湖南省高中数学奥林匹克竞赛-高中数学20几分怎么办
一.解答题(共22小题)
1.如图,正方形ADEF与梯形ABCD所在
的平面互相垂直,AD⊥CD,AB∥CD,AB=AD
=,点M在线段EC上.
(1)是否存在点M,使得FM⊥平面BDM,如果存在求出点M位置,如果不存在说明
理由;
(2)当平面BDM与平面ABF所成锐二面角的余弦值为
积.
时,求三棱锥M﹣BDE的体
2.如图,在直四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
中,底面ABCD是边长为2的正方形,E
,F分别
为线段DD
1
,BD的中点.
(1)求证:EF∥平面ABC
1
D
1
;
(2)四棱柱A
BCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
的外接球的表
面积为16π,求异面直线EF与BC所成的
角的大小.
3.如图,PA⊥平面A
BCD,四边形ABCD为矩形,PA=AB=1,AD=2,点F是PB的中点,
点E在边BC上移动
.
(1)求三棱锥E﹣PAD的体积;
(2)证明:无论点E在边BC的何处,都有AF⊥PE.
第1页(共28页)
4.如图所示,正三棱柱ABC﹣A
1
B
1
C
1
的底面边长是2,侧棱长是
(Ⅰ)求证:B
1
C∥
平面A
1
BD;
(Ⅱ)在线段AA
1
上是否存在一点E,使得平面
B
1
C
1
E⊥平面A
1
BD?若存在,求出AE
的
长;若不存在,说明理由.
,D是AC的中点.
5.已知直四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
的底面是菱形,且∠DA
B=60°,AD=AA
1
,F为棱BB
1
的中点,M为线段AC
1
的中点.
(1)求证:FM∥平面ABCD;
(2)求证:平面AFC
1
⊥平面ACC
1
A
1
.
6.如图,在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形,PD⊥面ABCD
,M是
PPC的中点,G是线段DM上异于端点的一点,平面GAP∩平面BDM=GH,PD=2.
(Ⅰ)证明:GH∥面PAD;
(Ⅱ)若PD与面GAP所成的角的正弦值为,求四棱锥D﹣PAHG的体积.
第2页(共28页)
7.如图,在四棱锥A
﹣BCDE中,平面ADC⊥平面BCDE,∠CDE=∠BED=∠ACD=90°,
AB=CD=2
,DE=BE=1,
(I)证明:平面ABD⊥平面ABC;
(Ⅱ)求直线AD与平面ACE所成的角的正弦值.
8.如图,在四棱锥P﹣AB
CD中,AB∥CD,AD⊥平面PCD,PC⊥CD,CD=2AB=2AD
=λPC.
(Ⅰ)求证:平面BDP⊥平面BCP;
(Ⅱ)若平面ABP与平面ADP所成锐二面角的余弦值为,求λ的值.
9.已知
直线2x+y﹣4=0与圆C:x+y﹣2mx﹣y=0(m>0)相交于点M、N,且|OM|=
ON
|(O为坐标原点).
(Ⅰ)求圆C的标准方程;
第3页(共28页)
22
(Ⅱ)若A(0,2),点P、Q分别是直线x+y+2=0和
圆C上的动点,求|PA|+|PQ|的最小
值及求得最小值时的点P坐标.
10.已知圆C
过点P(2,2),且与圆M:(x+6)+(y﹣6)=r(r>0)关于直线x﹣y+6
=0对称.
(1)求圆C的方程;
(2)过点P作两条相异直线分别与圆C相交于点A和点B,且直线P
A和直线PB的倾
斜角互补,O为坐标原点,试判断直线OP和AB是否平行?请说明理由.
11.已知圆C的圆心在直线y=x+1上,半径为
①求圆C的方程.
②过点(3,0)的直线l截图所得弦长为2,求直线l的方程.
12.已知圆C的圆心坐标
(1,1),直线l:x+y=1被圆C截得弦长为
(Ⅰ)求圆C的方程;
(Ⅱ)从圆C外一点P(2,3)向圆引切线,求切线方程.
13.在平面直角坐标系xOy
中,已知圆M的圆心在直线y=﹣2x上,且圆M与直线x+y﹣1
=0相切于点P(2,﹣1).
(1)求圆M的方程;
(2)过坐标原点O的直线l被圆M截得的弦长为,求直线l的方程.
.
,且圆C经过点P(3,6)和点Q(5,6).
222
14.已知圆
C的圆心C在直线y=x上,且与x轴正半轴相切,点C与坐标原点O的距离
为.
