(同步优化设计)2021年高中数学 数学文化课后篇巩固提升(含解析)北师大版选择性必修第一册.docx
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1、数学文化【数学文化简介】数学不仅是一门科学,也是一种文化,即“数学文化”;数学文化是人类文化的重要组成部分,是人类精神与社会进步的产物,也是推动社会发展的动力.对于数学文化,这在近几年的高考试题中有所体现.我国古代数学里有大量的实际问题,世界的数学宝库中也有很多经典的实例,同时也应了解当前的一些新科技和一些优秀科学家的杰出贡献.将数学文化融合到问题当中,这些问题同时也体现了应用性的考查,要引起学生的重视.比如在九章算术方田九章算术商攻圆锥曲线论等著作中有较多关于本册知识的典型案例.【数学文化举例】第一章直线与圆1.赵州桥是当今世界上建造最早、保存最完整的我国古代单孔敞肩石拱桥(图1).若以赵州
2、桥跨径AB所在直线为x轴,桥的拱高OP所在直线为y轴,建立平面直角坐标系(图2),桥的圆拱APB所在的圆的方程为x2+(y+20.7)2=27.92,求|OP|.(图1)(图2)解在方程x2+(y+20.7)2=27.92中,令x=0,则(y+20.7)2=27.92,解得y1=7.2,y2=-48.6(舍去).|OP|=7.2.2.古希腊数学家阿波罗尼斯的著作圆锥曲线论是古代世界光辉的科学成果.他证明过这样一个命题:平面内与两定点距离的比为常数k(k0且k1)的点的轨迹是圆,后人将这个圆称为“阿波罗尼斯圆”.在平面直角坐标系中,设A(-3,0),B(3,0),动点M满足|MA|MB|=2,则
3、动点M的轨迹围成的面积为()A.64B.16C.4D.2解析设M(x,y),则|MA|=(x+3)2+(y-0)2=(x+3)2+y2,同理|MB|=(x-3)2+(y-0)2=(x-3)2+y2,而|MA|MB|=2,(x+3)2+y2(x-3)2+y2=2,化简,得3x2-30x+27+3y2=0,即x2-10x+9+y2=0,整理,得(x-5)2+y2=42,从而M的轨迹是以(5,0)为圆心,4为半径的圆,动点M的轨迹围成的面积为44=16.答案B第二章圆锥曲线1.古希腊数学家阿波罗尼斯的著作圆锥曲线论是古代世界光辉的科学成果,它将圆锥曲线的性质网罗殆尽,几乎使后人没有插足的余地.他证明
4、过这样一个命题:平面内与两定点距离的比为常数k(k0,且k1)的点的轨迹是圆,后人将这个圆称为阿波罗尼斯圆.现有椭圆x2a2+y2b2=1(ab0),A,B为椭圆的长轴端点,C,D为椭圆的短轴端点,动点M满足|MA|MB|=2,MAB面积的最大值为8,MCD面积的最小值为1,则椭圆的离心率为()A.23B.33C.22D.32解析设A(-a,0),B(a,0),M(x,y).动点M满足|MA|MB|=2,则(x+a)2+y2=2(x-a)2+y2,化简得x-5a32+y2=16a29.MAB面积的最大值为8,MCD面积的最小值为1,122a43a=8,122b13a=1,解得a=6,b=62,
5、椭圆的离心率为1-b2a2=32.答案D2.九章算术是我国古代内容极为丰富的数学名著.第九章“勾股”,讲述了勾股定理及一些应用.直角三角形的两直角边与斜边的长分别称“勾”“股”“弦”,且“勾2+股2=弦2”.设F是椭圆x2a2+y2b2=1(ab0)的左焦点,直线y=3x交椭圆于A,B两点,若|AF|,|BF|恰好是RtABF的“勾”“股”,则此椭圆的离心率为()A.3-1B.32C.3-12D.12解析|AF|,|BF|恰好是RtABF的“勾”“股”,AFBF,OA=OB=OF=c.Ac2,3c2,c24a2+3c24b2=1,即a2-b2a2+3a2-b2b2=4,b2a22+6b2a2-
6、3=0b2a2=23-3,e2=1-b2a2=4-23,e=3-1.答案A3.位于德国东部萨克森州的莱科勃克桥(如图所示)有“仙境之桥”之称,它的桥形可近似地看成抛物线,该桥的高度为h,跨径为a,则桥形对应的抛物线的焦点到准线的距离为()A.a28hB.a24hC.a22hD.a2h解析根据题意,以桥顶为坐标原点,桥形的对称轴为y轴建立如下图所示的平面直角坐标系,该抛物线方程可写为x2=-2py(p0).该抛物线经过点a2,-h,代入抛物线方程可得a24=2hp,解得p=a28h,桥形对应的抛物线的焦点到准线的距离即为p=a28h.答案A4.古希腊数学家阿波罗尼斯在他的著作圆锥曲线论中记载了用
