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直线、平面垂直的判定及其性质

直线、平面垂直的判定及其性质
直线、平面垂直的判定及其性质

直线、平面垂直的判定及其性质

最新考纲 1.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线面垂直的有关性质与判定定理;2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的垂直关系的简单命题

.

知 识 梳 理

1.直线与平面垂直 (1)直线和平面垂直的定义

如果一条直线l 与平面α内的任意直线都垂直,就说直线l 与平面α互相垂直. (2)判定定理与性质定理

(1)定义:一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角叫做这条直线和这个平面所成的角,一条直线垂直于平面,则它们所成的角是直角;一条直线和平面平行或在平面内,则它们所成的角是0°的角. (2)范围:???

???0,π2.

3.二面角

(1)定义:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角;

(2)二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂直于棱的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角. (3)二面角的范围:[0,π]. 4.平面与平面垂直 (1)平面与平面垂直的定义

两个平面相交,如果它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直. (2)判定定理与性质定理

1.两个重要结论

(1)若两平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于这个平面. (2)若一条直线垂直于一个平面,则它垂直于这个平面内的任何一条直线(证明线线垂直的一个重要方法).

2.使用线面垂直的定义和线面垂直的判定定理,不要误解为“如果一条直线垂直于平面内的无数条直线,就垂直于这个平面”.

基 础 自 测

1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)

(1)直线l 与平面α内的无数条直线都垂直,则l ⊥α.( ) (2)垂直于同一个平面的两平面平行.( )

(3)若两平面垂直,则其中一个平面内的任意一条直线垂直于另一个平面.( )

(4)若平面α内的一条直线垂直于平面β内的无数条直线,则α⊥β.( ) 解析(1)直线l与平面α内的无数条直线都垂直,则有l⊥α或l与α斜交或l?α或l∥α,故(1)错误.

(2)垂直于同一个平面的两个平面平行或相交,故(2)错误.

(3)若两个平面垂直,则其中一个平面内的直线可能垂直于另一平面,也可能与另一平面平行,也可能与另一平面相交,也可能在另一平面内,故(3)错误. (4)若平面α内的一条直线垂直于平面β内的所有直线,则α⊥β,故(4)错误.

答案(1)×(2)×(3)×(4)×

2.(必修2P66练习改编)已知直线a,b和平面α,且a⊥b,a⊥α,则b与α的位置关系为( )

A.b?α

B.b∥α

C.b?α或b∥α

D.b与α相交

答案 C

3.(必修2P67练习2改编)已知P为△ABC所在平面外一点,且PA,PB,PC两两垂直,有下列结论:①PA⊥BC;②PB⊥AC;③PC⊥AB;④AB⊥BC.其中正确的是( )

A.①②③

B.①②④

C.②③④

D.①②③④

解析如图,因为PA⊥PB,PA⊥PC,PB∩PC=P,且PB?平面PBC,PC?平面PBC,所以PA⊥平面PBC.又BC?平面PBC,所以PA⊥BC,同理可得PB⊥AC,PC⊥AB,故①②③正确.

答案 A

4.(2019·安徽江南十校联考)已知m和n是两条不同的直线,α和β是两个不重合的平面,下面给出的条件中一定能推出m⊥β的是( )

A.α⊥β且m?α

B.m⊥n且n∥β

C.m∥n且n⊥β

D.m⊥n且α∥β

解析由线线平行性质的传递性和线面垂直的判定定理,可知C正确.

答案 C

5.(2017·全国Ⅲ卷)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为棱CD的中点,则( )

A.A1E⊥DC1

B.A1E⊥BD

C.A1E⊥BC1

D.A1E⊥AC

解析如图,由题设知,A1B1⊥平面BCC1B1且BC1?平面BCC1B1,从而A1B1⊥BC1. 又B1C⊥BC1,且A1B1∩B1C=B1,所以BC1⊥平面A1B1CD,又A1E?平面A1B1CD,所以

A

1E⊥BC

1

.

答案 C

6.(2018·安阳二模)已知a,b表示两条不同的直线,α,β表示两个不同的平面,下列说法错误的是( )

A.若a⊥α,b⊥β,α∥β,则a∥b

B.若a⊥α,b⊥β,a⊥b,则α⊥β

C.若a⊥α,a⊥b,α∥β,则b∥β

D.若α∩β=a,a∥b,则b∥α或b∥β

解析对于A,若a⊥α,α∥β,则a⊥β,又b⊥β,故a∥b,故A正确;对于B,若a⊥α,a⊥b,则b?α或b∥α,∴存在直线m?α,使得m∥b,

又b⊥β,∴m⊥β,∴α⊥β.故B正确;

对于C,若a⊥α,a⊥b,则b?α或b∥α,又α∥β,所以b?β或b∥β,故C错误;

对于D,若α∩β=a,a∥b,则b∥α或b∥β,故D正确.

答案 C

考点一线面垂直的判定与性质

【例1】 (2018·全国Ⅱ卷)如图,在三棱锥P -ABC 中,AB =BC =22,PA =PB =PC =AC =4,O 为AC 的中点.

(1)证明:PO ⊥平面ABC ;

(2)若点M 在棱BC 上,且MC =2MB ,求点C 到平面POM 的距离. (1)证明 因为AP =CP =AC =4,O 为AC 的中点, 所以OP ⊥AC ,且OP =2 3. 连接OB .因为AB =BC =

22AC ,所以△ABC 为等腰直角三角形,且OB ⊥AC ,OB =12

AC =2.

由OP 2+OB 2=PB 2知,OP ⊥OB .

由OP ⊥OB ,OP ⊥AC 且OB ∩AC =O ,知PO ⊥平面ABC . (2)解 作CH ⊥OM ,垂足为H .

又由(1)可得OP ⊥CH ,所以CH ⊥平面POM . 故CH 的长为点C 到平面POM 的距离.

由题设可知OC =12AC =2,CM =23BC =42

3,∠ACB =45°.

所以OM =

253,CH =OC ·MC ·sin∠ACB OM =455

. 所以点C 到平面POM 的距离为45

5

.

规律方法 1.证明直线和平面垂直的常用方法有:

(1)判定定理;(2)垂直于平面的传递性(a ∥b ,a ⊥α?b ⊥α);(3)面面平行的

性质(a⊥α,α∥β?a⊥β);(4)面面垂直的性质(α⊥β,α∩β=a,l⊥a,l?β?l⊥α).

2.证明线面垂直的核心是证线线垂直,而证明线线垂直则需借助线面垂直的性质.因此,判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的基本思想.

【训练1】(2019·南宁二中、柳州高中联考)如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB⊥侧面BB1C1C,AB=BC=1,BB1=2,∠BCC1=60°.

(1)求证:BC1⊥平面ABC;

(2)E是棱CC1上的一点,若三棱锥E-ABC的体积为

3

12

,求线段CE的长.

(1)证明∵AB⊥平面BB1C1C,BC1?平面BB1C1C,

∴AB⊥BC1,

在△CBC1中,BC=1,CC1=BB1=2,∠BCC1=60°,

由余弦定理得BC21=BC2+CC21-2BC·CC1·cos∠BCC1=12+22-2×1×2cos 60°=3,∴BC1=3,

∴BC2+BC21=CC21,∴BC⊥BC1,

又AB,BC?平面ABC,BC∩AB=B,∴BC1⊥平面ABC.

(2)解∵AB⊥平面BB1C1C,∴V E-ABC=V A-EBC=1

3

S

△BCE

·AB=

1

3

S

△BCE

·1=

3

12

∴S△BCE=

3

4

1

2

CE·BC·sin∠BCE=

1

2

CE·

3

2

∴CE=1.

考点二面面垂直的判定与性质

【例2】如图,在四棱锥P-ABCD中,AB∥CD,AB⊥AD,CD=2AB,平面PAD⊥底面ABCD,PA⊥AD,E和F分别是CD和PC的中点,求证:

(1)PA⊥底面ABCD;

(2)BE∥平面PAD;

(3)平面BEF⊥平面PCD.

证明(1)∵平面PAD⊥底面ABCD,

且PA垂直于这两个平面的交线AD,PA?平面PAD,

∴PA⊥底面ABCD.

(2)∵AB∥CD,CD=2AB,E为CD的中点,

∴AB∥DE,且AB=DE.

∴四边形ABED为平行四边形.

∴BE∥AD.

又∵BE?平面PAD,AD?平面PAD,

∴BE∥平面PAD.

(3)∵AB⊥AD,而且ABED为平行四边形.

∴BE⊥CD,AD⊥CD,

由(1)知PA⊥底面ABCD,CD?平面ABCD,

∴PA⊥CD,且PA∩AD=A,PA,AD?平面PAD,

∴CD⊥平面PAD,又PD?平面PAD,

∴CD⊥PD.

∵E和F分别是CD和PC的中点,

∴PD∥EF.

∴CD⊥EF,又BE⊥CD且EF∩BE=E,

∴CD⊥平面BEF,又CD?平面PCD,

∴平面BEF⊥平面PCD.

规律方法 1.证明平面和平面垂直的方法:(1)面面垂直的定义;(2)面面垂直的判定定理.

2.已知两平面垂直时,一般要用性质定理进行转化,在一个平面内作交线的垂

线,转化为线面垂直,然后进一步转化为线线垂直.