(Ⅰ)求圆C的标准方程;
(Ⅱ)直线l过点M(1,)且与圆C相交于A,B两点,求弦长
|AB|的最小值及此时
直线l的方程.
15.如图,矩形ABCD的两条对角线相交于点M
(2,0),AB边所在直线的方程为x﹣3y
﹣6=0,点T(﹣1,1)在AD边所在直线上.
(1)AD边所在直线的方程;
(2)矩形ABCD外接圆的方程.
第4页(共28页)
16.已知三条直线l
1
:x+y﹣3=0,l
2
:3x﹣y﹣1=0,l
3
:2
x+my﹣8=0经过同一点M.
(1)求实数m的值;
(2)求点M关于直线l:x﹣3y﹣5=0的对称点N的坐标.
17.已知圆C
1
与y轴相切于点(0,3),圆心在经过点(2,1)与点(﹣2,﹣3)的直线l
上.
(I)求圆C
1
的方程;
(I)若圆C
1
与圆C
2
:x+y﹣6x﹣3y+5=0相交于M、N两点,求两圆的公共弦MN的
长.
1
8.在平面直角坐标系xOy中,已知以点C(a﹣1,a)(a>0)为圆心的圆过原点O,不
过圆心
C的直线2x+y+m=0(m∈R)与圆C交于M,N两点,且点F(,)为线段
MN的中点.
(Ⅰ)求m的值和圆C的方程;
(Ⅱ)若Q是直线y=﹣2上的动点,直线QA,QB分别切
圆C于A,B两点,求证:直
线AB恒过定点;
(Ⅲ)若过点P(0,t)(0≤t<1)的
直线L与圆C交于D,E两点,对于每一个确定的
t,当△CDE的面积最大时,记直线l的斜率的平方
为u,试用含t的代数式表示u.
19.在平面直角坐标系xOy中,已知圆M:x+y+ay=0(
a>0),直线l:x﹣7y﹣2=0,且
直线l与圆M相交于不同的两点A,B.
(1)若a=4,求弦AB的长;
(2)设直线OA,OB的斜率分别为k
1
,k
2
,若k
1
+k
2
=,求圆M的方程.
20.在平面直角坐标系xOy中,圆O:x+y=1,
(1)P为直线l:x=上一点.
①若点P在第一象限,且OP=,求过点P的圆O的切线方程;
②若存在过点P的直线交圆O
于点A,B,且B恰为线段AP的中点,求点P纵坐标的
第5页(共28页)
22
22
2
22
取值范围;
(
2)已知C(2,0),M为圆O上任一点,问:是否存在定点D(异于点C),使
定值,若存在,求出
D坐标;若不存在,说明你的理由.
21.如图,正三棱柱ABC﹣A
1
B
1
C
1
的侧棱长和底边长均为2,D是BC的中点.
(Ⅰ)求证:AD⊥平面B
1
BCC
1
;
(Ⅱ)求证:A
1
B∥平面ADC
1
;
(Ⅲ)求三棱锥C
1
﹣ADB
1
的体积.
为
<
br>22.如图,三棱锥P﹣ABC中,PA⊥底面ABC,M是BC的中点,若底面ABC是边长为2
的正三角形,且PB与底面ABC所成的角为
(1)三棱锥P﹣ABC的体积;
(2)异面直线PM与AC所成角的大小(结果用反三角函数值表示).
.求:
第6页(共28页)
参考答案与试题解析
一.解答题(共22小题)
1.如图,正方形ADE
F与梯形ABCD所在的平面互相垂直,AD⊥CD,AB∥CD,AB=AD
=,点M在线段EC上.
(1)是否存在点M,使得FM⊥平面BDM,如果存在求出点M位置,如果不存在说明
理由;
(2)当平面BDM与平面ABF所成锐二面角的余弦值为
积.
时,求三棱锥M﹣BDE的体
【解答】解:(1)不存在点M,使得FM⊥平面BDM.
证明如下:
∵正方形ADEF与梯形ABCD所在的平面互相垂直,AD⊥CD,
∴DA,DC,DE所在直线两两互相垂直,
以D为坐标原点,分别以DA,DC,DE所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系.
则D(0,0,0),F(2,0,2),B(2,2,0),设M(0,b,c),
则,,
,
.
设平面DBM的一个法向量为
由,取y=﹣1,则.
若与共线,则,即c﹣2c+2=0,此方程无解.
2
∴不存在点M,使得FM⊥平面BDM;
(2)由(1)知,是平面BDM的一个法向量,
第7页(共28页)
而ABF的一个法向量为
由|cos<>|==
.
,
得
再由
,即b=2c.
