2020年江苏省常州市高二(下)期中数学试卷(理科)

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2020年08月16日 05:54
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十大特种部队-今年是国庆多少周年



期中数学试卷

题号
得分




总分


一、填空题(本大题共
14
小题,共
70.0
分)
1.

若复数
z
满足(
1+i

z=2i

i
为虚数单位),则复数
z
的实部是
______

2.

已知,是空间两个单位向量,它们的夹角为
60°
,那 么
||=______

3.

若复数
z
满足< br>2z+=3-i
,其中
i
为虚数单位,为
z
的共轭复数,则< br>z
在复平面内对
应的点位于第
______
象限.
4.

设,是两个不共线的空间向量,若
=2
B

D
三点共线,则实数
k
的值为
______

5.

若向量
=

2

-1
,< br>2
),
=

-4

2

m
),且与的夹角为钝角,则实数
m
的取值
范围为
______

6.

著名的哥德巴赫猜想指出:“任何大于
2
的偶数可以表示为两 个素数的和”,用反
证法研究该猜想,应假设的内容是
______

7.

如图,在正四面体
P-ABC
中,
M
N
分别为
PA

BC

中点,
D
是线 段
MN
上一点,且
ND=2DM
,若
=x






8.

我们知道等比数列与等差数列在许 多地方都有类似的性质,请由等差数列
{a
n
}
的前
n
项和 公式
S
n
=
.类比得到正项等比数列
{b
n
}的前
n
项积公式
T
n
=______

,则从到
,则
x+y+z
的值为
______


=3

=k
,且
A

9.

用数学归纳法证明等式:
时左边应添加的项为
_______

10.

如图,在直三棱柱
ABC-A
1
B
1C
1
中,

BAC=90°

AA
1
=A
1
B
1
=A
1
C
1
=4
,点
E
是棱
CC
1
上一点,且异
面直线
A
1< br>B

AE
所成角
的余弦值为,则
C
1
E的长为
______




第1页,共16页




11.

德国数学家莱布尼兹发现了如图所示的 单位分数
三角形(单位分数是指分子为
1
、分母为正整数的
分数),称为莱布 尼兹三角形.根据前
6
行的规律,

7
行的左起第
3
个数为
______









12.

在我国古代数学名著《九章算术》中,将四个面都为直 角三角
PA
⊥形的三棱锥称之为鳖臑(
bienao
).已知在鳖臑
P-ABC
中,
平面
ABC

PA=AB=BC=2
M

PC
的中点,则点
P
到平面
MAB
的距离 为
______







AB=AA
1
=1

M

13.

如图,已知正三棱柱
ABC-A
1
B
1
C
1
中,
N
分别为
CC
1

BC
的中点,点
P在直线
A
1
B
1
上且满

=

λ

R
).若平面
PMN
与平面
ABC
所成的二面角的平面角的大小为
45°
,则实数
λ
的值为
_____ _




14.

如图所示的正方体是一个三 阶魔方(由
27
个全等的棱长为
1
的小正方体构成),
正方形
ABCD
是上底面正中间一个正方形,正方形
A
1
B
1
C
1
D
1
是下底面最大的正方
形,已知点
P
是线段< br>AC
上的动点,点
Q
是线段
B
1
D
上的动点 ,则线段
PQ
长度的
最小值为
______



第2页,共16页


二、解答题(本大题共
6
小题,共
90.0
分)
15.

已知
i
为虚数单位,复数
z
1
= 1-i

z
2
=3+ai

a

R
).

1
)若
z
1
+z
2
为实数,求
z
1
z
2
的值;

2
)若为纯虚数,求
|z
2
|








16.

已知矩阵
M=

N=


1
)求
MN


2
)若曲线
C
1

x
2
-y
2
=1
在矩阵
M N
对应的变换作用下得到另一曲线
C
2
,求
C
2

方程.







17.