【训练2】(2019·泸州模拟)如图,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD是梯形,

AB∥DC,∠ABC=90°,AD=SD,BC=CD=1

2

AB,侧面SAD⊥底面ABCD.

(1)求证:平面SBD⊥平面SAD;

(2)若∠SDA=120°,且三棱锥S-BCD的体积为

6

12

,求侧面△SAB的面积.

(1)证明设BC=a,则CD=a,AB=2a,由题意知△BCD是等腰直角三角形,且∠BCD=90°,

则BD=2a,∠CBD=45°,

所以∠ABD=∠ABC-∠CBD=45°,

在△ABD中,

AD=AB2+DB2-2AB·DB·cos 45°=2a,

因为AD2+BD2=4a2=AB2,所以BD⊥AD,

由于平面SAD⊥底面ABCD,平面SAD∩平面ABCD=AD,BD?平面ABCD,

所以BD⊥平面SAD,

又BD?平面SBD,所以平面SBD⊥平面SAD.

(2)解由(1)可知AD=SD=2a,在△SAD中,∠SDA=120°,SA=2SD sin 60°=6a.

作SH⊥AD,交AD的延长线于点H,

则SH=SD sin 60°=

6

2

a,

由(1)知BD⊥平面SAD,

因为SH?平面SAD,所以BD⊥SH.

又AD∩BD=D,所以SH⊥平面ABCD,所以SH为三棱锥S-BCD的高,

所以V S -BCD =13×62a ×12×a 2

=612,

解得a =1.

由BD ⊥平面SAD ,SD ?平面SAD ,可得BD ⊥SD , 则SB =SD 2+BD 2=2+2=2. 又AB =2,SA =6, 在等腰三角形SBA 中, 边SA 上的高为

4-64=10

2

则△SAB 的面积为12×6×102=15

2.

考点三 平行与垂直的综合问题

多维探究

角度1 多面体中平行与垂直关系的证明

【例3-1】 (2018·北京卷)如图,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 为矩形,平面PAD ⊥平面ABCD ,PA ⊥PD ,PA =PD ,E ,F 分别为AD ,PB 的中点.

(1)求证:PE ⊥BC ;

(2)求证:平面PAB ⊥平面PCD ; (3)求证:EF ∥平面PCD .

证明 (1)因为PA =PD ,E 为AD 的中点, 所以PE ⊥AD .

因为底面ABCD 为矩形, 所以BC ∥AD . 所以PE ⊥BC .

(2)因为底面ABCD 为矩形,

所以AB ⊥AD .

又因为平面PAD ⊥平面ABCD ,平面PAD ∩平面ABCD =AD , 所以AB ⊥平面PAD . 所以AB ⊥PD .

又因为PA ⊥PD ,且PA ∩AB =A , 所以PD ⊥平面PAB .又PD ?平面PCD , 所以平面PAB ⊥平面PCD .

(3)如图,取PC 中点G ,连接FG ,DG . 因为F ,G 分别为PB ,PC 的中点, 所以FG ∥BC ,FG =1

2

BC .

因为ABCD 为矩形,且E 为AD 的中点, 所以DE ∥BC ,DE =1

2BC .

所以DE ∥FG ,DE =FG .

所以四边形DEFG 为平行四边形. 所以EF ∥DG .

又因为EF ?平面PCD ,DG ?平面PCD , 所以EF ∥平面PCD .

规律方法 1.三种垂直的综合问题,一般通过作辅助线进行线线、线面、面面垂直间的转化.

2.垂直与平行的结合问题,求解时应注意平行、垂直的性质及判定的综合应用. 角度2 平行与垂直关系中的探索性问题

【例3-2】 如图,三棱锥P -ABC 中,PA ⊥平面ABC ,PA =1,AB =1,AC =2,∠BAC =60°.

(1)求三棱锥P-ABC的体积;

(2)在线段PC上是否存在点M,使得AC⊥BM,若存在点M,求出PM

MC

的值;若不存

在,请说明理由.

解(1)由题知AB=1,AC=2,∠BAC=60°,

可得S△ABC=1

2·AB·AC·sin 60°=

3

2

由PA⊥平面ABC,可知PA是三棱锥P-ABC的高.

又PA=1,所以三棱锥P-ABC的体积V=1

3

·S△ABC·PA=

3

6

.

(2)在平面ABC内,过点B作BN⊥AC,垂足为N.在平面PAC内,过点N作MN∥PA 交PC于点M,连接BM.

由PA⊥平面ABC知PA⊥AC,所以MN⊥AC.

由于BN∩MN=N,故AC⊥平面MBN.

又BM?平面MBN,所以AC⊥BM.

在Rt△BAN中,AN=AB·cos∠BAC=1

2,

从而NC=AC-AN=3

2 .

由MN∥PA,得PM

MC

AN

NC

1

3

.

规律方法 1.求条件探索性问题的主要途径:(1)先猜后证,即先观察与尝试给出条件再证明;(2)先通过命题成立的必要条件探索出命题成立的条件,再证明充分性.

2.涉及点的位置探索性问题一般是先根据条件猜测点的位置再给出证明,探索

点存在问题,点多为中点或三等分点中某一个,也可以根据相似知识建点.

角度3 空间位置关系与几何体的度量计算

【例3-3】 (2019·湖北六市联考)如图,在Rt△ABC中,AB=BC=3,点E,F 分别在线段AB,AC上,且EF∥BC,将△AEF沿EF折起到△PEF的位置,使得二面角P-EF-B的大小为60°.

(1)求证:EF⊥PB;

(2)当点E为线段AB的靠近B点的三等分点时,求四棱锥P-EBCF的侧面积.

(1)证明因为在Rt△ABC中,AB=BC=3,

所以BC⊥AB.

又因为EF∥BC,所以EF⊥AB,翻折后垂直关系没变,仍有EF⊥PE,EF⊥BE,又因为PE∩BE=E,PE,BE?平面PBE,

所以EF⊥平面PBE,所以EF⊥PB.

(2)解因为EF⊥PE,EF⊥BE,所以∠PEB是二面角P-EF-B的平面角,

即∠PEB=60°,在△BEP中,PE=2,BE=1,由余弦定理得PB=3,

所以PB2+BE2=PE2,所以PB⊥BE,所以PB,BC,BE两两垂直,

又EF⊥PE,EF⊥BE,所以△PBE,△PBC,△PEF均为直角三角形.

由△AEF∽△ABC可得,EF=2

3

BC=2,

S

△PBC =

1

2

BC·PB=

33

2

,S△PBE=

1

2

PB·BE=

3

2

,S△PEF=

1

2

EF·PE=2.

在四边形BCFE中,过点F作BC的垂线,垂足为H,则FC2=FH2+HC2=BE2+(BC -EF)2=2,∴FC= 2.

在△PFC中,FC=2,PC=BC2+PB2=23,PF=PE2+EF2=22,由余弦定

理可得cos∠PFC=PF2+FC2-PC2

2PF·FC

=-

1

4

则sin∠PFC=15

4

,S△PFC=

1

2

PF·FC sin∠PFC=

15

2

.

所以四棱锥P-EBCF的侧面积为S△PBC+S△PBE+S△PEF+S△PFC=2+23+15

2

.

规律方法 1.本题的综合性较强,属于翻折问题,其关键是看翻折前后线面位置关系的变化情况.根据翻折的过程,把翻折前后一些线、面位置关系中没有变化和发生变化的量准确找出来,应用到求解中.

2.第(1)问证明线线垂直,这类问题的一般是通过证明线面垂直来证明.第(2)问的解决过程中要清楚二面角P-EF-B的平面角是哪一个,并且利用这个角的大小找出四棱锥中各线、面的位置关系,确定各侧面三角形的形状,即可求四棱锥的侧面积.

【训练3】(2019·长沙模拟)在如图所示的几何体中,四边形CDEF为正方形,四边形ABCD为等腰梯形,AB∥CD,AC=3,AB=2BC=2,AC⊥FB.

(1)求证:AC⊥平面FBC;

(2)求四面体FBCD的体积;

(3)线段AC上是否存在点M,使EA∥平面FDM?若存在,请说明其位置,并加以证明;若不存在,请说明理由.

(1)证明在△ABC中,因为AC=3,AB=2,BC=1,

所以AC2+BC2=AB2,所以AC⊥BC.

又因为AC⊥FB,BC∩FB=B,BC,FB?平面FBC,

所以AC⊥平面FBC.

(2)解因为AC⊥平面FBC,FC?平面FBC,

所以AC⊥FC.

因为CD⊥FC,AC∩CD=C,所以FC⊥平面ABCD.

在等腰梯形ABCD中可得CB=DC=1,所以FC=1.

所以△BCD的面积为S=

3

4

.

所以四面体FBCD的体积为V F-BCD=1

3S·FC=

3

12

.

(3)解线段AC上存在点M,且点M为AC中点时,有EA∥平面FDM.证明如下:

连接CE,与DF交于点N,取AC的中点M,连接MN.

因为四边形CDEF是正方形,所以点N为CE的中点.