与共线,可得b=2c=2.
即点M为EC中点,此时,S
△
DEM
=2,AD为三棱锥B﹣DEM的高,
∴.
2.如图,在直四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
中,底面ABCD是边长为2的正方形,E,F分别
为线
段DD
1
,BD的中点.
(1)求证:EF∥平面ABC
1
D
1
;
(2)四棱柱A
BCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
的外接球的表
面积为16π,求异面直线EF与BC所成的
角的大小.
【解答】解:(1)连接
BD
1
,在△DD
1
B中,E、F分别为线段DD
1
、BD
的中点,
∴EF为中位线,∴EF∥D
1
B,
∵D
1
B
?面ABC
1
D
1
,EF?面ABC
1
D
1
,
∴EF∥平面ABC
1
D
1
;
(2)由(1)知E
F∥D
1
B,故∠D
1
BC即为异面直线EF与BC所成的角,
第8页(共28页)
∵四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
的外接球的表面积为16π, ∴四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
的外接球的半径R=2,
设AA
1
=a,则,解得a=,
在直四棱柱A
BCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
中,
∵BC⊥平面CDD
1
C
1
,CD
1
?平面CD﹣D1
C
1
,
∴BC⊥CD
1
,在RT△CC
1
D
1
中,BC=2,CD
1
=
∴tan∠D
1BC=,则∠D
1
BC=60°,
,D
1
C⊥BC,
∴异面直线EF与BC所成的角为60°.
3.如图,PA⊥平面ABCD,四边
形ABCD为矩形,PA=AB=1,AD=2,点F是PB的中点,
点E在边BC上移动.
(1)求三棱锥E﹣PAD的体积;
(2)证明:无论点E在边BC的何处,都有AF⊥PE.
【解答】(1)解:∵PA⊥平面ABCD,且四边形ABCD为矩形.
∴
∴
,…(3分)
…(6分)
(2)证明:∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥AB,
又∵PA=AB=1,且点F是PB的中点,
第9页(共28页)
∴AF⊥PB…(8分)
又PA⊥BC,BC⊥AB,PA∩AB=A,∴BC⊥平面PAB,
又AF?平面PAB,∴BC⊥AF…(10分)
由AF⊥平面PBC,又∵PE?平面PBC
∴无论点E在边BC的何处,都有AF⊥PE成立.…(12分)
4.如图所示,正三棱柱A
BC﹣A
1
B
1
C
1
的底面边长是2,侧棱长是
(
Ⅰ)求证:B
1
C∥平面A
1
BD;
(Ⅱ)在线段AA
1
上是否存在一点E,使得平面B
1
C
1
E⊥平面A
1
BD?若存在,求出AE
的长;若不存在,说明理由.
,D是AC的中点.
【解答】解:(I)连接AB
1
交A
1
B于点M,连接MD. ∵三棱柱ABC﹣A
1
B
1
C
1
是正三棱柱,∴四边形
BAA
1
B
1
是矩形,
∴M为AB
1
的中点.
∵D是AC的中点,∴MD∥B
1
C.
又MD?平面A
1
BD,B
1
C?平面A
1
BD,
∴B
1
C∥平面A
1
BD.
(II)作CO⊥AB于点O,则CO⊥平面ABB
1
A
1
,
以O为坐标原点建立空间直角坐标系,假设存在点E,设E(1,a,0).
∵AB=2,A
A
1
=
A
1
(1,
,D是AC的中点,∴A(1,0,0)
,B(﹣1,0,0),C(0,0,
,0),C
1
(0,
),
,)
.
,0).
,,
),
,0),B
1
(﹣1,
),∴D(,0,=(,0,=(2,
设是平面A
1
BD的法向量为=(x,y,z)
,∴
∴,令x=﹣,得=(﹣
,﹣
,2,3).
),=(﹣1,0,﹣).
∵E(1,a,0),则
=(1,a﹣
第10页(共28页)
设平面B
1
C
1
E的法向量为=(x,y,z),∴,.
∴,令z=﹣,得=(3,,﹣).
∵平面B
1
C
1
E⊥
平面A
1
BD,∴
即﹣3+﹣3=0,解得a=
=0,
.
. ∴存在点E,使得平面B
1
C
1
E⊥平面A
1
BD,且AE=
5.已知直四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
的底面是菱形,且∠DAB=60°,AD=AA
1
,F为棱BB
1
的中点,M为线段AC
1
的中点.
(1)求证:FM∥平面ABCD;
(2)求证:平面AFC
1
⊥平面ACC
1
A
1
.
【解答】证明:(1)延长C
1
F交CB的延长线于点N,连接AN.