已知数列
{a
n
}
满足
a
1
=1

a
n
+1

a
n
,(
a
n
-a
n
-1

2
=2
a
n
+a
n
-1

-1

n≥2

1
)求
a
2

a
3

a
4
的值并猜想数列
{a
n
}
的通项公式;

2
)用数学归纳法证明你的猜想.







18.

如图,在四棱锥
P-ABC
中,已知
PA
⊥平面
ABCD
,且四边形
ABCD
为直角 梯形,

PA=AB=BC==2
,点
E

F
分别 是
AB

PD
的中点.

1
)求证:
EF
∥平面
PBC

(< br>2
)若点
M
为棱
PC
上一点,且平面
EFM
⊥平面
PBC
,求证:
EM

PC

第3页,共16页











19.

如图,在正三棱柱
ABC-A1
B
1
C
1
中,所有棱长都等于
2


1
)当点
M

BC
的中点时,
①求异面直线
AB
1

MC
1
所成角的余弦值;

②求二面角
M-AB
1
-C
的正弦值;
2
)当点
M
在线段
BC
上(包括两个端点)运动时,求直线MC
1
与平面
AB
1
C

成角的正弦值的取值 范围.








2< br>b

c

nn+1

=
20.
< br>(
1
)是否存在实数
a
,使得等式
1

2< br>2
+2

3
2
+3

4
2
+

+
((
an
2
+bn+c

对于一切 正整数
n
都成立?若存在,求出
a

b

c
的值并给出证明;若不存在,请
说明理由.

2
)求证:对任意的
n

N*

第4页,共16页








第5页,共16页



答案和解析

1.
【答案】
1

【解析】解:由(
1+i

z=2i
,得
z=

∴复数
z
的实部是
1

故答案为:
1

把已知等式变形,再由复数代数形式的乘除运算化简得答案.
本题考查复数代数形式的乘除运算,考查复数的基本概念,是基础题.
2.
【答案】


【解析】解:∵


故答案为:
容易求出
出.


,,然后进行数量积的运算即可求出,从而得


考查单位向量的概念,向量数量积的运算及计算公式,向量长度的求法.
3.
【答案】四

【解析】【分析】

z=a+bi< br>(
a

b

R
),代入
2z+=3-i,利用复数相等的条件求得
a

b
的值得答案.
本题考查复数代数形式的加减运算,考查复数的基本概念,考查复数相等的条件,是基
础题.
【解答】
解:设
z=a+bi

a

b

R
),

2z+=3-i
,得
2a+2bi+a-bi =3a+bi=3-i


a=1

b=-1

则复数
z
在复平面内对应的点的坐标为(
1

-1
),所 在的象限是第四象限.
故答案为:四.
4.
【答案】
4

-1

【解析】【分析】
本题考查向量减法,向量的数乘运算,共线向量和平面向量基本定理,属于基础题
.
根据条件可求出,并且,根据
A

B

D
三点共线可得出< br>,这样便可得出,解出
k
即可. 共线,从而存在实数
λ
,使得
【解答】
第6页,共16页


解:

A

B

D
三点共线
,
∴共线
,
,
,
,
,且
,
∴存在 实数
λ
,使


解得
k=4

-1

故答案为
4

-1

5.
【答案】
{m|m

5
,且
m≠-4}

【解析】【分析】
本题考查实数的取值范围的求法,考查向量的数量积公式等基础 知识,考查运算求解能
力,是基础题.
由与的夹角为钝角,得到
范围.
【解答】
解:∵向量
=

2

-1
,< br>2
),
=

-4

2

m
),且与的夹角为钝角,

=-8-2+2m

0
,且,
=-8-2+2m

0
,且,由此能求出实数
m
的取值
解 得
m

5
,且
m≠-4

∴实数
m的取值范围为
{m|m

5
,且
m≠-4}

故答案为
{m|m

5
,且
m≠-4}

6.
【答案】存在一个大于
2
的偶数不可以表示为两个素数的和

【解析】解:由反证法的定义得假设的内容为存在一个大于
2
的偶数不可以表示为两个
素数的和,
故答案为:存在一个大于
2
的偶数不可以表示为两个素数的和
根据反证法的定义对结论进行假设即可.
本题主要考查反证法的应用,结合反证法的定义和步骤是解决本题的关键.比较基础.
7.
【答案】