所以EA∥MN.因为MN?平面FDM,EA?平面FDM,

所以EA∥平面FDM.所以线段AC上存在点M,且M为AC的中点,使得EA∥平面FDM成立.

考点四线面角、二面角的概念及应用

【例4】 (1)(2018·全国Ⅱ卷)已知圆锥的顶点为S,母线SA,SB互相垂直,SA 与圆锥底面所成角为30°.若△SAB的面积为8,则该圆锥的体积为________.解析由题意画出图形,如图,设AC是底面圆O的直径,连接SO,则SO是圆锥

的高.设圆锥的母线长为l,则由SA⊥SB,△SAB的面积为8,得1

2

l2=8,得l=

4.在Rt△ASO中,由题意知∠SAO=30°,所以SO=1

2

l=2,AO=

3

2

l=2 3.

故该圆锥的体积V=1

3

π×AO2×SO=

1

3

π×(23)2×2=8π.

答案8π

(2)已知正三棱锥P-ABC的侧面与底面所成的二面角为60°,且正三棱锥的体

积为

3

24

,则其侧面积为________.

解析 如图所示,设AB 的中点为M ,连接CM ,PM ,由正三棱锥的性质可知

PM ⊥AB ,CM ⊥AB ,所以∠PMC =60°,设点P 在平面ABC 上的射影为H ,则H 是CM 靠近M 的三等分点,设AB =a ,则MH =

36a ,在直角三角形PMH 中,PH =12

a ,

故三棱锥P -ABC 的体积为13×34a 2×12a =324a 3=3

24,

解得a =1,则PM =

33,故S △PAB =12×1×33=36

, 所以三棱锥的侧面积为3S △PAB =3×

36=3

2

. 答案

3

2

规律方法 (1)解决这类问题的关键是根据线面角、二面角的定义找出或做出这个角,利用线面角或二面角的大小计算几何体中的相关的量.

(2)找出或做出线面角和二面角的平面角都要根据其定义,恰当地利用图形中的垂直关系.如(1)题中圆锥的轴线与底面垂直,(2)题中PM 与AB ,CM 与AB 垂直. 【训练4】 (1)(2018·全国Ⅰ卷)在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AB =BC =2,AC 1与平面BB 1C 1C 所成的角为30°,则该长方体的体积为( ) A .8 B .6 2 C .8 2

D .8 3

解析 连接BC 1,因为AB ⊥平面BB 1C 1C ,所以∠AC 1B =30°,AB ⊥BC 1,所以△ABC 1为直角三角形.又AB =2,所以BC 1=2 3.又B 1C 1=2,所以BB 1=(23)2-22=22,故该长方体的体积V =2×2×22=8 2. 答案 C

(2)在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,底面ABCD 是正方形,且AB =2,若平面A 1BD 和平面ABCD 所成的二面角为45°,则A 1A =________.

解析 如图所示,连接AC ,交BD 于O ,则AO ⊥BD ,连接A 1O ,由于A 1B =A 1D ,所以A 1O ⊥BD ,则∠A 1OA 即为二面角的平面角,即∠A 1OA =45°,所以A 1A =AO =

22

AB = 2.

答案

2

[思维升华]

1.证明线面垂直的方法:

(1)线面垂直的定义:a 与α内任何直线都垂直?a ⊥α; (2)判定定理1:

?

??m ,n ?α,m ∩n =A l ⊥m ,l ⊥n

?l ⊥α; (3)判定定理2:a ∥b ,a ⊥α?b ⊥α;

(4)面面垂直的性质:α⊥β,α∩β=l ,a ?α,a ⊥l ?a ⊥β; 2.证明面面垂直的方法

(1)利用定义:两个平面相交,所成的二面角是直二面角; (2)判定定理:a ?α,a ⊥β?α⊥β. 3.转化思想:三种垂直关系之间的转化

[易错防范]

1.证明线面垂直时,易忽视面内两条线为相交线这一条件.

2.面面垂直的判定定理中,直线在面内且垂直于另一平面易忽视.

3.面面垂直的性质定理在使用时易忘面内一线垂直于交线而盲目套用造成失误.

4.在解决直线与平面垂直的问题过程中,要注意直线与平面垂直的定义、判定定理和性质定理的联合交替使用,即注意线线垂直和线面垂直的相互转化.

直观想象——立体几何中的动态问题

1.直观想象是指借助几何直观和空间想象感知事物的形态与变化,利用空间形式特别是图形,理解和解决数学问题的素养.

2.立体几何中的动态问题主要包括:空间动点轨迹的判断,求轨迹的长度及动角的范围等.

3.一般是根据线、面垂直,线、面平行的判定定理和性质定理,结合圆或圆锥曲线的定义推断出动点的轨迹.

【例1】 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点M 、N 分别是直线CD 、AB 上的动点,点

P 是△A 1C 1D 内的动点(不包括边界),记直线D 1P 与MN 所成角为θ,若θ的最小值为π

3

,则点P 的轨迹是( )

A .圆的一部分

B .椭圆的一部分

C .抛物线的一部分

D .双曲线的一部分

解析 把MN 平移到平面A 1B 1C 1D 1中,直线D 1P 与MN 所成角为θ,直线D 1P 与MN 所成角的最小值是直线D 1P 与平面A 1B 1C 1D 1所成角,即原问题转化为:直线D 1P 与平面A 1B 1C 1D 1所成角为

π

3

,点P 在平面A 1B 1C 1D 1的投影为圆的一部分,因为点P 是△A 1C 1D 内的动点(不包括边界),

所以点P 的轨迹是椭圆的一部分.故选B.

答案 B

【例2】 (2018·石家庄一模)如图,四棱锥P -ABCD 的底面是边长为2的正方形,PA ⊥平面ABCD ,且PA =4,M 是PB 上的一个动点(不与P ,B 重合),过点M 作平面α∥平面PAD ,截棱锥所得图形的面积为y ,若平面α与平面PAD 之间的距离为x ,则函数y =f (x )的图象是( )

解析 过M 作MN ⊥AB ,交AB 于N ,则MN ⊥平面ABCD ,过N 作NQ ∥AD ,交CD 于

Q ,过Q 作QH ∥PD ,交PC 于H ,连接MH ,

则平面MNQH 是所作的平面α, 由题意得

2-x 2=MN

4

解得MN =4-2x ,由

CQ CD =QH PD

. 即

2-x 2=QH

25

,解得QH =5(2-x ), 过H 作HE ⊥NQ ,在Rt△HEQ 中,EQ =HQ 2-HE 2=2-x ,

∴NE =2-(2-x )=x ,∴MH =x . ∴y =f (x )=

(x +2)(4-2x )

2

=-x 2+4(0

∴函数y =f (x )的图象如图.故选C. 答案 C

基础巩固题组 (建议用时:40分钟)

一、选择题

1.已知互相垂直的平面α,β交于直线l ,若直线m ,n 满足m ∥α,n ⊥β,则( ) A.m ∥l

B.m ∥n

C.n ⊥l

D.m ⊥n

解析 因为α∩β=l ,所以l ?β,又n ⊥β,所以n ⊥l . 答案 C

2.(2018·成都二诊)已知m ,n 是空间中两条不同的直线,α,β为空间中两个互相垂直的平面,则下列命题正确的是( ) A.若m ?α,则m ⊥β B.若m ?α,n ?β,则m ⊥n C.若m ?α,m ⊥β,则m ∥α D.若α∩β=m ,n ⊥m ,则n ⊥α

解析对于A:若m?α,则m与平面β可能平行或相交,所以A错误;对于B:若m?α,n?β,则m与n可能平行、相交或异面,所以B错误;对于C:若m?α,m⊥β,则m∥α,C正确;对于D:α∩β=m,n⊥m,则n不一定与平面α垂直,所以D错误.

答案 C

3.(2019·泉州模拟)在下列四个正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F,G均为所在棱的中点,过E,F,G作正方体的截面,则在各个正方体中,直线BD1与平面EFG不垂直的是( )

解析如图,在正方体中,E,F,G,M,N,Q均为所在棱的中点,易知E,F,G,M,N,Q六个点共面,直线BD

与平面EFMNQG垂直,并且选项A、B、C中的

1

平面与这个平面重合,不满足题意,只有选项D中的直线BD1与平面EFG不垂直,满足题意,故选D.