∵F是BB
1
的中点,
∴F为C
1
N的中点,B为CN的中点.
又M是线段AC
1
的中点,
故MF∥AN.
又MF不在平面ABCD内,AN?平面ABCD,
∴MF∥平面ABCD.
(2
)连BD,由直四棱柱ABCD﹣A
1
B
1
C
1
D
1
,可知A
1
A⊥平面ABCD,
第11页(共28页)
又∵BD?平面ABCD,∴A
1
A⊥BD.
∵四边形ABCD为菱形,∴AC⊥BD.
又∵AC∩A
1
A=A,AC,
A
1
A?平面ACC
1
A
1
,∴BD⊥平面ACC
1
A
1
.
在四边形DANB中,DA∥BN且DA=BN,∴四边形DANB为平行四边形,
故NA∥BD,∴NA⊥平面ACC
1
A
1
,
又∵NA?平面AFC
1
,
∴平面AFC
1
⊥ACC
1
A
1
.
<
br>6.如图,在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形,PD⊥面ABCD,M是
PPC的中点,G是线段DM上异于端点的一点,平面GAP∩平面BDM=GH,PD=2.
(Ⅰ)证明:GH∥面PAD;
(Ⅱ)若PD与面GAP所成的角的正弦值为,求四棱锥D﹣PAHG的体积.
【解答】(Ⅰ)证明:连接AC,交BD于O,则O为AC的中点,连接OM,
∵M为PC的中点,则OM∥PA,
∵OM?平面BMD,PA?平面BMD,∴PA∥平面BMD,
∵PA?平面GPA,平面GPA∩平面MDB=GH,∴PA∥GH,
而PA?平面PAD,GH?平面PAD,∴GH∥面PAD;
第12页(共28页)
(Ⅱ)解:以D为坐标原点,分别以DA,DC,DP所在直线为
x,y,z轴建立空间直角
坐标系,
则D(0,0,0),A(2,0,0),P(0,0,2),M(0,1,1),
设=(0,λ,λ),则
.
,=(0,λ,λ﹣2),
设平面PAG的一个法向量为
由,取z=1,得.
,
由PD与面GAP所成的角的正弦值为
,
,得|cos<>|=
解得:或λ=﹣1(舍).
∴G为DM的中点,则H为OD的中点,
此时,PA=,GH==,.
D到平面PCAH的距离d==.
由
得cos<
,
>==
,
=.
∴sincos<>=.
.
=.
则GH与PA间的距离为h=
∴四棱锥D﹣PAHG的体积V=
第13页(共28页)
7.如图,在四棱锥A﹣BCDE中,平面ADC⊥平
面BCDE,∠CDE=∠BED=∠ACD=90°,
AB=CD=2,DE=BE=1,
(I)证明:平面ABD⊥平面ABC;
(Ⅱ)求直线AD与平面ACE所成的角的正弦值.
【解答】(Ⅰ)证明:取CD的中点M,连接BM,可得四边形BMDE是正方形.
BC=BM+MC=2.
∵BD+BC=DE+BE+BC=DC,
∴∠CBD=90°,∴BD⊥BC.
又AC⊥平面CDE,BD?平面BCDE,∴BD⊥AC,
故BD⊥平面ABC.
∵BD?平面ABD,
∴平面ABD⊥平面ABC.
(Ⅱ)解:过点D作DH⊥CE.∵AC⊥DH,∴DH⊥平面ACE.
∴∠DAH即为AD与平面ACE所成的角.
AB=DC=2.
在Rt△DCE中,DE=1,CD=2,∴CE=,
222222
222
第14页(共28页)
∴DH=
∵AC=
==
=
.
,∴AD=
=.
=,
在Rt△AHD中,sin∠DAH=
8.如图,在四棱锥P﹣AB
CD中,AB∥CD,AD⊥平面PCD,PC⊥CD,CD=2AB=2AD
=λPC.
(Ⅰ)求证:平面BDP⊥平面BCP;
(Ⅱ)若平面ABP与平面ADP所成锐二面角的余弦值为,求λ的值.
【解答】(Ⅰ)证明:∵AD⊥平面PCD,∴AD⊥PC,
又∵CD⊥PC,AD∩CD=D,
∴PC⊥平面ABCD,
∵BD?平面ABCD,∴PC⊥BD,
设AB=AD=1,则CD=2,
由题意知在梯形ABCD中,有BD=BC=
∴BD+BC=CD,∴BD⊥BC,
又PC∩BC=C,∴BD⊥平面BCP.
∵BD?平面BDP,∴平面BPD⊥平面BCP.
