,∴AC⊥平面BDD1B1.(9分)
又∵GH∥AC,∴GH⊥平面BDD1B1,(10分)
又∵BD1⊂平面BDD1B1,∴GH⊥B1D.(11分)
【点评】
本题考查空间线线、线面位置关系,考查学生分析解决问题的能力,属于中档题.
19.(12分)(2016秋•肇庆期末)已知F1,F2分别是双曲线的左右焦点,点P是双曲线上任一点,且||PF1|﹣|PF2||=2,顶点在原点且以双曲线的右顶点为焦点的抛物线为L.
(Ⅰ)求双曲线C的渐近线方程和抛物线L的标准方程;
(Ⅱ)过抛物线L的准线与x轴的交点作直线,交抛物线于M、N两点,问直线的斜率等于多少时,以线段MN为直径的圆经过抛物线L的焦点?
【考点】双曲线的简单性质.
【分析】(Ⅰ)由双曲线的定义可知,2a=2,即a=1,即可得到双曲线C的渐近线方程,即可求出抛物线L的焦点坐标为A(1,0),即可求出抛物线L的标准方程;
(Ⅱ)设直线MN的斜率为k,则其方程为y=k(x+1).联立方程组,得到得k2x2+2(k2﹣2)x+k2=0,设M(x1,y1),N(x2,y2),根据韦达定理和MF⊥NF,即可求出k的值.
【解答】解:(Ⅰ)由双曲线的定义可知,2a=2,即a=1.
∴双曲线的标准方程为.
∴双曲线的渐近线方程 y=±3x.
双曲线的右顶点坐标为A(1,0),即抛物线L的焦点坐标为A(1,0),
∴抛物线L的标准方程为y2=4x,
(Ⅱ)抛物线y2=4x的准线与对称轴的交点为(﹣1,0).
设直线MN的斜率为k,则其方程为y=k(x+1).
由,得k2x2+2(k2﹣2)x+k2=0.
∵直线MN与抛物线交于M、N两点,
∴△=4(k2﹣2)2﹣4k4>0,解得﹣1<k<1.
设M(x1,y1),N(x2,y2),抛物线焦点为F(1,0),
∵以线段MN为直径的圆经过抛物线焦点,∴MF⊥NF.
∴,即y1y2+x1x2﹣(x1+x2)+1=0.
又,x1x2=1,且y1,y2同号,
∴.解得,∴.
即直线的斜率等于时,以线段MN为直径的圆经过抛物线的焦点.
【点评】本题是一道直线与圆锥曲线的综合题,韦达定理,考查分析问题、解决问题及计算能力,注意解题方法的积累,属于中档题.
20.(12分)(2016秋•肇庆期末)如图,在四棱锥P﹣ABCD中,平面PAD⊥平面ABCD,△ADP是等腰直角三角形,∠APD是直角,AB⊥AD,AB=1,.
(Ⅰ)求直线PB与平面PCD所成角的正弦值;
(Ⅱ)求平面PCD与平面PAB所成二面角的平面角的余弦值.
【考点】二面角的平面角及求法;直线与平面所成的角.
【分析】(Ⅰ)取AD的中点O,连结OP,OC,则PO⊥AD,从而OC,AD,PO两两垂直,以O为原点,建立空间直角坐标系,利用向量法能求出直线PB与平面PCD所成角的正弦值.
(Ⅱ)求出平面PAB的法向量和平面PAB的一个法向量,利用向量法能求出平面PCD与平面PAB所成二面角的平面角的余弦值.
【解答】(本小题满分12分)
解:(Ⅰ)取AD的中点O,连结OP,OC,
∵△ADP是等腰直角三角形,∠APD是直角,∴PO⊥AD.
∵平面PAD⊥平面ABCD,∴PO⊥平面ABCD.
∴PO⊥OA,PO⊥OC,又∵AC=CD,∴OC⊥AD.
即OC,AD,PO两两垂直.(2分)
以O为原点,建立如图所示的空间直角坐标系.
由条件知,,PO=1.
故O,A,B,C,D,P各点的坐标分别为:
O(0,0,0),A(0,1,0),B(1,1,0),C(2,0,0),D(0,﹣1,0),P(0,0,1),
所以,,,,.
设平面PCD的法向量为n=(x,y,z),则,即
令x=1,则y=﹣2,z=2,故n=(1,﹣2,2)是平面PCD的一个法向量.(6分)
设直线PB与平面PCD所成角为θ1,
则,
即直线PB与平面PCD所成角的正弦值为.(8分)
(Ⅱ)设平面PAB的法向量为m=(x1,y1,z1),则,即.
令y1=1,则z1=1,故m=(0,1,1)是平面PAB的一个法向量.(10分)
设平面PCD与平面PAB所成角的二面角的平面角为θ2,
则,
所以平面PCD与平面PAB所成二面角的平面角的余弦值0.(12分)
【点评】本题考查线面角的正弦值的求法,考查二面角的余弦值的求法,是中档题,解题时要认真审题,注意向量法的合理运用.