答案 D

4.(2019·广州一模)设m,n是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,下列命题中正确的是( )

A.若α⊥β,m∥α,n∥β,则m⊥n

B.若m⊥α,m∥n,n∥β,则α⊥β

C.若m⊥n,m?α,n?β,则α⊥β

直线和平面垂直的判定与性质

郸城二高高二年级集体备课教学案 直线和平面垂直的判定与性质(一) 一、素质教育目标 (一)知识教学点 1.直线和平面垂直的定义及相关概念. 2.直线和平面垂直的判定定理. 3.线线平行的性质定理(即例题1). (二)能力训练点 1.要善于应用平移手法将分散的条件集中到某一个图形中进行研究,特别是辅助线的添加.2.讲直线和平面垂直时,应注意引导学生把直线和平面关系转化为直线和直线的关系.如直线和平面垂直,只须这条直线垂直于这个平面内的两条相交直线,向学生渗透转化思想的应用.二、教学重点、难点、疑点 1.教学重点 (1)掌握直线和平面垂直的定义:如果一条直线和一个平面内的任何一条直线垂直,那么这条直线就和这个平面垂直. (2)掌握直线和平面垂直的判定定理: (3)掌握线线平行的性质定理: 若a∥b,a⊥α则b⊥α. 2.教学难点:在于线、面垂直定义的理解和判定定理的证明;同时还要解决好定理证明过程中,辅助线添加的方法和原因,及为何可用经过B点的两条直线说明“任意”直线的问题.3.教学疑点:判定定理的条件中,“相交”是关键,“两条”也是一个重要条件,对于初学立体几何的学生来讲,是不好理解的,教师应该用实例说明这两个条件缺一不可. 三、课时安排本课题共安排2课时,本节课为第一课时. 四、学生活动设计(略) 五、教学步骤 (一)温故知新,引入课题 1.空间两条直线有哪几种位置关系? (三种:相交直线、平行直线、异面直线) 2.经过一点和一条直线垂直的直线有几条? (从两条直线互相垂直的定义可知:经过一点有无数多条直线和已知直线垂直) 3.空间一条直线与一个平面有哪几种位置关系? (直线在平面内、直线和平面相交、直线和平面平行.) 4.怎样判定直线和平面平行? 我们已经知道,判定直线和平面平行的问题可以转化为考察直线和直线平行的关系.今天我们转入学习直线和平面相交的一种特殊情形——直线和平面垂直,这个问题同样可以从两条直线垂直的关系入手. (板书课题:§1.9直线和平面垂直) 郸城二高杨雅莉- 1 -

《直线与平面垂直的性质》教学设计

《直线与平面垂直的性质》教学设计 教学内容 人教版新教材数学第二册第二章第三节第3课 教材分析 直线与平面垂直问题是直线与平面的重要内容,也是高考考查的重点,求解的关键是根据线与面之间的互化关系,借助创设辅助线与面,找出符号语言与图形语言之间的关系把问题解决。通过对有关概念和定理的概括、证明和应用,使学生体会“转化”的观点,提高学生的空间想象力和逻辑推理能力。 学情分析 1.学生思维活跃,参与意识、自主探究能力较强,故采用启发、探究式教学。 2.学生的抽象概括能力和空间想象力有待提高,故采用多媒体辅助教学。 教学目标 1.知识与技能 (1)培养学生的几何直观能力和知识的应用能力,使他们在直观感知的基础上进一步学会证明. (2)掌握直线和平面垂直的性质定理和推论的内容、推导和简单应用。 (3)掌握等价转化思想在解决问题中的运用. 2.情感态度与价值观 (1)发展学生的合情推理能力和空间想象力,培养学生的质疑思辨、创新的精神. (2)让学生亲从问题解决过程中认识事物发展、变化的规律. 教学重、难点 1.重点:直线和平面垂直的性质定理和推论的内容和简单应用。 2.难点:直线和平面垂直的性质定理和推论的证明,等价转化思想的渗透。 教学理念 学生是学习和发展的主体,教师是教学活动的组织者和引导者. 设计思路 直线与平面垂直的性质定理是判定线线平行的有效方法,学生学习的重点是直线与平面垂直的性质定理以及直线与平面垂直的性质定理的应用,强调直线与平面垂直的性质定理证明中反证法的学习,应让学生清楚,对于一些条件简单而结论复杂的问题或正面较难证明的

问题,可考虑用反证法;教学中要引导学生认识到,定理的证明过程实质是应用转化思想的过程,将立体几何问题转化为平面几何问题来解决,线面垂直问题转化为线线垂直问题来解决,这种转化的数学思想方法在立体几何的证明和解题中体现的尤为明显。 教学过程 (一)复习引入 师:判断直线和平面垂直的方法有几种? 生:定义、例题2结论、判定定理。 师:各判定方法在何种条件或情形下方可熟练运用? 生:若能确定直线与平面内任意一直线垂直,则运用定义说明。 若能说明所证直线和平面内的一条直线平行,则可运用例题结论说明。 若能说明直线和平面内两相交直线垂直,则可运用判定定理去完成判定。 师:在空间,过一点,有几条直线与已知平面垂直?过一点,有几个平面与已知直线垂直? 判断下列命题是否正确: 1、在平面中,垂直于同一直线的两条直线互相平行。 2、在空间中,垂直于同一直线的两条直线互相平行。 3、垂直于同一平面的两直线互相平行。 4、垂直于同一直线的两平面互相平行。 师:直线和平面是否垂直的判定方法上节课我们已研究过,这节课我们来共同探讨直线和平面如果垂直,则其应具备的性质是什么? (二)创设情景 如图,长方体ABCD—A′B′C′D′中,棱A A′、B B′、 C C′、 D D′所在直线都垂直于平面ABCD,它们之间具有什 么位置关系? (三)讲解新课 例1 已知:aα ⊥。求证:b∥a ⊥,bα 师:此问题是在aα ⊥的条件下,研究a和b ⊥,bα 是否平行,若从正面去证明b∥a,则较困难。而利用反证 法来完成此题,相对较为容易,但难在辅助线b’的作出, 这也是立体几何开始的这部分较难的一个证明.在老师的知 道下,学生尝试证明,稍后教师指正.

直线与平面垂直的判定教案

第 页(共4页) 1 直线与平面垂直的判定 【教学目标】 1.通过观察图片和折纸试验,使学生理解直线与平面垂直的定义,归纳和确认直线与平面垂直的判定定理,并能简单应用定义和判定定理; 2.通过对判定定理的探究和运用,初步培养学生的几何直观能力和抽象概括能力; 3.通过对探索过程的引导,努力提高学生学习数学的热情,培养学生主动探究的习惯. 【教学重点】 对直线与平面垂直的定义和判定定理的理解及其简单应用. 【教学重点】 探究、归纳直线与平面垂直的判定定理,体会定义和定理中所包含的转化思想. 【教学方式】探究式 【教学手段】 计算机、实物模型 【教学过程】 一、实例引入,理解概念 1.通过复习空间直线与平面的位置关系,让学生举例感知生活中直线与平面相交的位置关系,其中最特殊、最常见的一种就是线面的垂直关系,从而引出课题. 设计意图:希望通过学生的生活经验,提高学生学习数学的兴趣和自觉性. 2.给出学生非常熟悉的校园图片,引导他们观察直立于操场上篮球架的立柱与它在地面影子的关系,然后将其抽象为几何图形,再用数学语言对几何图形进行精确描述,引出直线与平面垂直的定义.即:如果直线l 与平面α内的任意一条直线都垂直,我们就说直线l 与平面α互相垂直. 设计意图:通过从“具体形象——几何图形——数学语言”的过程,让学生体会定义的合理性. 3.简单介绍线面垂直在我国古代的重要应用——“日晷”. 设计意图:通过我国古代用来计时的一种仪器——日晷,让学生感受数学的应用价值,提高学生学习数学的热情.同时,引出探究判定定理的必要性. 二、通过试验,探究定理 准备一个三角形纸片,三个顶点分别记作A ,B ,C .如图,过△ABC 的顶点A 折叠纸片,得到折痕AD ,将折叠后的纸片打开竖起放置在桌面上.(使BD 、DC 边与桌面接触) D C A B D B A C

直线和平面垂直的性质定理

直线和平面垂直的性质定理 (1课时)李忠志 三维目标: 知识与技能 1、掌握直线与平面垂直的性质。 2、能运用性质定理解决一些简单问题。 3、了解垂直的判定定理与性质定理间的相互联系。 过程与方法 培养学生的直观能力,让学生在观察物体模型的基础上,进行操作确认,获得对性质定理正确性的认识,通过探索发现线面垂直的性质定理,培养学生的空间想象能力、发散思维和类比的能力。 情感、态度与价值观 通过实物模型或学生自己制作模型进行操作演示,让学生参与到教学活动中来,激发学生的学习欲望和探究精神。 教学重点 直线与平面垂直的性质。 教学难点 性质定理的探求及证明中反证法的学习和掌握。 教学过程 一、问题引入: 问1:垂直于同一条直线的两条直线是否平行?为什么? 问2:平行于同一条直线的两条直线是否平行?为什么?

问3:平行于同一平面的两条直线是否平行?为什么? 问4:垂直于同一平面的两条直线是否平行?为什么? 问5:若a α⊥,b α?,则a b ⊥吗? 问6:若a b ∥,a α⊥,则b α⊥吗? 问7:问5的逆命题成立吗?即 a α⊥,b α⊥,则a b ∥吗? 二、推进新课: 直线和平面垂直的性质定理:如果两条 直线同垂直于一个平面,那麽这两条直线平行。 已知:如图,,a b αα⊥⊥ 求证://a b 证明:(反证法)假定b 不平行于a ,则b 与a 相交或异面; (1)若a 与b 相交,设a b A = , ∵,a b αα⊥⊥ ∴过点A 有两条直线与平面α垂直, 此与“过一点有且只有一条直线垂直于已知平面”矛盾, ∴a 与b 不相交; (2)若a 与b 异面,设b O α= ,过O 作//b a ', ∵a α⊥ ∴b α'⊥ 又∵b α⊥且b b O '= , ∴过点O 有直线b '和b 垂直于α与过一点有且只有一条直线一已知平面垂直矛盾, ∴b 与a 不异面,综上假设不成立, ∴//a b .