【解析】解,依题意,
=
+
+

=+=+=+=+
所以
x+y+z=++=

故填:.
第7页,共16页


根据题意,
=+=+=+=+=++
,则
x+y+z
可求.
本题考查了空间向量的分解,解题时要认真审题,注意平面向量加 法法则的合理运用.本
题属于基础题.
8.
【答案】(
b
1
b
n



【解析】【分析】
本题考查了数列递推关系、等比数列的性质、类比推理能力,考查了推理能 力与计算能
力,属于中档题.正项等比数列
{b
n
}
的性质可得:< br>b
m
b
n
=b
p
b
q
,其中
m+n=p+q

m

n

p

q
N
*
.倒序相乘即可得出.
【解答】
解:正项等比数列< br>{b
n
}
的性质可得:
b
m
b
n
= b
p
b
q
,其中
m+n=p+q

m
,< br>n

p

q

N
*


n
项积公式
T
n
=b
1
b
2
•… …•
b
n

T
n
=b
n

bn
-1
•……•
b
1


=
,可得:
T
n
=


故 答案为
9.
【答案】(
k
3
+1

+
(< br>k
3
+2

++

k+1

3

【解析】【分析】
本题考查数学归纳法,属于简单题.
由数学归纳法可 知
n=k
时,左端为
1+2+3+

+k
3
,到< br>n=k+1
时,左端为
1+2+3+

+k
3
+
k
3
+1

+

+

k+ 1

3
,从而可得答案.

【解析】
解:∵用数学归纳 法证明等式
1+2+3+

+n
3
=

n

N
*
)时,

n=1
左边所得的项是
1

假设
n=k
时,命题成立,左端为
1+2+3+

+k
3

则当< br>n=k+1
时,左端为
1+2+3+

+k
3
+
k
3
+1

+

+

k+ 1

3

∴由
n=k

n=k+1
时需 增添的项是(
k
3
+1

+

k
3
+2

++

k+1

3

故答案为 :(
k
3
+1

+

k
3
+2< br>)
++

k+1

3

10.
【答案】
1

【解析】【分析】本题考查利用空间向量求解 空间角,考查数形结合的解题思想方法,
是中档题.

A
1
为坐标原点,分别以
A
1
B
1

A
1
C
1

A
1
A
所在直线为
x

y

z
轴建立空间直角坐标系,

C
1
E=a
,求出与的坐标,由异面直线
A
1
B

AE
所成角的余弦 值为列式求得
a
值.
【解答】以
A
1

为坐标原 点,分别以
A
1
B
1

A
1
C
1

A
1
A
所在直线为
x

y
,< br>z
轴建立空间直
角坐标系,

C
1
E=a
,又
AA
1
=A
1
B
1
=A
1
C
1
=4


A
1

0

0

0
),
B

4

0
4
),
A

0

0

4
),
E

0

4

a
),
,,
第8页,共16页


由题意,
|cos
<,>
|=||=||=

解得:
a=1

a=7
(舍).
故答案为:
1




11.
【答案】

【解析】【分析】
本题考查归纳推理的应用,关 键是分析数表的变化
规律,根据题意,认真观察图形的组成,规律:任
意一个小三角形里,底角 两数相加
=
顶角的数,整
个三角形的两条侧边是自然数的倒数列,据此分析
可 得答案.
【解答】
解:根据题意,分析可得第
7
行第一个数和最后一个数都为,

7
行的第二个数为
-=

则第
7
行的第二个数为
-=
故答案为.