(2)解:以点D为原点,DA、DC、
DQ为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系.设
第15页(共28页)
222
,
AB=1,PC=a,
则D(0,0
,0),A(1,0,0),B(1,1,0),P(0,2,a),
(0,2,a),
设=(x,y,z)为平面ADP的一个法向量,
则==0,可得,
=(1,0,0),=
令z=﹣2,则y=a,∴=(0,a,﹣2).
同理可得平面ABP的一个法向量=(a,0,1).∴|cos|==
=,
解得:a=
∴λ=.
,
9.已知直线2x+y﹣4=0与圆C:x+y﹣
2mx﹣y=0(m>0)相交于点M、N,且|OM|=
ON|(O为坐标原点).
(Ⅰ)求圆C的标准方程;
(Ⅱ)若A(0,2),点P、Q分别是直线x+y+2=0和圆
C上的动点,求|PA|+|PQ|的最小
值及求得最小值时的点P坐标.
【解答】解:(Ⅰ)化圆C:x+y﹣2mx﹣y=0(m>0)为
则圆心坐标为C(m,),
∵|OM|=|ON|,则原点O在MN的中垂线上,
设MN的中点为H,则CH⊥MN,∴C、H、O三点共线,
22
22
.
则直线OC的斜率k=
∴m=2或m=﹣2.
,
∴圆心为C(2,1)或C(﹣2,﹣1),
∴圆C的方程为(x﹣2)+(y﹣1)=5或(x+2)+(y+1)=5,
由于当圆方程为(x+2)+(y+1)=5时,直线2x+y﹣4=0到圆心的距离d>r,
第16页(共28页)
22
2222
此时不满足直线与圆相交,故舍去,
∴圆C的方程为(x﹣2)+(y﹣1)=5;
(Ⅱ)点A(0,2)关于直线x+y+2=0的对称点为A′(﹣4,﹣2),
则|PA|+|PQ|=|PA′|+|PQ|≥|A′Q|,
又A′到圆上点Q的最短距离为
|A′C|﹣r=
∴|PA|+|PQ|的最小值为2
﹣=3﹣=2.
22
,直线A′C的方程为y=x,
则直线A′C与直线x+y+2=0的交点P的坐标为(﹣,﹣).
10.已知圆C过点P(
2,2),且与圆M:(x+6)+(y﹣6)=r(r>0)关于直线x﹣y+6
=0对称.
(1)求圆C的方程;
(2)过点P作两条相异直线分别与圆C相交于点A和点B,且直线P
A和直线PB的倾
斜角互补,O为坐标原点,试判断直线OP和AB是否平行?请说明理由.
【解答】(1)解:由题意可得点C和点M(﹣6,6)关于直线x﹣y+6=0对称,
且圆C和圆M的半径相等,都等于r.
设C(m,n),由
解得:m=0,n=0.
故原C的方程为x+y=r.
再把点P(2,2)代入圆C的方程,求得r=
故圆的方程为:x+y=8;
(2)证明:过点P作两条相异直线分别与圆C相交于A,B,
且直线PA和直线PB的倾斜角互补,O为坐标原点,
则得直线OP和AB平行,
理由如下:由题意知,直线PA和直线PB的斜率存在,且互为相反数,
故可设PA:y﹣2=k(x﹣2),PB:y﹣2=﹣k(x﹣2).
由,得(1+k)x+4k(1﹣k)x+4(1﹣k)﹣8=0,
222
22
222
222
且,
.
第17页(共28页)
∵P的横坐标x=2一定是该方程的解,∴,
同理,x
B
=.
由于AB的斜率k
AB
==
==1=k
OP
(OP的斜率),
∴直线AB和OP一定平行.
11.已知圆C的圆心在直线y=x+1上,半径为
①求圆C的方程.
②过点(3,0)的直线l截图所得弦长为2,求直线l的方程.
【解答】解:①由题意可知
,设圆心为(a,a+1),则圆C为:(x﹣a)+[y﹣(a+1)]
=2,
∵圆C经过点P(3,6)和点Q(5,6),
∴
解得:a=4.
则圆C的方程为:(x﹣4)+(y﹣5)=2;
②当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y=k(x﹣3)即kx﹣y﹣3k=0,
∵过点(3,0)的直线l截圆所得弦长为2,
∴,则.
22
22
,且圆C经过点P(3,6)和点Q(5,6).
,
∴直线l的方程为12x﹣5y﹣36=0,
当直线l的斜率不存在时,直线l为x=3,此时弦长为2符合题意,
综上,直线l的方程为x=3或12x﹣5y﹣36=0.