2.3直线、平面垂直的判定及其性质 教案设计1

直线和平面垂直的判定与性质(一) 一、素质教育目标 (一)知识教学点 1.直线和平面垂直的定义及相关概念. 2.直线和平面垂直的判定定理. 3.线线平行的性质定理(即例题1). (二)能力训练点 1.要善于应用平移手法将分散的条件集中到某一个图形中进行研究,特别是辅助线的添加. 2.讲直线和平面垂直时,应注意引导学生把直线和平面关系转化为直线和直线的关系.如直线和平面垂直,只须这条直线垂直于这个平面的两条相交直线,向学生渗透转化思想的应用. (三)德育渗透点 引导学生认识到,定理的证明过程实质是应用转化思想的过程:立体几何的问题转化为平面几何的问题来解决,线、面垂直问题转化为线、线垂直问题来解决.转化思想是重要的数学思想方法,在立体几何的证明和解题中,是一种常用的思想方法. 二、教学重点、难点、疑点及解决方法 1.教学重点 (1)掌握直线和平面垂直的定义:如果一条直线和一个平面的任何一条直线垂直,那么这条直线就和这个平面垂直. (2)掌握直线和平面垂直的判定定理: (3)掌握线线平行的性质定理: 若a∥b,a⊥α则b⊥α.

2.教学难点:在于线、面垂直定义的理解和判定定理的证明;同时还要解决好定理证明过程中,辅助线添加的方法和原因,及为何可用经过B点的两条直线说明“任意”直线的问题. 3.教学疑点:判定定理的条件中,“相交”是关键,“两条”也是一个重要条件,对于初学立体几何的学生来讲,是不好理解的,教师应该用实例说明这两个条件缺一不可. 三、课时安排 本课题共安排2课时,本节课为第一课时. 四、学生活动设计(略) 五、教学步骤 (一)温故知新,引入课题 1.空间两条直线有哪几种位置关系? (三种:相交直线、平行直线、异面直线) 2.经过一点和一条直线垂直的直线有几条? (从两条直线互相垂直的定义可知:经过一点有无数多条直线和已知直线垂直) 3.空间一条直线与一个平面有哪几种位置关系? (直线在平面、直线和平面相交、直线和平面平行.) 4.怎样判定直线和平面平行? 师:我们已经知道,判定直线和平面平行的问题可以转化为考察直线和直线平行的关系.今天我们转入学习直线和平面相交的一种特殊情形——直线和平面垂直,这个问题同样可以从两条直线垂直的关系入手. (板书课题:§1.9直线和平面垂直) (二)猜想推测,激发兴趣 1.教师演示课本上的实例并指出书脊(想象成一条直线)、各书页与桌面的交线,由于书脊和书页底边(即与桌面接触的一边)垂直,得出书脊和桌面上所有直线垂直,书脊和桌面的位置关系给了我们以直线和平面垂直的形象.从而引入概念:一条直线和平面的任何一条直线都垂直,我们说这条直线和这个平面互相垂直,直线叫做平面的垂线,平面叫做直线的垂面.

直线与平面垂直的判定

直线与平面垂直的判定 [新知初探] 1.直线与平面垂直的定义 (1)自然语言:如果直线l与平面α内的任意一条直线都垂直,就说直线l与平面α互相垂直,记作l⊥α.直线l叫做平面α的垂线,平面α叫做直线l的垂面.直线与平面垂直时,它们惟一的公共点P叫做垂足. (2)图形语言:如图. 画直线l与平面α垂直时,通常把直线画成与表示平面的平行四边形的一边垂直. (3)符号语言:任意a?α,都有l⊥a?l⊥α. [点睛] (1)直线与平面垂直是直线与平面相交的特殊情形. (2)注意定义中“任意一条直线”与“所有直线”等同但不可说成“无数条直线”. 2.直线与平面垂直的判定定理 (1)自然语言:一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直. (2)图形语言:如图所示. (3)符号语言:a?α,b?α,a∩b=P,l⊥a,l⊥b?l⊥α. [点睛]判定定理条件中的“两条相交直线”是关键性词语,此处强调“相交”,若两条直线平行,则直线与平面不一定垂直. 3.直线与平面所成的角 (1)定义:平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角,叫做这条 直线和这个平面所成的角. 如图,∠PAO就是斜线AP与平面α所成的角. (2)当直线AP与平面垂直时,它们所成的角是90°. (3)当直线与平面平行或在平面内时,它们所成的角是0°. (4)线面角θ的范围:0°≤θ≤90°. [点睛]把握定义应注意两点:①斜线上不同于斜足的点P的选取是任意的;②斜线在平面上的射影是过斜足和垂足的一条直线而不是线段.

[小试身手] 1.判断下列命题是否正确.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)若直线l垂直于平面α,则l与平面α内的直线可能相交,可能异面,也可能平行() (2)若a∥b,a?α,l⊥α,则l⊥b() (3)若a⊥b,b⊥α,则a∥α() 答案:(1)×(2)√(3)× 2.直线l与平面α内的两条直线都垂直,则直线l与平面α的位置关系是() A.平行B.垂直 C.在平面α内D.无法确定 解析:选D 3.如图,∠BCA=90°,PC⊥平面ABC,则在△ABC,△PAC的边所在的直线中: (1)与PC垂直的直线有 ________________________________________________________________________; (2)与AP垂直的直线有 ________________________________________________________________________.答案:(1)AB,AC,BC(2)BC 对直线与平面垂直的判定定理的理解 [典例]下列说法正确的有________(填序号). ①垂直于同一条直线的两条直线平行; ②如果一条直线与一个平面内的一条直线不垂直,那么这条直线就一定不与这个平面垂直; ③如果一条直线垂直于平面内的两条直线,那么这条直线与这个平面垂直; ④若l与平面α不垂直,则平面α内一定没有直线与l垂直. [答案]② (1)对于线面垂直的定义要注意“直线垂直于平面内的所有直线”说法与“直线垂直于平面内无数条直线”不是一回事,后者说法是不正确的,它可以使直线与平面斜交. (2)判定定理中要注意必须是平面内两相交直线.

直线与平面垂直性质定理练习题

, 直线与平面垂直的性质 一、选择题 1.下列说法正确的是( ) A .若l 上有无数个点不在平面α内,则l ∥α B .若直线l 与平面α垂直,则l 与α内的任一直线垂直 C .若E 、F 分别为△ABC 中AB 、BC 边上的中点,则EF 与经过AC 边的所有平面平行 D .两条垂直的直线中有一条和一个平面平行,则另一条和这个平面垂直 2.若M 、n 表示直线,α表示平面,则下列命题中,正确命题的个数为( ) , ① ?????m ∥n m ⊥α?n ⊥α; ② ? ????m ⊥αn ⊥α?M ∥n ; ③ ?????m ⊥αn ∥α?M ⊥n; ④ ?????m ∥αm ⊥n ?n ⊥α. A .1 B .2 C .3 D .4 3.已知直线PG ⊥平面α于G ,直线EF ?α,且PF ⊥EF 于F ,那么线段PE ,PF ,PG 的大小关系是( ) A .PE >PG >PF B .PG >PF >PE C .PE >PF >PG D .PF >P E >PG 4.PA 垂直于以AB 为直径的圆所在平面,C 为圆上异于A ,B 的任一点,则下列关系不正确的是( ) . A .PA ⊥BC B .B C ⊥平面PAC C .AC ⊥PB D .PC ⊥BC 5.下列命题: ①垂直于同一直线的两条直线平行; ②垂直于同一直线的两个平面平行; ③垂直于同一平面的两条直线平行; ④垂直于同一平面的两平面平行. 其中正确的个数是( ) ' A .1 B .2 C .3 D .4 6.在△ABC 所在的平面α外有一点P ,且PA =PB =PC ,则P 在α内的射影是△ABC 的( ) A .垂心 B .内心 C .外心 D .重心 二、填空题 7.线段AB 在平面α的同侧,A 、B 到α的距离分别为3和5,则AB 的中点到α的距离为________. 8.直线a 和b 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的两个不同平面内,使a ∥b 成立的条件是________.(只填序号) ①a 和b 垂直于正方体的同一个面;②a 和b 在正方体两个相对的面内,且共面;③a 和b 平行于同一条棱;④a 和b 在正方体的两个面内,且与正方体的同一条棱垂直. 9.如图所示,平面ABC ⊥平面ABD ,∠ACB =90°,CA =CB ,△ABD 是正三角形,O 为AB 中点,则图中直角三角形的个数为________. 、

直线、平面垂直的判定及其性质

直线、平面垂直的判定及其性质 最新考纲 1.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线面垂直的有关性质与判定定理;2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的垂直关系的简单命题 . 知 识 梳 理 1.直线与平面垂直 (1)直线和平面垂直的定义 如果一条直线l 与平面α内的任意直线都垂直,就说直线l 与平面α互相垂直. (2)判定定理与性质定理 (1)定义:一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角叫做这条直线和这个平面所成的角,一条直线垂直于平面,则它们所成的角是直角;一条直线和平面平行或在平面内,则它们所成的角是0°的角. (2)范围:??? ???0,π2. 3.二面角 (1)定义:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角;