12.
【答案】


【解析】解:∵
PA=AB=BC=2
,∴
PB=2

PC=2
∵∠
PAC=

PBC=90°
,且
M

PC
的中点,

AM=BM=

AB×
∴△
AMB
的面积为
×=×2×=


d×=d

设点
P
到平面
MAB
的距离为
d
,则
V
P
-
AMB
=d

S

AMB




V
p
-
AM B
=V
P
-
ABC
=××

d=
,解得< br>d=

2×2=

∴点
P
到平面
MAB
的距离为.
故答案为:.
求出
AM=BM=
后,根据等体积法可得点面距.
本题考查了点,线,面间的距离计算,属中档题.
13.
【答案】
-2

【解析】解:取
AC
的中点
O
,连接
OB
,则易知
OB

平面
ACC
1
A
1


O
为原点建立如图所示的空间坐标系
O-xyz

第9页,共16页


显然
=

0

1

0
)为平面
ABC
的一个法向量.
∵正三棱柱的棱长 均为
1
,故
A
1
(,
1

0
),
B
1

0

1
,),
M

-
,,
0
),
N

-

0
,) ,


=
(,
-
,),
=+=+λ
=< br>(
-

0
,),
=

1-
,,),
=

1
,,
0
),
设平面
PMN
的法向量为
=

x

y

z
),则,即 ,

z=2λ-5
可得
=


cos



=
+2λ

2
=
λ-2
,< br>2λ-5
),


解得,
λ=-2

故答案为:
-2

建立坐标系,求出平面
PMN
和平面< br>ABC
的法向量,令法向量夹角的余弦值为
±
,即
可求出
λ< br>的值.
本题考查了空间向量与二面角的计算,属于中档题.
14.
【答案】


【解析】解:∵线段
PQ
长度 的最小值转化为异面直
线
AC

B
1
D
之间的距离 ,

AC
的中点
P
,过
P

B
1
D
的垂线,垂足为
Q
,则
此时
PQ
为异面直线的 公垂线段,此时
PQ
的长度就
是最小值.

B
1
D=
×=


=
,∴
PQ
的最小值为
故答案为:
线段
PQ
长度的最小值转化为异 面直线
AC

B
1
D
之间的距离,取
AC
的中点
P
,过
P

B
1
D
的垂线,垂足为
Q
,则此时
PQ
为异面直线的公垂线段,此时
PQ
的长度就 是最
小值.再根据等面积法可得.
本题考查了点,线,面间的距离计算,属中档题.
15.
【答案】解:(
1
)∵
z
1
+z
2
=4+

a-1

i


z
1
+z
2
为实数,则
a=1

此时
z
2
=3+i


z
1
z
2
=

1-i
)(
3+i

=4-2i< br>.

2
)∵
=

第10页,共16页


若为纯虚数,则

a=3


,且,


【解析】本题考查复数代数形式的乘除运算,考查复数的基本概念及复数模的求法,是
基础题.

1
)由已知求得
z
1
+z
2
,由虚部为
0
求得
a
值,则
z
1
z
2
的值可 求;

2
)由复数代数形式的乘除运算化简,再由实部为
0
且虚部 不为
0
求得
a
值,利用复
数模的公式求解.
16.
【答案】解:(
1
)由题意,可知:
M

N=

=


2
)由题意 ,可设曲线
C
1
上任一点
P
1

x
1
y
1
)在矩阵
MN
对应的变换作用下得到点
P
2

x
2

y
2
),
则点
P
2

x
2

y
2
)在曲线
C2
上.

