2023-2024学年宁夏石嘴山三中高二(上)期中数学试卷(含解析)
展开1.已知双曲线的实轴长为2,焦点为(−4,0),(4,0),则该双曲线的标准方程为( )
A. x212−y24=1B. x24−y212=1C. x2−y215=1D. y215−x2=1
2.圆C1:x2+y2+2x+8y−8=0与圆C2:x2+y2−4x−4y−1=0的位置关系是( )
A. 外离B. 外切C. 相交D. 内含
3.已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的一个焦点为圆x2+y2−6x+8=0的圆心,且短轴长为8,则椭圆的左顶点为( )
A. (−3,0)B. (74,0)C. (−10,0)D. (−5,0)
4.已知a=(−3,2,5),b=(1,5,−1),则a⋅(a+3b)等于( )
A. (0,34,10)B. (−3,19,7)C. 44D. 23
5.顶点在原点,对称轴为y轴,顶点到准线的距离为4的抛物线方程是( )
A. x2=±16yB. x2=16yC. x2=±8yD. x2=8y
6.已知向量a=(−1,m,2),向量b=(3,1,n),满足a//b,则m+n=( )
A. 196B. −196C. 193D. −193
7.已知直线l:y=k(x− 3),圆C:x2+(y−1)2=1,若直线l与圆C相切,则k=( )
A. 0B. 3C. 33或0D. − 3或0
8.已知平面α内的两个向量a=(1,1,1),b=(0,2,−1),且c=ma+nb+(4,−4,1).若c为平面α的法向量,则m,n的值分别为( )
A. −1,2B. 1,−2C. 1,2D. −1,−2
二、多选题:本题共4小题,共20分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。
9.关于双曲线C1:x29−y216=1与双曲线C2:y29−x216=−1,下列说法正确的是( )
A. 它们有相同的渐近线B. 它们有相同的顶点
C. 它们的离心率不相等D. 它们的焦距相等
10.下列说法错误的是( )
A. “a=−1”是“直线a2x−y+1=0与直线x−ay−2=0互相垂直”的充要条件
B. 直线xsinα+y+2=0的倾斜角θ的取值范围是[0,π4]∪[3π4,π)
C. 过(x1,y1),(x2,y2)两点的所有直线的方程为y−y1y2−y1=x−x1x2−x1
D. 经过点(1,1)且在x轴和y轴上截距都相等的直线方程为x+y−2=0
11.如图所示,棱长为3的正方体.ABCD−A1B1C1D1中,E,F分别在A1D,AC上,且A1E=23A1D,AF=13AC,则( )
A. EF⊥A1D
B. EF⊥AD1
C. EF//BD1
D. EF与BD1是异面直线
12.已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,抛物线y2=4cx(c2=a2−b2,c>0)与椭圆C在第一象限的交点为P,若cs∠PF1F2=45,则椭圆C的离心率为( )
A. 5−12B. 5+12C. 4− 79D. 4+ 79
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分。
13.已知向量a=(0,−1,1),b=(4,1,0),|λa+b|= 29且λ>0,则λ=______.
14.直线l:y=kx+2与椭圆C:x22+y2=1有公共点,则k的取值范围是 .
15.倾斜角为π3且在x轴上的截距为a的直线被圆(x+a)2+y2=4所截得的弦长为2,则a= ______ .
16.设F为抛物线C:y2=4x的焦点,点A在抛物线C上,点B(3,0),且|AF|=|BF|,则|AB|= .
四、解答题:本题共6小题,共70分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。
17.(本小题10分)
已知直线l经过两直线l1:2x−y+4=0与l2:x−y+5=0的交点,且与直线x−2y−6=0垂直.
(1)求直线l的方程;
(2)若点P(a,1)到直线l的距离为 5,求实数a的值.
18.(本小题12分)
已知:a=(x,4,1),b=(−2,y,−1),c=(3,−2,z),a//b,b⊥c,求:
(1)a,b,c;
(2)a+c与b+c所成角的余弦值.
19.(本小题12分)
求满足下列条件的圆锥曲线的标准方程:
(1)与椭圆x216+y225=1有相同的焦点,且一条渐近线方程为 5x+2y=0的双曲线.