12.已知圆C的圆心坐标(1,
1),直线l:x+y=1被圆C截得弦长为
(Ⅰ)求圆C的方程;
(Ⅱ)从圆C外一点P(2,3)向圆引切线,求切线方程.
【解答】解:(Ⅰ)设圆C的标准方程为:(x﹣1)+(y﹣1)=r(r>0),
第18页(共28页)
222
.
则圆心C(1,1)到直线x+y﹣1=0的距离为:
,…(2分)
则
2
,
2
∴圆C的标准方程:(x﹣1)+(y﹣1)=1;…(5分)
(Ⅱ)①当切线的斜率不存在时,切线方程为:x=2,
此时满足直线与圆相切;…(6分)
②当切线的斜率存在时,设切线方程为:y﹣3=k(x﹣2),
即y=kx﹣2k+3;
则圆心C(1,1)到直线kx﹣y﹣2k+3=0的距离为:
,…(8分)
化简得:4k=3,解得,
∴切线方程为:3x﹣4y+6=0;…(11分)
综上,切线的方程为:x=2和3x﹣4y+6=0.…(12分)
13.在平面直角坐标系
xOy中,已知圆M的圆心在直线y=﹣2x上,且圆M与直线x+y﹣1
=0相切于点P(2,﹣1)
.
(1)求圆M的方程;
(2)过坐标原点O的直线l被圆M截得的弦长为,求直线l的方程.
【解答】解:(1)过
点(2,﹣1)且与直线x+y﹣1=0垂直的直线方程为x﹣y﹣3=0,…
(2分)
由
解得,
所以圆心M的坐标为(1,﹣2),…(4分)
所以圆M的半径为r=,…(6分)
22
所以圆M的方程为 (x﹣1)+(y+2)=2.
…(7分)
(2)因为直线l被圆M截得的弦长为
所以圆心M到直线l的距离为d=
,
=,…(9分)
若直线l的斜率不存在,则l为x=0,此时,圆心M到l的距离为1,不符合题意.
若直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=kx,即kx﹣y=0,
第19页(共28页)
由d=
2
=,…(11分)
整理得k+8k+7=0,
解得k=﹣1或﹣7,…(13分)
所以直线l的方程为x+y=0或7x+y=0. …(14分)
14.已知圆C的圆心C在直线y=x上,且与x轴正半轴相切,点C与坐标原点O的距离
为.
(Ⅰ)求圆C的标准方程;
(Ⅱ)直线l过点M(1,)且与圆C相交于A,B两点,求弦长
|AB|的最小值及此时
直线l的方程.
【解答】解:(Ⅰ)由题可设圆心C(a,a),半径r,
∵
∴a=±1.
又∵圆C与x轴正半轴相切,
∴a=1,r=1.
∴圆C的标准方程:(x﹣1)+(y﹣1)=1.
(Ⅱ)①当直线l的斜率不存在时,
直线l的方程为x=1,此时弦长|AB|=2.
②当直线l的斜率存在时,
设直线l的方程:
22
.
点C到直线l的距离,
弦长,
当k=0时,弦长|AB|取最小值
此时直线l的方程为.
,
由①②知当直线l的方程为时,弦长|AB|取最小值为.
15.如图,矩形ABCD的两条
对角线相交于点M(2,0),AB边所在直线的方程为x﹣3y
第20页(共28页)
﹣6=0,点T(﹣1,1)在AD边所在直线上.
(1)AD边所在直线的方程;
(2)矩形ABCD外接圆的方程.
【解答】解:(1)∵AB边所在直线的方程为x﹣3y﹣6=0,且AD与AB垂直,
∴直线AD的斜率为﹣3.又因为点T(﹣1,1)在直线AD上,
∴AD边所在直线的方程为y﹣1=﹣3(x+1),3x+y+2=0.
(2)由,解得点A的坐标为(0,﹣2),
∵矩形ABCD两条对角线的交点为M(2,0).
∴M为矩形ABCD外接圆的圆心,又|
AM|=(2﹣0)+(0+2)=8,∴
从而矩形ABCD外接圆的方程为 (x﹣2)+y=8.
16.已知三条直线l
1
:x+y﹣3=0,l
2
:3x﹣y﹣1=
0,l
3
:2x+my﹣8=0经过同一点M.
(1)求实数m的值;
(2)求点M关于直线l:x﹣3y﹣5=0的对称点N的坐标.
【解答】解:(1)解方程组
(3分)
将点M(1,2)的坐标代入直线l
3
:2x+my﹣8=0的方程,得m=3.…………(6分)
,得交点M(1,2).