即:

=
=


∴.
解得:.
∵点
P
1

x
1

y
1
)在曲线
C
1
上,
代入曲线
C
1
的方程
x
2
-y
2
=1
,得:
∴可将

整理,得:.
∴曲线
C
2
的方程为:
y
2
-x
2
=3


【解析】本题第(
1
)题根据二阶矩阵的乘法运算进行计算;第(
2
)题可设曲线
C< br>1

任一点
P
1

x
1

y
1
)在矩阵
MN
对应的变换作用下得到点
P
2

x
2

y
2
),则点
P
2
x
2

y
2
)在曲线
C
2
上.然后根 据变换的定义写出相应的矩阵等式,再用
x
2

y
2
表示出
x
1

y
1

代入到曲线
C
1< br>的方程中,即可得到曲线
C
2
的方程.
本题第(
1
)题主要考查二阶矩阵的乘法运算;第(
2
)题主要考查已知一条曲线以及这
条曲线在 线性变换对应的矩阵的条件下求出变换后得到的曲线方程.本题属中档题.
17.
【答案】解 :(
1
)由
a
1
=1

第11页,共16页

n≥2




a
n
+1

a
n
,所以
,解得
a
2
=0

a
2
=4



a
2
= 4
代入①,可得
a
3
=1

a
3
=9

a
n
+1

a
n
,所以. < br>将
a
3
=9
代入①,可得
a
4
=4

a
4
=16


a
n
+1

a
n
,所以
故猜想数列
{a
n
}
的通项公 式为

2
)①当
n=1
时,
.………(
3
分)
.………(
5
分)
,猜想成立.
.………(
7
分)






或.………(
12
分)
,故当
n=k+1
时,猜想成立.
.………(
14
分)
②假设当
n=k

k≥1

k

N
*
)时,猜想成立,即
则当
n=k+1
时,由①得

即< br>即


解得

a
n
+1

a
n
,所以
综上:由①②得

【解析】(
1
)利用 数列的递推关系式求出
a
2

a
3

a
4
的值,然后猜想数列
{a
n
}
的通项
公式;

2
)用数学归纳法的证明步骤证明即可.
本题考查数列的递推关系式的应用,数学归纳法的应用,考查分析问题解决问题的能力.
18 .
【答案】解:∵
PA
⊥平面
ABCD

AD
⊂平 面
ABCD
,∴
PA

AD
.∵
PA
⊥平 面
ABCD

AB
⊂平面
ABCD
,∴
PA
AB

又因为,所以
AB

AD
,则AB

AD

为正交基底,
AP
两两垂直,则以
建立如图所示的空间直角坐标系
A-xyz

则各点的坐标为
A

0

0

0
),
B

2

0

0
),
第12 页,共16页


C

2

2

0< br>),
D

0

4

0
),
P

0

0

2
).
因为点
E

F
分别是
AB

PD
的中点,所以
E< br>(
1

0

0
),
F

0

2

1
).………(
2
分)

1
)证明:设平面
PBC
的一个法向量为

由,得
.因为

,令
x=1
,所以
y=0

z=1


因为
.………(
5
分)
,所以.

EF
⊄平面
PBC
,所以
EF
∥平面
PBC
.…… …(
8
分)
(注:
EF
⊄平面
PBC
没交代扣(
1
分),如果不用空间向量的方法做,比如取
CD
的中

G
证明平面
EFG
∥平面
PBC
,或者延长
DE
和< br>CB
相交于点
H
,然后证明
EF

PH
也可 以,
但如果推理过程有一步错,则扣
6
分)