(2)已知直线y=2 2(x−p2)被抛物线y2=2px(p>0)截得弦长为9,求该抛物线方程.
20.(本小题12分)
如图,已知一艘我海监船O上配有雷达,其监测范围是半径为25km的圆形区域.一艘外籍轮船从位于海监船正东40km的A处出发,径直驶向位于海监船正北30km的B处岛屿,速度为28km/h.问:这艘外籍轮船能否被我海监船监测到?若能,持续时间多长?(要求用坐标法)
21.(本小题12分)
如图,已知PA⊥平面ABCD,ABCD为矩形,PA=AD=AB=2,M,N分别为AB,PC的中点.
(1)求证:MN//平面PAD;
(2)求PD与平面PMC所成角的正弦值.
(3)若Q是PB上的动点,当△ADQ的面积最小时,求Q到平面PMC的距离.
22.(本小题12分)
已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率为 22.点(2, 2)在C上,O为坐标原点.
(1)求C的方程;
(2)已知直线l:y=kx+m(k≠0,m≠0),l与C有两个交点A,B,线段AB的中点为M.
①证明:直线OM的斜率与直线l的斜率的乘积为定值.
②若kOM=−12,求△OAB面积的最大值,并求此时直线的方程.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解:由题意可设双曲线方程为x2a2−y2b2=1(a>0,b>0),
且2a=2,c=4,则a=1,b2=c2−a2=16−1=15.
∴双曲线的标准方程为x2−y215=1.
故选:C.
由题意可设双曲线方程为x2a2−y2b2=1(a>0,b>0)并求得a与c的值,再由隐含条件求得b,则双曲线方程可求.
本题考查双曲线标准方程的求法,是基础的计算题.
2.【答案】C
【解析】解:∵圆C1:x2+y2+2x+8y−8=0的圆心C1(−1,−4),
半径r1=12 4+64+32=5,
圆C2:x2+y2−4x−4y−1=0的圆心C2(2,2),
半径r2=12 16+16+4=3,
∴|C1C2|= ((2+1)2+(2+4)2=3 5,|r1−r2|=2,r1+r2=8,
∵|r1−r2|<|C1C2|
故选:C.
由圆C1:x2+y2+2x+8y−8=0的圆心C1(−1,−4),半径r1=5,圆C2:x2+y2−4x−4y−1=0的圆心C2(2,2),半径r2=3,知|r1−r2|<|C1C2|
3.【答案】D
【解析】解:由圆x2+y2−6x+8=0的方程可得圆心(3,0),
由题意可得c=3,2b=8,可得b=4,
进而可得a= b2+c2=5,
所以椭圆的左顶点(−5,0).
故选:D.
由圆的方程可得圆心的坐标,由题意可得椭圆中b,c的值,进而可得a的值,可得左顶点的坐标.
本题考查椭圆的性质的应用,属于基础题.
4.【答案】C
【解析】解:∵a=(−3,2,5),b=(1,5,−1),
∴a+3b=(−3,2,5)+(3,15,−3)=(0,17,2),
∴a⋅(a+3b)=−3×0+2×17+5×2=44.
故选:C.
根据已知条件,结合空间向量的数量积公式,即可求解.
本题主要考查空间向量的数量积公式,属于基础题.
5.【答案】A
【解析】解:根据顶点在原点,对称轴为y轴,可设抛物线方程为:x2=±2py.
∵顶点到准线的距离为4,
∴p2=4,
∴2p=16,
∴所求抛物线方程为x2=±16y.
故选:A.
根据顶点在原点,对称轴为y轴,可设抛物线方程为:x2=±2py,利用顶点到准线的距离为4,即可求得抛物线方程.
本题考查抛物线的标准方程,解题的关键是定型与定量,属于基础题.
6.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查空间向量平行的判断,涉及空间向量的坐标表示,属于基础题.
根据题意,设a=kb,有−1=3km=k2=kn,求出m、n的值,计算可得答案.