……………………………
22
222
.
(2)法一:设点N的坐标为(m,n),则由题意可………(9分)
解得…………………………………………………………………………(12分)
所以,所求对称点N的坐标(3,﹣4).………………………………………………(14
分)
法二:由(1)知M(1,2),所以,过M且与x﹣3y﹣5=0垂直的直线方程为:y﹣2=
﹣3(x﹣1),
第21页(共28页)
即3x+y﹣5=0.…………………………………………………………………(8分)
解方程组得交点为H(2,﹣1)………………………………………(10分)
因为M,N的
中点为H,所以,x
N
=2×2﹣1=3,y
N
=2×(﹣1)﹣2=﹣4.
……(13
分)
所以,所求对称点N的坐标(3,﹣4).………………………………………………(14
分)
17.已知圆C
1
与y轴相切于点(0,3),圆心在经过点(2,1)与点(﹣2,
﹣3)的直线l
上.
(I)求圆C
1
的方程;
(I)若圆C1
与圆C
2
:x+y﹣6x﹣3y+5=0相交于M、N两点,求两圆的公共弦M
N的
长.
【解答】解:(Ⅰ)经过点(2,1)与点(﹣2,﹣3)的直线方程为
即y=x﹣1.
由题意可得,圆心在直线y=3上,
联立,解得圆心坐标为(4,3),
,
22
故圆C
1
的半径为4.
则圆C
1
的方程为(x﹣4)+(y﹣3)=16;
(Ⅱ)∵圆C
1
的方程为(x﹣4)+(y﹣3)=16,
即x+y﹣8x﹣6y+9=0,
圆C
2
:x+y﹣6x﹣3y+5=0,
两式作差可得两圆公共弦所在直线方程为2x+3y﹣4=0.
圆C
1
的圆心到直线2x+3y﹣4=0的距离d=.
22
22
22
22
∴两圆的公共弦MN的长为2=2.
2
18.在平面直角坐标系xOy中,已知以点C(a﹣1,a)(a>0)为圆心的圆过原点O,不过圆心C的直线2x+y+m=0(m∈R)与圆C交于M,N两点,且点F(,)为线段
MN的中
点.
(Ⅰ)求m的值和圆C的方程;
第22页(共28页)
(Ⅱ)若Q是直线y=﹣2上的动点,直线QA,QB分别切圆C于A,B两
点,求证:直
线AB恒过定点;
(Ⅲ)若过点P(0,t)(0≤t<1)的直线L与圆C交
于D,E两点,对于每一个确定的
t,当△CDE的面积最大时,记直线l的斜率的平方为u,试用含t
的代数式表示u.
【解答】(Ⅰ)解:由题意,,
即2a﹣a﹣1=0,解得a=1(a>0).
∴圆心坐标为(0,1),半径为1,
由圆心到直线2x+y+m=0的距离d=
=﹣2,
∵点F(,)在直线2x+y+m=0上,
∴m=﹣2.
故m=﹣2,圆C的方程为x+(y﹣1)=1;
(Ⅱ)证明:设Q(t,﹣2),则QC的
中点坐标为(
以QC为直径的圆的方程为
即x+y﹣tx+y﹣2=0.
联立,
22
22
2
=,可得m=0或m
),
,
可得AB所在直线方程为:tx﹣3y+2=0.
∴直线AB恒过定点(0,);
(Ⅲ)解:由题意可设直线l的方程为y=kx+t,△ABC的面积为S,
则S=|CA|?|CB|?sin∠ACB=sin∠ACB,
∴当sin∠ACB最大时,S取得最大值.
要使sin∠ACB=
即=,
,只需点C到直线l的距离等于,
第23页(共28页)
整理得:k=2(t﹣1)﹣1≥0,解得t≤1﹣
①当t∈[0,
1﹣
②当t∈(1﹣
∵y=sinx是(
22
.
222
]
时,sin∠ACB最大值是1,此时k
=2t﹣4t+1,即u=2t﹣4t+1.
,1)时,∠ACB∈(,π).
,π)上的减函数,∴当∠ACB最小时,sin∠ACB最大.
过C作CD⊥AB于D,则∠ACD=∠ACB,∴当∠ACD最大时,∠ACB最小.
∵sin∠CAD=,且∠CAD∈(0,),
∴当|CD|最大时,sin∠CAD取得最大值,即∠CAD最大.
∵|CD|≤|CP|,∴当CP⊥l时,|CD|取得最大值|CP|.
∴当△ABC的面积最大时,直线l的斜率k=0,∴u=0.
综上所述,u=.