2
)证明: 因为
M
为棱
PC
上一点,所以,
0≤λ≤1


M

x

y

z
),则(
x
y

z-2



2

2

-2
),所以
x=2λ

y=2λ

z=2-2λ


M




,< br>2-2λ
),
所以
设平面
EFM
的一个法向量为
所 以

x=3λ-2
,则
∵平面
EFM
⊥平面
PBC
,∴
1
).
从而

,因为
,即
EM
PC
.………(
16
分)
,所以,

,则


,消去
y
可得(
3λ-1

x+

2-3λ

z=0

.所以< br>.则
3λ-2+3λ-1=0
,所以
.………(
12
分) < br>,……(
14
分)
M

1

1
,< br>
【解析】说明
AB

AD

AP
两两垂直 ,则以
标系
A-xyz
.求出相关点的坐标,

1
)求出 平面
PBC
的一个法向量,求出
平面
PBC


2

0≤λ≤1

y

z
),设
M

x
,,求出平面
EFM
的一个法向量,通过平面
EFM

,通过.证明
EF

为正交基底,建立空间直角坐
第13页,共1 6页


平面
PBC
求出,计算,即可证明
EM
PC

本题考查平面椭圆平面垂直的判断定理的应用,直线与平面平行的判断定理的应用 ,空
间向量的应用,考查转化思想以及计算能力.
19.
【答案】解:(
1
)取
AC
的中点为
O
,建立空间直角坐标系
O-xyz



M

BC
的中点时,则


C

0

1

0
),



设异面直线
AB
1

MC
1
所成角为
θ



=

=

②,,


设平面
MAB
1
的一个法向量为
则.
∴,令,

y=-1

z=-1
,∴
设平面
AB
1
C
的一个法向量为



,令
x=2



第14页,共16页


∴,∴.
设二面角
M-AB
1
-C
的平面角为
θ


=

所以.




2
)当
M

BC
上运动时,设

M

x

y

z
),∴

则,∴< br>设直线
MC
1
与平面
AB
1
C
所成的角为< br>θ





=


t=λ+1

[1

2]

所以


∴,
,∴
,∴

t

[1

2]



∴直线
MC
1
与平面
AB
1C
所成的角的正弦值的取值范围为.

【解析】本题考查了空间向量与空间角的 计算,弄清各种夹角与向量夹角的关系是关键,
属于中档题.

1
)①建立坐标系,求出和的夹角得出两直线的夹角;
②求出平面
MAB
1
和平面
AB
1
C
的法向量,计算法向量的夹角得 出二面角的大小;

2
)设
围.

,计算和平面AB
1
C
的法向量的夹角,根据
λ
的范围得出线面角的范
20.
【答案】解:(
1
)令
n=1
,得

n= 2
,得②;
①;

n=3

70=9a+3b+c=
③;
由①②③解得< br>a=3

b=11

c=10
.对于
n=1

2
都有
1

2
2
+2

32
+3

4
2
+

+n

n +1

第15页,共16页


2
=

*
)成立.
下面用数学归纳法证明:对一切正整数
n
,(
*
)式都成立.

①当
n=1
时,由上所述知(
*
)式成立;

②假设当
n=k

k≥1

k

N
*
)时(
*
)式成立,即
1

2
2
+2

3
2
+3

4
2
+

+k

k+1

2
=

那么当
n=k+ 1
时,
1

2
2
+2

3
2+3

4
2
+

+k

k+1

2
+

k+1
)(
k+2

2
=
=
=
=



综上:由①②得对一切正整数
n
,(
*
)式都成立,
所以 存在
a=3

b=11

c=10
,使得等式对于一切正整 数
n
都成立.

2
)证明:①当
n=1
时,左边
=
,右边
=
,所以
n=1
时不等式成立;
②假设当
n=k

k≥1

k

N
*
)时不等式成立,即
那么当
n=k+1
时,


**

下面证明当
x≥1
时,

f< br>(
x

=

≥0


, < br>,则
f
′(
x

=-=
所以
f
(< br>x
)在
[1

+∞
)上单调增,所以
f
(< br>x

≥f

1

=0
,即
x≥1< br>时,
因为
k≥1
,所以
因为
所以
由(
**< br>)得
那么
n=k+1
时不等式也成立.
综上:由①,②可得对任意
n

N
*
,.


,则




【解析】(
1)令
n=1

2

3
,解方程组得出
a

b

c
的值,再利用数学归纳法证明;

2
)利用数学归纳法证明.
本题考查了数学归纳法证明,要掌握证明步骤,属于中档题.

第16页,共16页

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