(2)二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂直于棱的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角. (3)二面角的范围:[0,π]. 4.平面与平面垂直 (1)平面与平面垂直的定义 两个平面相交,如果它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直. (2)判定定理与性质定理 1.两个重要结论 (1)若两平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于这个平面. (2)若一条直线垂直于一个平面,则它垂直于这个平面内的任何一条直线(证明线线垂直的一个重要方法). 2.使用线面垂直的定义和线面垂直的判定定理,不要误解为“如果一条直线垂直于平面内的无数条直线,就垂直于这个平面”. 基 础 自 测 1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (1)直线l 与平面α内的无数条直线都垂直,则l ⊥α.( ) (2)垂直于同一个平面的两平面平行.( ) (3)若两平面垂直,则其中一个平面内的任意一条直线垂直于另一个平面.( )

直线与平面垂直的判定经典例题

2.3直线、平面垂直的判定及其性质 2.3.1直线与平面垂直的判定 一、基础达标 1.下列说法中正确的个数是() ①若直线l与平面α内一条直线垂直,则l⊥α. ②若直线l与平面α内两条直线垂直,则l⊥α; ③若直线l与平面α内两条相交直线垂直,则l⊥α; ④若直线l与平面α内任意一条直线垂直,则l⊥α; ⑤若直线l与平面α内无数条直线垂直,则l⊥α. A.1 B.2 C.3 D.4 答案 B 解析对①②⑤,均不能断定该直线与平面垂直,该直线与平面可能平行,可能斜交,也可能在平面内,所以是错误的.正确的是③④,故选B. 2.已知直线m,n是异面直线,则过直线n且与直线m垂直的平面() A.有且只有一个B.至多一个 C.有一个或无数个D.不存在 答案 B 解析若异面直线m、n垂直,则符合要求的平面有一个,否则不存在.3.(2014·淮北高一检测)线段AB的长等于它在平面α内的射影长的2倍,则AB 所在直线与平面α所成的角为() A.30°B.45° C.60°D.120° 答案 C 解析如图,AC⊥α,AB∩α=B,则BC是AB在平面α

内的射影,则BC =1 2AB ,所以∠ABC =60°,它是AB 与平面α所成的角. 4.空间四边形ABCD 的四边相等,则它的两对角线AC 、BD 的关系是( ) A .垂直且相交 B .相交但不一定垂直 C .垂直但不相交 D .不垂直也不相交 答案 C 解析 取BD 中点O , 连接AO ,CO , 则BD ⊥AO ,BD ⊥CO , ∴BD ⊥面AOC ,BD ⊥AC , 又BD 、AC 异面,∴选C. 5.已知△ABC 所在平面外一点P 到△ABC 三顶点的距离都相等,则点P 在平面ABC 内的射影是△ABC 的________. 答案 外心 解析 P 到△ABC 三顶点的距离都相等,则点P 在平面ABC 内的射影到△ABC 三顶点的距离都相等,所以是外心. 6.(2014·舟山高一检测)如图所示,P A ⊥平面ABC ,△ABC 中BC ⊥AC ,则图中直角三角形的个数有________. 答案 4 解析 ? ??? ?P A ⊥平面ABC BC ?平面ABC ?

直线、平面垂直的判定及其性质(二)(讲义)含答案

直线、平面垂直的判定及其性质(二)(讲义) ?知识点睛 一、直线与平面垂直(线面垂直) 性质定理:垂直于同一个平面的两条直线_____________. a b α ∵_________,b⊥α, ∴___________. 其他性质: 如果两条平行直线中的一条垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面; 如果一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面,那么这条直线也垂直于另一个平面. 二、平面与平面垂直(面面垂直) 性质定理:两个平面垂直,则一个平面内_____________的直线与另一个平面垂直. α a l β ∵α⊥β,α∩β=l,________,________, ∴a⊥β. 其他性质: 如果两个相交平面都垂直于第三个平面,那么它们的交线垂直于第三个平面; 如果一平面垂直于两平行平面中的一个平面,那么它必垂直于另一个平面.

?精讲精练 1.已知直线l垂直于直线AB和AC,直线m垂直于直线BC和AC,则直线l, m的位置关系是() A.平行B.异面C.相交D.垂直 2.对于直线m,n和平面α,β,能得出α⊥β的一组条件是() A.m∥n,m∥α,n∥β B.m⊥n,α∩β=m,n?α C.m∥n,n⊥β,m?α D.m∥n,m⊥α,n⊥β 3.若m,n,l是互不重合的直线,α,β,γ是互不重合的平面,给 出下列命题: ①若α⊥β,α∩β=m,m⊥n,则n⊥α或n⊥β; ②若α∥β,α∩γ=m,β∩γ=n,则m∥n; ③若m不垂直于α,则m不可能垂直于α内的无数条直线; ④若α∩β=m,m∥n,且n?α,n?β,则n∥α且n∥β; ⑤若α∩β=m,β∩γ=n,α∩γ=l,且α⊥β,α⊥γ,β⊥γ,则m⊥n,m ⊥l,n⊥l.其中正确命题的序号是________________. 4.边长为a的正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角,则AC 的长为() B C D A A B. 2 a C. 2 a D.a

直线与平面垂直的判定及其性质测试题

直线与平面垂直的判定与性质 一、选择题 1.两异面直线在平面α内的射影() A.相交直线 B.平行直线 C.一条直线—个点 D.以上三种情况均有可能 2.若两直线a与b异面,则过a且与b垂直的平面() A.有且只有—个 B.可能存在也可能不存在 C.有无数多个 D.—定不存在 3.在空间,下列哪些命题是正确的() ①平行于同一条直线的两条直线互相平行; ②垂直于同一条直线的两条直线互相平行; ③平行于同一个平面的两条直线互相平行; ④垂直于同—个平面的两条直线互相平行. A.仅②不正确 B.仅①、④正确 C.仅①正确 D.四个命题都正确 4.若平面α的斜线l在α上的射影为l′,直线b∥α,且b⊥l′,则b与l() A.必相交 B.必为异面直线 C.垂直 D.无法确定 5.下列命题 ①平面的每条斜线都垂直于这个平面内的无数条直线; ②若一条直线垂直于平面的斜线,则此直线必垂直于斜线在此平面内的射影; ③若平面的两条斜线段相等,则它们在同一平面内的射影也相等; ④若一条线段在平面外并且不垂直于这个平面,则它的射影长一定小于线段的长. 其中,正确的命题有() A.1个 B.2个 C.3个 n 4个 6.在下列四个命题中,假命题为() A.如果一条直线垂直于平面内的无数条直线,那么这条直线和这个平面垂直 B.垂直于三角形两边的直线必垂直于第三边 C.过点A垂直于直线a的所有直线都在过点A垂直于a的平面内 D.如果三条共点直线两两垂直,那么其中一条直线垂直于另两条直线确定的平面 7.已知P是四边形ABCD所在平面外一点且P在平面ABCD内的射影在四边形ABCD内,若P到这四边形各边的距离相等,那么这个四边形是() A.圆内接四边形 B.矩形 C.圆外切四边形 D.平行四边形 8.在△ABC中,AB=AC=5,BC=6,PA⊥平面ABC,PA=8,则P到BC的距离等于()A. B. C.3 D.4 二、填空题 9.AB是平面α的斜线段,其长为a,它在平面α内的射影A′B的长为b,则垂线A′A_________. 10.如果直线l、m与平面α、β、γ满足:l=β∩γ,l⊥α,mα和m⊥γ,现给出以下四个结论: ①α∥γ且l⊥m;②αγ且m∥β③αβ且l⊥m;④αγ且l⊥m;其中正确的为“________”.(写出序号即可) 11.在空间四面体的四个面中,为直角三角形的最多有____________个. 12.如图,正方形ABCD,P是正方形平面外的一点,且PA⊥平面A BCD则在△PAB、△PBC、△PCD、△PAD、△PAC及△PBD中,为直角三角形有_________个. 13.给出以下四个命题 (1)两条平行直线在同一平面内的射影一定是平行直线; (2)两条相交直线在同一平面内的射影一定是相交直线; (3)两条异面直线在同一平面内的射影—定是两条相交直线; (4)一个锐角在平面内的射影一定是锐角. 其中假命题的共有_________个. 14.若一个直角在平面α内的射影是一个角,则该角最大为___________. 三、解答题 15.已知直线a∥平面α,直线b⊥平面α,求证:a⊥b. 16.如图,在长方体AC1中,已知AB=BC=a,BB1=b(b>a),连结BC1,过B l作B1⊥BC1交CC1于E,