19.在平面直角坐标系xOy中,已知圆M:x+y+ay=0(a>0),直线l:x﹣7y﹣2=0,且<
br>直线l与圆M相交于不同的两点A,B.
(1)若a=4,求弦AB的长;
(2)设
直线OA,OB的斜率分别为k
1
,k
2
,若k
1
+k2
=,求圆M的方程.
【解答】解:(1)由题意知,a=4时圆心M坐标为(0,﹣2),半径为2,
圆心到直线距离d=
∴弦|AB|=;
,
22
(2)设A(x<
br>1
,y
1
),B(x
2
,y
2
),
联立
2
,
整理得50y+(28+a)y+4=0.
∵△=(28+a)﹣16×50>0,
∴.
2
,
第24页(共28页)
则,.
于是=
=
∴a=2.
∴圆的方程为x+y+2y=0.
22
.
20.在平面直角坐标系xOy中,圆O:x+y=1,
(1)P为直线l:x=上一点.
①若点P在第一象限,且OP=,求过点P的圆O的切线方程;
②若存在过点P的直线交圆O
于点A,B,且B恰为线段AP的中点,求点P纵坐标的
取值范围;
(2)已知C(2,0)
,M为圆O上任一点,问:是否存在定点D(异于点C),使
定值,若存在,求出D坐标;若不存在,说
明你的理由.
【解答】解:(1)①设点P的坐标为(,y
0
),
∵OP
=,∴+y
0
=
2
22
为
,解得y
0
=±
1.
又点P在第一象限,∴y
0
=1,
即P的坐标为(,1).
易知过点P的圆O的切线的斜率必存在,可设切线的斜率为k,
则切线为y﹣1=k(x﹣),即kx﹣y+1﹣k=0,
于是有=1,解得k=0或k=.
因此过点P的圆O的切线方程为:y=1或24x﹣7y﹣25=0;
②设A(x,y),则B(,
22
),
22
∵点A、B均在圆O上
,∴有圆x+y=1与圆(x+)+(y+y
0
)=4有公共点.
第25页(共28页)
于是1≤≤3,解得﹣≤y
0
≤
,];
,
即点P纵坐标
的取值范围是[﹣
(2)设M(x,y),假设存在点D(m,n),使
22222222为定值t(t>0),
2
则MC=tMD,即(x﹣2)+y=t(x﹣m)+t(y﹣n),
∴
22
,
∵M在圆O:x+y=1上,
∴,解得t=,m=,n=0.
∴存在定点D(),使为定值.
21.如图,正三
棱柱ABC﹣A
1
B
1
C
1
的侧棱长和底边长均为2,D是
BC的中点.
(Ⅰ)求证:AD⊥平面B
1
BCC
1
;
(Ⅱ)求证:A
1
B∥平面ADC
1
;
(Ⅲ)求三棱锥C
1
﹣ADB
1
的体积.
【解
答】(Ⅰ)证明:因为ABC﹣A
1
B
1
C
1
是正三棱柱,
所以CC
1
⊥平面ABC
因为AD?平面ABC,所以CC
1
⊥AD
因为△ABC是正三角形,D为BC中点,所以BC⊥AD,…(4分)
因为CC
1
∩BC=C,所以AD⊥平面B
1
BCC
1
.…(5分)
(Ⅱ)证明:连接A
1
C,交AC
1
于点O,连接OD.
第26页(共28页)
由 ABC﹣A1
B
1
C
1
是正三棱柱,得四边形ACC
1
A
1
为矩形,O为A
1
C的中点.
又D为BC中点,所以OD为△A
1
BC中位线,
所以A
1
B∥OD,…(8分)
因为A
1
B?平面ADC
1
,OD?平面ADC
1
,
所以A
1
B∥平面ADC
1
;(10分)
(Ⅲ)解:V<
br>C1
﹣
ADB1
=V
A
﹣
C1DB1
=分)
22.如图,三棱锥P﹣ABC中,PA⊥底面ABC,M是BC的中点,若底面ABC是边
长为2
的正三角形,且PB与底面ABC所成的角为
(1)三棱锥P﹣ABC的体积;
(2)异面直线PM与AC所成角的大小(结果用反三角函数值表示).
.求:
=.…(14
【解答】解:(1)因为PA⊥底面ABC,PB与底面ABC所成的角为
所以
因为AB=2,所以
第27页(共28页)
(2)
连接PM,取AB的中点,记为N,连接MN,则MN∥AC
所以∠PMN为异面直线PM与AC所成的角
计算可得:,MN=1,
异面直线PM与AC所成的角为
第28页(共28页)
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