【解答】
解:向量a=(−1,m,2),向量b=(3,1,n),
若a//b,设a=kb,k∈R,
则有−1=3km=k2=kn,则k=−13,则有m=−13,n=−6,
则m+n=−13−6=−193,
故选:D.
7.【答案】D
【解析】解:圆C:x2+(y−1)2=1的圆心C(0,1),半径r=1,
因为直线l:y=k(x− 3)与圆C 相切,
所以|0−1− 3k| k2+1=1,所以1+2 3k+3k2=k2+1,
解得k=0或k=− 3.
故选:D.
由题意可得圆心到直线的距离等于半径,列方程可求出k的值.
本题考查直线与圆的位置关系的应用,考查转化思想以及计算能力,是中档题.
8.【答案】A
【解析】解:平面α内的两个向量a=(1,1,1),b=(0,2,−1),
c=ma+nb+(4,−4,1),c为平面α的法向量,
∴c=(m+4,m+2n−4,m−n+1),
∴a⋅c=m+4+m+2n−4+m−n+1=0b⋅c=2(m+2n−4)−(m−n+1)=0,
解得m=−1,n=2.
则m,n的值分别为−1,2.
故选:A.
先利用向量坐标运算法则求出c=(m+4,m+2n−4,m−n+1),再由平面的法向量的性质列方程组,能求出m,n的值.
本题考查向量坐标运算法则、向量垂直的性质等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.
9.【答案】CD
【解析】解:双曲线C1:x29−y216=1的顶点坐标(±3,0),渐近线方程:4x±3y=0,离心率为:53,焦距为10.
双曲线C2:y29−x216=−1,即:x216−y29=1,它的顶点坐标(±4,0),
渐近线方程:3x±4y=0,离心率为:54,焦距为10.
所以它们的离心率不相等,它们的焦距相等.
故选:CD.
求解两个双曲线的顶点坐标,渐近线方程,离心率,焦距判断选项即可.
本题考查双曲线的简单性质的应用,是基本知识的考查.
10.【答案】ACD
【解析】【分析】
本题考查了直线的方程,直线垂直的充要条件,直线的倾斜角和斜率之间的关系,主要考查学生的运算能力和转换能力及思维能力,属于中档题.
直接利用直线的垂直的充要条件和直线的倾斜角和斜率之间的关系,直线的两点式的使用条件和直线截距相等的直线方程的应用判定A、B、C、D的结论.
【解答】
解:对于A:当a=−1时,“直线a2x−y+1=0与直线x−ay−2=0互相垂直”,
当直线a2x−y+1=0与直线x−ay−2=0互相垂直时,解得a=0或−1,
故“a=−1”是“直线a2x−y+1=0与直线x−ay−2=0互相垂直”的充分不必要条件,故A错误.
对于B:直线xsinα+y+2=0的倾斜角θ,则tanθ=−sinα∈[−1,1],
所以倾斜角θ的取值范围是[0,π4]∪[3π4,π),故B正确;
对于C:过(x1,y1),(x2,y2)(且x1≠x2,y1≠y2)两点的所有直线的方程为y−y1y2−y1=x−x1x2−x1,故C错误.
对于D:经过点(1,1)且在x轴和y轴上截距都相等的直线方程为:
①:经过原点的直线为x−y=0,
②设在坐标轴上的截距为a,设直线方程为xa+ya=1,
所以1a+1a=1,解得a=2,故x+y−2=0,故D错误.
故选:ACD.
11.【答案】AC
【解析】解:由题建立如图所示的空间直角坐标系,
则A(3,0,0),B(3,3,0),C(0,3,0),D(0,0,0),E(1,0,1),F(2,1,0),D1(0,0,3),A1(3,0,3),C1(0,3,3),
对于A,EF=(1,1,−1),A1D=(−3,0,−3),∴EF⋅A1D=0,∴EF⊥A1D,故A正确;
对于B,AD1=(−3,0,3),∴EF⋅AD1=−6≠0,故B错误;
对于C,D,BD1=(−3,−3,3),∴BD1=−3EF,即EF//BD1,故C正确,D错误.
故选:AC.
以D为坐标原点,建立空间直角坐标系,利用向量法能求出结果.