直线与平面垂直的判定与性质

直线与平面垂直的判定与性质 典型例题 1、设m 、n 是两条不同的直线,α、β是两个不同的平面.考查下列命题,其中正确的命题是( ) A .βαβα⊥?⊥?⊥n m n m ,, B .n m n m ⊥?⊥βαβα//,,// C .n m n m ⊥?⊥⊥βαβα//,, D .ββαβα⊥?⊥=⊥n m n m ,, 解析:正确的命题是n m n m ⊥?⊥βαβα//,,//,选B. 2、如图,四面体ABCD 中,O 、E 分别BD 、 BC 的中点,CA =CB =CD =BD =2 求证:AO ⊥平面BCD ; 本小题主要考查直线与平面的位置关系、异面直线所 成的角以及点到平面的距离基本知识,考查空间想象 能力、逻辑思维能力和运算能力。 )证明:连结OC ,,.BO DO AB AD AO BD ==∴⊥ ,,.BO DO BC CD CO BD ==∴⊥ 在AOC ?中,由已知可得1, 3.AO CO == 而2,AC = 2 2 2 ,AO CO AC ∴+= 90,o AOC ∴∠=即.AO OC ⊥ ,BD OC O = AO ∴⊥平面BCD 一、选择题 1.如图,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,E 是A 1B 1 的中点,则E 到平面AB C 1D 1的距离为( ) A . 2 3 B .22 C .2 1 D . 3 3 2、在正四面体P -ABC 中,D ,E ,F 分别是AB ,BC ,CA 的中点,下面四个结论中不成立...的是( ) (A )BC //平面PDF (B )DF ⊥平面P A E A B M D E O C

231直线与平面垂直的判定

2.3.1 直线与平面垂直的判定 一、教学目标 (一)知识目标:理解直线和平面垂直的定义及判定定理;掌握判定直线和平面垂直的方法; (二)能力目标:培养学生的几何直观能力,使他们在直观感知,操作确认的基础上学会归纳、概括结论。 (三)情感目标:引导学生体会从“感性认识”到“理性认识”过程中获取新知。 二、教学重难点 (一)重点:直线与平面垂直的定义和判定定理的探究。 (二)难点:直线与平面垂直的定义和判定定理的探究。 三、活动设计 四、教学过程 (一)创设情景,揭示课题 1、提出问题:在现实生活中,我们经常看到一些直线与平面垂直的现象,例如:“旗杆 与地面,大桥的桥柱和水面等的位置关系”,你能举出一些类似的例子 吗?然后让学生回忆、思考、讨论、对学生的活动给予评价。 2、指出:一条直线与一个平面垂直的意义是什么?并通过分析旗杆与它在 地面上的射影的位置关系引出课题内容。 (二)研探新知 1、为使学生学会从“感性认识”到“理性认识”过程中获取新知,可再借助长 方体模型让学生感知直线与平面的垂直关系。然后引导学生用“平面化” 的思想来思考问题:从直线与直线垂直、直线与平面平行等的定义过程 得到启发,能否用一条直线垂直于一个平面内的直线来定义这条直线与 这个平面垂直呢?组织学生交流讨论,概括其定义。 定义:如果直线L与平面α内的任意一条直线都垂直,我们就说直线L 与平面α互相垂直,记作L⊥α,直线L叫做平面α的垂线,平面α叫 做直线L的垂面。直线与平面垂直时,它们唯一公共点P叫做垂足。 2、提出问题,探索思考: (1)问题:虽然可以根据定义判定直线与平面垂直,但这种方法实际上难以实施。有没有比较方便可行的方法来判断直线和平面垂直呢? (2)师生活动:请同学们准备一块三角形的纸片,我们一起来做试验:过△ABC的顶点A翻折纸片,得到折痕AD,将翻折后的纸片竖起 放置在桌面上(BD、DC与桌面接触),问如何翻折才能保证折痕 AD与桌面所在平面垂直? (3)归纳结论:引导学生根据直观感知及已有经验(两条相交直线确定一个平面),进行合情推理,获得判定定理: 一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂 直。 特别强调:a)定理中的“两条相交直线”这一条件不可忽视; b)定理体现了“直线与平面垂直”与“直线与直线垂直”互相

直线与平面垂直性质定理练习题

2.3.3 直线与平面垂直的性质 一、选择题 1.下列说法正确的是( ) A .若l 上有无数个点不在平面α内,则l ∥α B .若直线l 与平面α垂直,则l 与α内的任一直线垂直 C .若E 、F 分别为△ABC 中AB 、BC 边上的中点,则EF 与经过AC 边的所有平面平行 D .两条垂直的直线中有一条和一个平面平行,则另一条和这个平面垂直 2.若M 、n 表示直线,α表示平面,则下列命题中,正确命题的个数为( ) ① ?????m ∥n m ⊥α?n ⊥α; ② ? ????m ⊥αn ⊥α?M ∥n ; ③ ?????m ⊥αn ∥α?M ⊥n; ④ ? ????m ∥αm ⊥n ?n ⊥α. A .1 B .2 C .3 D .4 3.已知直线PG ⊥平面α于G ,直线EF ?α,且PF ⊥EF 于F ,那么线段PE ,PF ,PG 的大小关系是( ) A .PE >PG >PF B .PG >PF >PE C .PE >PF >PG D .PF >P E >PG 4.P A 垂直于以AB 为直径的圆所在平面,C 为圆上异于A ,B 的任一点,则下列关系不正确的是( ) A .P A ⊥BC B .B C ⊥平面P AC C .AC ⊥PB D .PC ⊥BC 5.下列命题: ①垂直于同一直线的两条直线平行; ②垂直于同一直线的两个平面平行; ③垂直于同一平面的两条直线平行; ④垂直于同一平面的两平面平行. 其中正确的个数是( ) A .1 B .2 C .3 D .4 6.在△ABC 所在的平面α外有一点P ,且P A =PB =PC ,则P 在α内的射影是△ABC 的( ) A .垂心 B .内心 C .外心 D .重心 二、填空题 7.线段AB 在平面α的同侧,A 、B 到α的距离分别为3和5,则AB 的中点到α的距离为________. 8.直线a 和b 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的两个不同平面内,使a ∥b 成立的条件是________.(只填序号) ①a 和b 垂直于正方体的同一个面;②a 和b 在正方体两个相对的面内,且共面;③a 和b 平行于同一条棱;④a 和b 在正方体的两个面内,且与正方体的同一条棱垂直. 9.如图所示,平面ABC ⊥平面ABD ,∠ACB =90°,CA =CB ,△ABD 是正三角形,O 为AB 中点,则图中直角三角形的个数为________.

直线与平面垂直的判定说课稿

创作编号: GB8878185555334563BT9125XW 创作者:凤呜大王* 《直线与平面垂直的判定》说课稿 李凯帆 本节课是人教版《普通高中课程标准实验教科书·数学(A版)》必修2第三节“2.3.1直线与平面垂直的判定”的第一课时。下面,我将分别从教材分析、学情分析、教法与学法分析、教学过程设计、教学反思五个方面对本节课进行说明。 一、教材分析 1.内容、地位与作用 直线与平面垂直是直线和平面相交中的一种特殊情况,是空间中直线与直线垂直位置关系的拓展,又是平面与平面垂直的基础,是空间中垂直位置关系间转化的重心,同时又是直线和平面所成的角等内容的基础,因而它是空间点、直线、平面间位置关系中的核心概念之一. 本节课是在学习了空间点、直线、平面之间的位置关系和直线与平面平行的判定及其性质之后进行的,其主要内容是直线与平面垂直的定义、直线与平面垂直的判定定理及其应用。 其中,线面垂直的定义是线面垂直最基本的判定方法和性质,它是探究线面垂直判定定理的基础;线面垂直的判定定理充分体现了线线垂直与线面垂直之间的转化,它既是后面学习面面垂直的基础,又是连接线线垂直和面面垂直的纽带! 学好这部分内容,对于学生建立空间观念、实现从认识平面图形到认识 立体图形的飞跃, 是非常重要的. 2.教学目标

《数学课程标准》指出本节课学习目标是:通过直观感知、操作确认,归纳出线面垂直的判定定理;能运用判定定理证明一些空间位置关系的简单命题.考虑到本校学生的接受能力和课容量,本节课只要求学生在构建线面垂直定义的基础上探究线面垂直的判定定理,并进行定理的初步运用.故而确立以下教学目标: (1)知识与技能 通过直观感知、操作确认,理解线面垂直的定义,归纳线面垂直的判定定理, 并能运用定义和定理证明一些空间位置关系的简单命题。 (2)过程与方法 通过线面垂直定义及定理的探究过程,感知几何直观能力和抽象概括能力,体会转化思想在解决问题中的运用。 (3)情感、态度与价值观 通过线面垂直定义及定理的探究,让学生亲身经历数学研究的过程,体验探索的乐趣,增强学习数学的兴趣。 3.教学重点和难点 根据教学大纲的要求以及学生的实际情况,确定如下: 重点:通过操作概括直线与平面垂直的定义和判定定理 难点:操作确认直线与平面垂直的判定定理 二、学情分析 学习本课前,学生已经通过直观感知、操作确认的方法,学习了直线与平面平行的判定定理,对空间概念建立有一定基础。但是,学生的抽象概括能力、空间想象力还有待提高。线面垂直的定义比较抽象,平面内看不到直线,要让学生去体会“与平面内所有直线垂直”就有一定困难;同时,线面垂直判定定理的发现具有一定的隐蔽性,学生不易想到。 高二年级的学生,已具有一定的想象能力和分析问题、解决问题的能力,但尽管思维活跃,敏捷,但却缺乏冷静、思考,因而片面,不够严谨。仍需依赖一定的具体形象的经验材料来理解抽象的逻辑关系。 三、教法与学法分析 本节课内容是学生空间观念形成的关键时期,课堂上充分利用现实情境,学生通过感知、观察,提炼直线与平面垂直的定义;进一步,在一个具体的数学问题情景中设想,并在教师指导下,动手操作,观察分析,自主探索等活动,切实感受直线与平面垂直判定定理的形成过程,体会蕴含在其中的思想方法。 采用启发式、引导式、参与式的教学方法,引导学生进行自主尝试和探究;引导学生采用自主探索与互相协作相结合的学习方式。 四、教学过程设计