7、平面切割圆锥得到圆锥曲线的方法.如图,将两个完全相同的圆锥对顶放置(两圆锥的轴重合),已知两个圆锥的底面半径均为1,母线长均为2,记过圆锥轴的平面ABCD为平面(与两个圆锥面的交线为AC,BD),用平行于的平面截圆锥,该平面与两个圆锥侧面的截线即为双曲线的一部分,且双曲线的两条渐近线分别平行于AC,BD,则双曲线的离心率为()A.233B.2C.3D.2解析两个圆锥的底面半径为r=1,母线长均为l=2,可得圆锥的高为h=22-12=3,由双曲线的两条渐近线分别平行于AC,BD,设双曲线的渐近线方程为y=bax,即有ba=33,则e=ca=1+b2a2=1+13=233.答案A第三章空间向量与立
8、体几何1.中国古代数学家名著九章算术中记载:“刍甍者,下有袤有广,而上有袤无广.刍,草也.甍,屋盖也.”翻译为“底面有长有宽为矩形,顶部只有长没有宽为一条棱.刍甍就是茅草屋顶.”现有一个刍甍如图所示,四边形ABCD为正方形,四边形ABFE,CDEF为两个全等的等腰梯形,AB=4,EF12AB,若这个刍甍的体积为403,则异面直线AB与CF所成角的余弦值为()A.13B.23C.53D.223解析取CD,AB的中点M,N,连接FM,FN,则多面体分割为棱柱与棱锥两个部分,设E到平面ABCD的距离为h,则124h2+1342h=403,h=2,CN=16+4=25,CF=5+4
9、=3,CDAB,FCD为异面直线AB与CF所成角,在FCM中,FM=FC=3,CM=2,cosFCD=9+4-9232=13.答案A2.我国古代九章算术里,记载了一个例子:今有羡除,下广六尺,上广一丈,深三尺,末广八尺,无深,袤七尺,问积几何?该问题中的羡除是指如图所示的五面体ABCDEF,其三个侧面皆为等腰梯形,且ABCDEF,两个底面为直角三角形,且BCCF,ADDE,其中AB=6尺,CD=10尺,EF=8尺,AB,CD间的距离为3尺,CD,EF间的距离为7尺,则异面直线DF与AB所成的角的正弦值为()A.9130130B.7130130C.97D.79解析如图,五面体ABCDEF中,四边
10、形ABFE,ABCD,EFCD均为等腰梯形,EFABCD,ADE,BCF均为直角三角形,ADDE,BCCF,CD=10,AB=6,AD=22+32=13,DE=CF=12+72=52.sinDCF=7210,cosDCF=210,DF=100+50-21052cosDCF=130,ABCD,CDF是异面直线DF与AB所成的角,cosCDF=CD2+DF2-CF22CDDF=100+130-50210130=9130130,sinCDF=1-(9130130)2=7130130,异面直线DF与AB所成角的正弦值为7130130.答案B3.中国古代数学名著九章算术商攻中,阐述:“斜解立方,得两壍堵
11、.斜解壍堵,其一为阳马,一为鳖臑.阳马居二,鳖臑居一.”若称为“阳马”的某四棱锥如图所示,ABCD为矩形,PD平面ABCD,PD=AD=3,AB=4,则PA与BC所成的角等于;PB与平面PDC所成角的正弦值等于.解析底面ABCD为矩形,ADBC,则PAD为PA与BC所成的角,PD平面ABCD,PDAD,在RtPDA中,PD=AD,PAD=45,即PA与BC所成的角等于45.PD平面ABCD,PD平面PDC,则平面PDC平面ABCD,又平面ABCD平面PDC=DC,ADDC,可得AD平面PDC,又ADBC,BC平面PDC,BPC是PB与平面PDC所成的角,PD=3,DC=4,PC=5,又BC=3
12、,PB=32+52=34.sinBPC=BCPB=334=33434.答案45334344.九章算术是我国古代内容极为丰富的数学名著,书中有如下问题:“今有仓,广三丈,袤四丈五尺,容粟一万斛,问高几何?”其意思为:“今有一个长方体(记为ABCD-A1B1C1D1)的粮仓,宽3丈(即AD=3丈),长4丈5尺(即AB=4.5丈),可装粟一万斛,问该粮仓的高是多少?”已知1斛粟的体积为2.7立方尺,一丈为10尺,则下列判断正确的是.(填写所有正确结论的编号)该粮仓的高AA1是2丈;异面直线AD与BC1所成角的正弦值为31313;长方体ABCD-A1B1C1D1的外接球的表面积为1334平方丈.解析长
13、方体ABCD-A1B1C1D1中,AD=3丈,AB=4.5丈,V=10 0002.710-3=27(立方丈),粮仓的高AA1=VADAB=2734.5=2(丈),正确;如图所示,ADBC,CBC1是异面直线AD与BC1所成的角,sinCBC1=CC1BC1=222+32=21313,错误;长方体ABCD-A1B1C1D1的外接球的直径的平方为(2R)2=(AC1)2=22+32+4.52=33.25=1334(丈),外接球的表面积为4R2=1334(平方丈),正确.综上,正确的结论是.答案5.九章算术是我国古代内容极为丰富的数学名著,在第一卷方田中,将直角梯形称之为“邪田”,当直角梯形底边横放