本题考查空间向量在判断空间位置关系上的应用,属于中档题.
12.【答案】CD
【解析】解:作抛物线的准线l,则直线l过点F1,过点P作PE垂直于直线l,垂足为点E,
由抛物线的定义知|PE|=|PF2|,
由PE//x轴,得∠EPF1=∠PF1F2,
∴cs∠EPF1=cs∠PF1F2=|PE||PF1|=|PF2||PF1|=45,
设|PF1|=5t(t>0),则|PF2|=4t,由椭圆定义可知,
2a=|PF1|+|PF2|=9t,
在△PF1F2中,由余弦定理可得:|PF2|2=|PF1|2+|F1F2|2−2|PF1|⋅|F1F2|cs∠PF1F2,
整理得|F1F2|2−8t|F1F2|+9t2=0,
解得|F1F2|=4t± 7t,
当|F1F2|=4t+ 7t时,e=2c2a=4+ 79;
当|F1F2|=4t− 7t时,离心率为e=2c2a=4− 79.
综上所述,椭圆C的离心率为4− 79或4+ 79.
故选:CD.
作PE垂直于抛物线的准线l于点E,由抛物线的定义得出cs∠EPF1,并设|PF1|=5t(t>0),可得|PF2|,由椭圆定义可得出2a,在△PF1F2中利用余弦定理可求出2c的值,可得出椭圆C的离心率的值.
本题考查椭圆的性质,考查抛物线的定义以及余弦定理,考查计算能力与推理能力,属于中等题.
13.【答案】3
【解析】解:∵a=(0,−1,1),b=(4,1,0),∴λa+b=(4,1−λ,λ),
∴16+(λ−1)2+λ2=29(λ>0),
∴λ=3,
故答案为:3.
根据所给的向量坐标写出要求模的向量坐标,用求模长的公式写出关于变量λ的方程,解方程即可,解题过程中注意对于变量的限制,把不合题意的结果去掉.
向量是数形结合的典型例子,向量的加减运算是用向量解决问题的基础,要学好运算,才能用向量解决立体几何问题,三角函数问题,好多问题都是以向量为载体的.
14.【答案】(−∞,− 62]∪[ 62,+∞)
【解析】【分析】
本题考查直线和椭圆的位置关系,属于基础题.
联立直线方程和椭圆方程,运用二次方程有实根的条件:判别式大于等于0,解不等式可得所求范围.
【解答】
解:由直线l:y=kx+2与椭圆C:x22+y2=1有公共点,
联立x22+y2=1y=kx+2,整理得(2k2+1)x2+8kx+6=0.
所以△=(8k)2−24(2k2+1)≥0,
解得k≥ 62或k≤− 62.
故k的取值范围为(−∞,− 62]∪[ 62,+∞).
故答案为(−∞,− 62]∪[ 62,+∞).
15.【答案】±1
【解析】解:倾斜角为π3且在x轴上的截距为a的直线方程为:y= 3(x−a),即 3x−y− 3a=0,
圆心(−a,0)到直线的距离为d=|− 3a−0− 3a| 3+1= 3|a|,∴3a2+(12×2)2=4,
解得a=±1.
故答案为:±1.
设直线方程,求得圆心到直线的距离,再利用弦心距,半弦长,半径构成的直角三角形可得解.
本题考查直线与圆的位置关系,考查点到线的距离公式,属基础题.
16.【答案】2 2
【解析】【分析】
本题考查抛物线的简单性质的应用,距离公式的应用,是基础题.
利用已知条件,结合抛物线的定义,求解A的坐标,然后求解即可.
【解答】
解:F为抛物线C:y2=4x的焦点(1,0),点A在C上,点B(3,0),|AF|=|BF|=2,
由抛物线的定义可知A(1,2)(A不妨在第一象限),
所以|AB|= (3−1)2+(−2)2=2 2.
故答案为:2 2.
17.【答案】解:(1)联立两直线l1:2x−y+4=0与l2:x−y+5=0,得交点(1,6),
∵与直线x−2y−6=0垂直,
∴直线l的方程为2x+y−8=0;
(2)∵点P(a,1)到直线l的距离为 5,
∴|2a−7| 5= 5,
∴a=6或1.