直线与直线直线与平面平面与平面垂直的判定与性质汇总

【课题】9.4 直线与直线、直线与平面、平面与平面垂直的判定与性质 【教学目标】 知识目标:(1)了解空间两条直线垂直的概念; (2)掌握与平面垂直的判定方法与性质,平面与平面垂直的判定方法与性质.能力目标:培养学生的空间想象能力和数学思维能力. 【教学重点】直线与平面、平面与平面垂直的判定方法与性质. 【教学难点】判定空间直线与直线、直线与平面、平面与平面垂直. 【教学设计】 在平面内,过一点可以作一条且只能作一条直线与已知直线垂直;在空间中,过一点作与已知直线垂直的直线,能作无数条. 例1是判断异面直线垂直的巩固性题目,根据异面直线垂直的定义,只要判断它们所成的角为90即可. 在判定直线与平面垂直时,要特别注意“平面内两条相交的直线”的条件.可举一些实例,以加深学生对条件的理解. 两个平面互相垂直是两个平面相交的特殊情况.在日常生活和工农业生产中,两个平面互相垂直的例子非常多,教学时可以多结合一些实例,以引起学生的兴趣. 例4是判断平面与平面垂直的巩固性题目,关键是在平面 B AC内找到一条直线AC与平面B1BDD1 1 垂直.例5是巩固平面与平面垂直的性质的题目. 【教学备品】教学课件. 【课时安排】2课时.(90分钟) 【教学过程】

过 程 行为 行为 意图 间 *巩固知识 典型例题 【知识巩固】 例1 如图9-43,长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,判断直线AB 和DD 1是否垂直. 解 AB 和DD 1是异面直线,而BB 1∥DD 1,AB ⊥BB 1,根据异面直线所成的角的定义, 可知AB 与DD 1成直角.因此1AB DD . 图9-43 说明 强调 引领 讲解 说明 观察 思考 主动 求解 通过例题进一步领会 10 *运用知识 强化练习 1.垂直于同一条直线的两条直线是否平行? 2.在图9?43所示的正方体中,找出与直线AB 垂直的棱,并指出它们与直线1AA 的位置关系. 提问 指导 思考 解答 了解 知识 掌握 情况 14 *创设情境 兴趣导入 【问题】 前面我们学过直线与平面垂直的概念.根据定义判断直线与平面垂直,需要判定直线与平面内的任意一条直线都垂直,这是比较困难的.那么,如何判定直线和平面垂直呢? 【观察】 我们来看看实践中工人师傅是如何做的. 如图9?44所示,检验一根圆木柱和板面是否垂 直.工人师傅的做法是,把直角尺的一条直角边放在板面 上,看曲尺的另一条直角边是否和圆木柱吻合,然后把直角尺换个位置,照样再检查一次(应当注意,直角尺与板面的交线,在两次检查中不能为同一条直线).如果两次检查,圆木柱都能和直角尺的直角边完全吻合,就判定圆木柱和板面垂直. 质疑 引导 分析 思考 带领 学生 分析 17 *动脑思考 探索新知 【新知识】 从大量的实践与观察中,归纳出直线与平面垂直的判定方法:如果一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这条直线与这个平面垂直. 讲解 说明 理解 带领 学生 分析 图9?44

直线、平面垂直的判定及其性质-练习题1(答案)

】 直线、平面垂直的判定及其性质 一、选择题 1、“直线l垂直于平面内的无数条直线”是“l⊥”的() A、充分条件 B、必要条件 C、充要条件 D、既不充分也不必要条件 2、如果一条直线l与平面的一条垂线垂直,那么直线l与平面的位置关系是() A、l B、l⊥ C、l∥ D、l或l∥ 3、若两直线a⊥b,且a⊥平面,则b与的位置关系是() A、相交 B、b∥ C、b D、b∥,或b · 4、a∥α,则a平行于α内的( ) A、一条确定的直线 B、任意一条直线 C、所有直线 D、无数多条平行线 5、如果直线a∥平面α,那么直线a与平面α内的 ( ) A、一条直线不相交 B、两条直线不相交 C、无数条直线不相交 D、任意一条直线都不相交 6、若直线l上有两点P、Q到平面α的距离相等,则直线l与平面α的位置关系是( ) A、平行 B、相交 — C、平行或相交 D、平行、相交或在平面α内 二、填空题 7、过直线外一点作直线的垂线有条;垂面有个;平行线有条;平行平面 有个. 8、过平面外一点作该平面的垂线有条;垂面有个;平行线有条;平行平面有个. 9、过一点可作________个平面与已知平面垂直. . 10、过平面α的一条斜线可作_________个平面与平面α垂直.

11、过平面α的一条平行线可作_________个平面与平面α垂直. 三、解答题 ( 12、求证:如果两条平行直线中的一条垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面 13、过一点和已知平面垂直的直线只有一条 ] 14、有一根旗杆AB高8m,它的顶端A挂一条长10m的绳子,拉紧绳子并把它的下端放在地面上的两点(和旗杆脚不在同一直线上),C D,如果这两点都和旗杆脚B的距离是6m,那么旗杆就和地面垂直,为什么 > 15、已知直线l⊥平面α,垂足为A,直线AP⊥l 求证:AP在α内

直线与平面垂直的判定教案讲课教案

《直线与平面垂直的判定》 选自人教版《普通高中课程标准实验教科书·数学》必修2第二章第三节 一、教学目标 1.知识与技能目标 (1).掌握直线与平面垂直的定义 (2).理解并掌握直线与平面垂直的判定定理 (3).会判断一条直线与一个平面是否垂直 (4).培养学生的空间想象能力和对新知识的探索能力 2.过程与方法目标 (1).加强学生空间与平面之间的转化意识,训练学生的思维灵活性 (2).要善于应用平移手法将分散的条件集中到某一个图形中进行研究,特别是辅助 线的添加 3.情感态度价值观目标 (1).培养学生的探索精神 (2).加强学生对数学的学习兴趣 二、重点难点 1.教学重点:直线与平面垂直的定义及其判定定理 2.教学难点:直线与平面垂直判定定理的理解 三、课时安排 本课共安排一课时 四、教学用具 多媒体、三角形纸片、三角板或直尺 五、教学过程设计 1.创设情境 问题1:空间一条直线和一个平面有哪几种位置关系? 设计意图:此问基于学生已有的数学现实,通过对已学相关知识的追忆,寻找新知识学习的“固着点”。 问题2:列举在日常生活中你见到的可以抽象成直线与平面相交的事例?寻找特殊的事例并引入课题。

设计意图:此问基于学生的客观现实,通过对生活事例的观察,让学生直观感知直线与平面相交中一种特例:直线与平面垂直的初步形象,激起进一步探究直线与平面垂直的意义。 2.提炼定义 问题3:结合对下列问题的思考,试着给出直线和平面垂直的定义. (1)阳光下,旗杆AB与它在地面上的影子BC所成的角度是多少? (2)随着太阳的移动,影子BC的位置也会移动,而旗杆AB与影子BC所成的角度是否会发生改变? (3)旗杆AB与地面上任意一条不过点B的直线B1C1的位置关系如何?依据是什么? 设计意图:第(1)与(2)两问旨在让学生发现旗杆AB所在直线始终与地面上任意一条过点B的直线垂直,第(3)问进一步让学生发现旗杆AB所在直线始终与地面上任意一条不过点B的直线也垂直,在这里,主要引导学生通过观察直立于地面的旗杆与它在地面的影子的位置关系来分析、归纳直线与平面垂直这一概念。 (学生叙写定义,并建立文字、图形、符号这三种语言的相互转化) 思考:(1)如果一条直线垂直于一个平面内的无数条直线,那么这条直线是否与这个平面垂直? (2)如果一条直线垂直于一个平面,那么这条直线是否垂直于这个平面内的所有直线? (对问(1),在学生回答的基础上用直角三角板在黑板上直观演示;对问(2)可引导学生给出符号语言表述:若,则 ) 设计意图:通过对问题(1)的辨析讨论,深化直线与平面垂直的概念。通过对问题(2)的辨析讨论旨在让学生掌握线线垂直的一种判定方法。 通常定义可以作为判定依据,但由于利用直线与平面垂直的定义直接判定直线与平面垂直需要考察平面内的每一条直线与已知直线是否垂直,这给我们的判定带来困难,因为我们无法去一一检验。这就有必要去寻找比定义法更简捷、可行的直线与平面垂直的判定方法。 3.探究新知 创设情境猜想定理:某公司要安装一根8米高的旗杆,两位工人先从旗杆的顶点挂两条长10米的绳子,然后拉紧绳子并把绳子的下端放在地面上两点(和旗杆脚不在同一直

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