14、时,以“头”称其上下底,以“正从”称其高,如图(1),在“邪田”ABCD中,E,F分别在“正从”和“下头”上,沿EF,FD,DE将图形翻折起来,使A,B,C重合为一点O.(1)求证:OEDF;(2)若在“邪田”ABCD中,“正从”AB=4,“上头”AD=5,试求二面角O-DF-E的平面角的余弦值.(1)证明如图(2),依题意E,F分别为AB,BC的中点,且由ADAE,BFBE,得ODOE,OEOF,OFOD=O,OE平面ODF,DF平面ODF,OEDF.(2)解如图(3),过D作DGBC于G,则AD=5,DG=AB=4,图(3)OD=DA=DC,DC=5,CG=3,F为BC的中点,又BF+CF
15、=8,CF=4,FG=1,DF=17,由(1)知OE平面ODF,所以OE为平面ODF的一个法向量.如图(4),以O为原点,在平面OED中垂直于OF的直线为x轴,OF为y轴,OE为z轴,建立空间直角坐标系,图(4)则F(0,4,0),E(0,0,2),设D(x,y,0),OE=(0,0,2),则由|CD|=5,|FD|=17,联立方程组x2+y2=25,x2+(y-4)2=17,解得x=4,y=3,x=-4,y=3舍去.D(4,3,0).设平面EFD的一个法向量m=(a,b,c),则mED=4a+3b-2c=0,mEF=4b-2c=0,令a=1,得m=(1,4,8).设所求二面角的平面角为,由图
16、形知为锐角,则cos =|cos|=|OEm|OE|m|=89.二面角O-DF-E的平面角的余弦值为89.6.木工技艺是我国传统文化瑰宝之一,体现了劳动人民的无穷智慧.很多古代建筑和家具不用铁钉,保存到现代却依然牢固,这其中,有连接加固功能的“楔子”发挥了重要作用.如图,是一个楔子形状的直观图.其底面ABCD为一个矩形,其中AB=6,AD=4.顶部线段EF平面ABCD,棱EA=ED=FB=FC=62,EF=2,二面角F-BC-A的余弦值为1717,设M,N是AD,BC的中点.(1)证明:BC平面EFNM;(2)求平面BEF和平面CEF所成锐二面角的余弦值.(1)证明 EF平面ABCD,且EF平
17、面EFAB,又平面ABCD平面EFAB=AB,EFAB.又M,N是平行四形ABCD两边AD,BC的中点,MNAB,EFMN,E,F,M,N四点共面.FB=FC,BCFN,又BCMN,且FN平面EFNM,MN平面EFNM,FNMN=N,BC平面EFNM.(2)解 在平面EFNM内过点F作MN的垂线,垂足为H,则由第(1)问可知:BC平面EFNM,则平面ABCD平面EFNM,所以FH平面ABCD,又因为FNBC,HNBC,则二面角F-BC-A的平面角为FNH.在RtFNB和RtFNH中,FN=FB2-BN2=68,HN=FNcosFNH=681717=2,FH=8,过H作边AB,CD的垂线,垂足为
18、S,Q,连接FS,FQ,则ABSQ,ABFH,则AB平面FSQ,由第(1)问,EFAB,EF平面FSQ,SFQ是所求二面角B-EF-C的平面角.在SFQ中,tanFSQ=tanFQS=82=4,tanSFQ=tan (-FSQ-FQS)=-tanFSQ+tanFQS1-tanFSQtanFQS=815,cosSFQ=1517,即二面角B-EF-C的余弦值是1517.第五章计数原理1.我国古代有着辉煌的数学研究成果.周髀算经九章算术海岛算经孙子算经缉古算经等10部专著,有着十分丰富多彩的内容,是了解我国古代数学的重要文献.这10部专著中有7部产生于魏晋南北朝时期.某中学拟从这10部专著中选择2部
19、作为“数学文化”校本课程学习内容,则所选2部专著中至少有一部是魏晋南北朝时期专著的选法为()A.45种B.42种C.28种D.16种解析有1部是魏晋南北朝时期专著的选法为C71C31=21(种),有2部是魏晋南北朝时期专著的选法为C72=21种,共有21+21=42(种).答案B2.杨辉三角如图所示,杨辉三角中的第5行除去两端数字1以外,均能被行数5整除,则具有类似性质的行是()A.第6行B.第7行C.第8行D.第9行解析由题意,第6行为1615201561第7行为172135352171故第7行除去两端数字1以外,均能被7整除.答案B3.我国数学家陈景润在哥德巴赫猜想的研究中取得了世界领先的
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2019届人教A版数学必修二同步课后篇巩固探究:2-1-1 平面 WORD版含解析.docx