【解析】(1)求出交点坐标,利用与直线x−2y−6=0垂直,求直线l的方程;
(2)若点P(a,1)到直线l的距离为 5,根据点到直线的距离公式,建立方程,即可求实数a的值.
本题考查直线方程,考查点到直线的距离公式的运用,属于中档题.
18.【答案】解:(1)∵a//b,
∴x−2=4y=1−1,
解得x=2,y=−4,
故a=(2,4,1),b=(−2,−4,−1),
又因为b⊥c,所以b⋅c=0,即−6+8−z=0,解得z=2,
故c=(3,−2,2)
(2)由(1)可得a+c=(5,2,3),b+c=(1,−6,1),
设向量a+c与b+c所成的角为θ,
则csθ=5−12+3 38⋅ 38=−219
【解析】本题考查空间向量平行和垂直的判断,涉及向量的夹角公式,属基础题.
(1)由向量的平行和垂直可求出x,y,z的值,即可得向量坐标;
(2)由(1)可得向量a+c与b+c的坐标,进而由夹角公式可得结论.
19.【答案】解:(1)因为双曲线的一条渐近线方程为 5x+2y=0,
不妨设该双曲线的方程为5x2−4y2=λ,λ≠0,
即x2λ5−y2λ4=1,λ≠0,
因为椭圆x216+y225=1的焦点在y轴上,
所以λ<0,
则双曲线标准方程为y2−λ4−x2−λ5=1,λ<0,
因为a2=25,b2=16,
所以c= a2−b2= 25−16=3,
则该双曲线的焦点坐标为(0,±3),
即c2=(−λ4)+(−λ5)=9,
解得λ=−20,
故满足条件的双曲线的标准方程为y25−x24=1;
(2)因为直线y=2 2(x−p2)被抛物线y2=2px(p>0)截得的弦为AB,
分别过A,B向抛物线的准线作垂线,垂足分别为P,Q,
不妨设A(x1,y1),B(x2,y2),
易知F(p2,0)为抛物线的焦点,
联立y=2 2(x−p2)y2=2px,消去x并整理得y2− 22py−p2=0,
由韦达定理得y1+y2= 22p,
因为直线y=2 2(x−p2)可变形为x= 24y+p2,
由抛物线定义得|AB|=|AF|+|FB|=|AP|+|QB|=(x1+p2)+(x2+p2)=(x1+x2)+p
= 24(y1+y2)+2p= 24× 22p+2p=94p=9,
解得p=4>0,
故满足条件的抛物线的标准方程为y2=8x.
【解析】(1)由题意,根据所给渐近线方程设出所求双曲线方程,结合焦点坐标相等以及a,b,c之间的关系再进行求解即可;
(2)分别过A,B向抛物线的准线作垂线,垂足分别为P,Q,将抛物线方程与过焦点的直线方程联立,利用韦达定理以及抛物线的定义再进行求解即可.
本题考查直线与圆锥曲线的综合问题,考查了逻辑推理和运算能力,属于中档题.
20.【答案】解:如图,以O为原点,东西方向为x轴建立直角坐标系…(2分)
则A(40,0),B(0,30),圆O方程x2+y2=252
直线AB方程:x40+y30=1,即3x+4y−120=0…(6分)
设O到AB距离为d,则d=|−120|5=24<25
所以外籍轮船能被海监船检测到 …(8分)
设监测时间为t,则t=2 252−24228=12…(11分)
答:外籍轮船能被海监船检测到,时间是0.5小时. …(12分)
【解析】以O为原点,东西方向为x轴建立直角坐标系,求出直线与圆的方程,即可得出结论.
本题主要考查了根据实际问题选择函数类型.解题的关键是看圆与直线是否有交点.
21.【答案】(1)证明:若E为PD中点,连接NE,AE,又M、N为AB、PC的中点,底面ABCD为矩形,
所以NE//CD且NE=12CD,而AM=12AB=12CD且AM//CD,
所以NE//AM且NE=AM,故AMNE为平行四边形,
故MN//AE,又MN⊄面PAD,AE⊂面PAD,则MN//面PAD.