21.(12分)(2014•宜宾模拟)如图,直角梯形ABCD中,∠ABC=∠BAD=90°,AB=BC且△ABC的面积等于△ADC面积的.梯形ABCD所在平面外有一点P,满足PA⊥平面ABCD,PA=AB.
(1)求证:平面PCD⊥平面PAC;
(2)侧棱PA上是否存在点E,使得BE∥平面PCD?若存在,指出点E的位置并证明;若不存在,请说明理由.
(3)求二面角A﹣PD﹣C的余弦值.
【考点】与二面角有关的立体几何综合题;直线与平面平行的判定;平面与平面垂直的判定.
【分析】(1)证明平面PCD⊥平面PAC,只要证明CD⊥平面PAC,只要证明CD⊥AC、CD⊥PA即可;
(2)当E是PA的中点时,取PD的中点G,连接BE、EG、CG,证明四边形BEGC是平行四边形,利用线面平行的判定可证BE∥平面PCD;
(3)作FM⊥PD,连接CM,则可证∠CMF为二面角A﹣PD﹣C的平面角,求出FM、CM的长,即可得到二面角A﹣PD﹣C的余弦值.
【解答】(1)证明:∵AB=BC且△ABC的面积等于△ADC面积的,∴AD=2BC
作CF⊥AD,垂足为F,则F为AD的中点,且AD=2CF,所以∠ACD=90°
∴CD⊥AC
∵PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD,∴CD⊥PA
又∵PA∩AC=A,∴CD⊥平面PAC
∵CD⊂平面PCD,∴平面PCD⊥平面PAC;
(2)E是PA的中点
当E是PA的中点时,取PD的中点G,连接BE、EG、CG,则EG∥AD∥BC,EG=AD=BC
∴四边形BEGC是平行四边形
∴BE∥CG
∵BE⊄平面PCD,CG⊂平面PCD
∴BE∥平面PCD
(3)解:作FM⊥PD,连接CM,则
∵PA⊥平面ABCD,PA⊂平面PAD
∴平面PAD⊥平面ABCD
∵CF⊥AD,平面PAD∩平面ABCD=AD
∴CF⊥平面PAD
∵FM⊥PD,∴CM⊥PD,
∴∠CMF为二面角A﹣PD﹣C的平面角
设CF=a,则在△PAD中,,∴FM=
∴CM=
∴二面角A﹣PD﹣C的余弦值为
【点评】本题考查面面垂直,考查线面平行,考查面面角,解题的关键是掌握面面垂直、线面平行的判定定理,作出面面角.
22.(12分)(2016秋•肇庆期末)已知椭圆G的中心在平面直角坐标系的原点,离心率,右焦点与圆C:x2+y2﹣2x﹣3=0的圆心重合.
(Ⅰ)求椭圆G的方程;
(Ⅱ)设F1、F2是椭圆G的左焦点和右焦点,过F2的直线l:x=my+1与椭圆G相交于A、B两点,请问△ABF1的内切圆M的面积是否存在最大值?若存在,求出这个最大值及直线l的方程,若不存在,请说明理由.
【考点】椭圆的简单性质.
【分析】(Ⅰ)由圆的方程求出圆心坐标,可得椭圆半焦距c,结合离心率求得a,再由隐含条件求得b,则椭圆方程可求;
(Ⅱ)画出图形,由题意可得,当最大时,△ABF1内切圆的面积也最大,联立直线方程和椭圆方程,求出A,B的坐标,代入三角形面积公式,然后利用换元法结合基本不等式求得最值.
【解答】解:(Ⅰ)圆C:x2+y2﹣2x﹣3=0的圆心为(1,0).
设椭圆G的方程,
则,得a=2.
∴b2=a2﹣c2=22﹣1=3,
∴椭圆G的方程;
(Ⅱ)如图,设△ABF1内切圆M的半径为r,与直线l的切点为C,
则三角形△ABF1的面积等于△ABM的面积+△AF1M的面积+△BF1M的面积.
即=.
当最大时,r也最大,△ABF1内切圆的面积也最大.
设A(x1,y1)、B(x2,y2)(y1>0,y2<0),
则.
由,得(3m2+4)y2+6my﹣9=0,
解得,.
∴.
令,则t≥1,且m2=t2﹣1,
有.
令,由f(t)在[1,+∞)上单调递增,得f(t)≥f(1)=4.
∴.即当t=1,m=0时,4r有最大值3,得,这时所求内切圆的面积为.
∴存在直线l:x=1,△ABF1的内切圆M的面积最大值为.
【点评】本题考查椭圆的简单性质,考查了直线与椭圆位置关系的应用,训练了利用换元法和基本不等式求最值,是中档题.