(2)解:由题意,可构建如下图示的空间直角坐标系,PA=AD=AB=2,
所以P(0,0,2),D(0,2,0),M(1,0,0),C(2,2,0),
则PD=(0,2,−2),PM=(1,0,−2),PC=(2,2,−2),
若m=(x,y,z)是面PMC的一个法向量,
则m⋅PM=x−2z=0m⋅PC=2x+2y−2z=0,令x=2,故m=(2,−1,1),
所以PD与平面PMC所成角的正弦值为:
|cs
(3)解:因为AD⊥AB,AD⊥PA,AB∩PA=A,
AB,PA⊂平面PAB,所以AD⊥平面PAB,
因为AQ⊂平面PAB,所以AD⊥AQ,
所以S△ADQ=12AD⋅AQ=AQ,
所以AQ最小时,S△ADQ最小,
因为△PAB为等腰直角三角形,所以当Q为PB中点时,AQ⊥PB,此时AQ最小,
则Q(1,0,1),所以PQ=(1,0,−1),
设Q到平面PMC的距离为d,则d=|PQ⋅m||m|=|2−0−1| 4+1+1= 66.
【解析】(1)若E为PD中点,连接NE,AE,易证AMNE为平行四边形,则MN//AE,根据线面平行的判定证结论;
(2)构建空间直角坐标系,求PD的方向向量与平面PMC的法向量,代入公式即可;
(3)可得AQ最小时,S△ADQ最小,再利用点到面的向量的公式计算即可.
本题考查线面平行的判定,考查点面的距离的计算,考查线面角的正弦值的求法,属中档题.
22.【答案】解:(1)因为椭圆C的离心率为 32,且点(2, 2)在椭圆C上,
所以e=ca= 224a2+2b2=1a2=b2+c2,
解得a2=8,b2=4,c2=4,
则椭圆C的方程为x28+y24=1;
(2)①证明:不妨设A(x1,y1),B(x2,y2),M(xM,yM),
联立y=kx+mx28+y24=1,消去y并整理得(2k2+1)x2+4kmx+2m2−8=0,
此时Δ=16k2m2−8(m2−4)(2k2+1)>0,
整理得8k2−m2+4>0,
由韦达定理得x1+x2=−4km2k2+1,
因为线段AB的中点为M,
所以xM=−2km2k2+1,
即yM=kxM+m=−2k2m2k2+1+m=m2k2+1,
所以kOM=yMxM=m2k2+1−2km2k2+1=−12k,
则kOM⋅k=−12,
故直线OM的斜率与直线l的斜率的乘积为定值;
②当kOM=−12时,
由①知k=1,
此时直线l的方程为y=x+m,
联立y=kx+mx28+y24=1,消去y并整理得3x2+4mx+2m2−8=0,
此时Δ=16m2−24(m2−4)>0,
解得−2 3
所以|AB|= 2⋅|x1−x2|= 2⋅ (x1+x2)2−4x1x2= 2⋅ (−4m3)2−4×2m2−83=4 12−m23,
因为点O到直线l的距离d=|m| 2,
所以S△OAB=12|AB|⋅d=12×4 12−m23×|m| 2
= 2⋅ m2(12−m2)3≤ 23⋅m2+12−m22=2 2,
当且仅当m2=12−m2,即m=± 6时,等号成立,
所以△OAB面积的最大值为2 2,此时直线l的方程为y=x+ 6或y=x− 6.
【解析】(1)由题意,根据题目所给信息以及a,b,c之间的关系,列出等式再进行求解即可;
(2)①设出A,B,M的坐标,将直线l的方程与椭圆方程联立,利用根与系数的关系以及中点坐标公式求出点M的坐标,进而可得直线OM的斜率,再进行求证即可;
②结合①中所得信息得到直线l的方程,将直线l的方程与椭圆方程联立,利用韦达定理、弦长公式、点到直线的距离公式以及三角形面积公式再进行求解即可.
本题考查椭圆的方程以及直线与圆锥曲线的综合问题,考查了逻辑推理和运算能力,属于中档题.
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