高考数学一轮复习第七章立体几何第42讲直线平面垂直的判定及其性质实战演练理

专题四十二直线、平面平行的判定及其性质【高频考点解读】1.以立体几何的有关定义、公理和定理为动身点，生疏和理解空间中线面平行、面面平行的有关性质与判定定理，并能够证明相关性质定理．2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的平行关系的简洁命题．【热点题型】题型一平行关系基本问题例1、(1)(2021年高考广东卷)设l为直线，α，β是两个不同的平面．下面命题中正确的是()A．若l∥α，l∥β，则α∥βB．若l⊥α，l⊥β，则α∥βC．若l⊥α，l∥β，则α∥βD．若α⊥β，l∥α，则l∥β(2)已知m、n、l1、l2表示直线，α，β表示平面．若m⊂α，n⊂α，l1⊂β，l2⊂β，l1∩l2＝M，则α∥β的一个充分条件是()A．m∥β且l1∥αB．m∥β且n∥βC．m∥β且n∥l2D．m∥l1且n∥l2【提分秘籍】解决有关线面平行，面面平行的判定与性质的基本问题要留意(1)留意判定定理与性质定理中易忽视的条件，如线面平行的条件中线在面外易忽视．(2)结合题意构造或绘制图形，结合图形作出推断．(3)会举反例或用反证法推断命题是否正确．【举一反三】设l表示直线，α、β表示平面．给出四个结论：①假如l∥α，则α内有很多条直线与l平行；②假如l∥α，则α内任意的直线与l平行；③假如α∥β，则α内任意的直线与β平行；④假如α∥β，对于α内的一条确定的直线a，在β内仅有唯一的直线与a平行．以上四个结论中，正确结论的个数为()A．0 B．1C．2 D．3【热点题型】题型二直线与平面平行的判定与性质例2、(2021年高考福建卷)如图，在四棱锥P－ABCD中，PD⊥平面ABCD，AB∥DC，AB⊥AD，BC ＝5，DC＝3，AD＝4，∠P AD＝60°.(1)当正视方向与向量AD→的方向相同时，画出四棱锥P－ABCD的正视图(要求标出尺寸，并写出演算过程)；(2)若M为P A的中点，求证：DM∥平面PBC；(3)求三棱锥D－PBC的体积．【提分秘籍】证明直线与平面平行，一般有以下几种方法(1)若用定义直接判定，一般用反证法；(2)用判定定理来证明，关键是在平面内找(或作)一条直线与已知直线平行，证明时留意用符号语言叙述证明过程；(3)应用两平面平行的一共性质，即两平面平行时，其中一个平面内的任何直线都平行于另一个平面．【举一反三】如图，在正三棱柱ABC－A1B1C1中，点D为棱AB的中点，BC＝1，AA1＝ 3.(1)求证：BC1∥平面A1CD；(2)求三棱锥D－A1B1C1的体积．【热点题型】题型三平面与平面平行的判定与性质例3、(2021年高考陕西卷)如图，四棱柱ABCD－A1B1C1D1的底面ABCD是正方形，O是底面中心，A1O⊥底面ABCD，AB＝AA1＝ 2.(1)证明：平面A1BD∥平面CD1B1；(2)求三棱柱ABD－A1B1D1的体积．【提分秘籍】1.平面与平面平行的几个有用性质(1)两个平面平行，其中一个平面内的任意一条直线平行于另一个平面．(2)夹在两个平行平面之间的平行线段长度相等．(3)经过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行． (4)两条直线被三个平行平面所截，截得的对应线段成比例． (5)假如两个平面分别平行于第三个平面，那么这两个平面相互平行．(6)假如一个平面内有两条相交直线分别平行于另一个平面内的两条直线，那么这两个平面平行． 2.判定平面与平面平行的方法 (1)利用定义；(2)利用面面平行的判定定理； (3)利用面面平行的判定定理的推论； (4)面面平行的传递性(α∥β，β∥γ⇒α∥γ)； (5)利用线面垂直的性质(l ⊥α，l ⊥β⇒α∥β). 【举一反三】已知平面α∥β，直线a ⊂α，有下列说法： ①a 与β内的全部直线平行；②a 与β内很多条直线平行； ③a 与β内的任意一条直线都不垂直． 其中真命题的序号是________．【热点题型】题型四 立体几何中的探究性问题例4、如图，在四棱锥S －ABCD 中，已知底面ABCD 为直角梯形，其中AD ∥BC ，∠BAD ＝90°，SA ⊥底面ABCD ，SA ＝AB ＝BC ＝2，tan ∠SDA ＝23.(1)求四棱锥S －ABCD 的体积；(2)在棱SD 上找一点E ，使CE ∥平面SAB ，并证明．【提分秘籍】解决探究性问题一般要接受执果索因的方法，假设求解的结果存在，从这个结果动身，查找使这个结论成立的充分条件，假如找到了符合题目结果要求的条件，则存在；假如找不到符合题目结果要求的条件(消灭冲突)，则不存在．常见的类型有：(1)条件探究型 (2)结论探究性．【举一反三】在四棱锥P －ABCD 中，P A ⊥平面ABCD ，△ABC 是正三角形，AC 与BD 的交点M 恰好是AC 中点，又∠CAD ＝30°，P A ＝AB ＝4，点N 在线段PB 上，且PN NB ＝13.(1)求证：BD ⊥PC ； (2)求证：MN ∥平面PDC ；(3)设平面P AB ∩平面PCD ＝l ，试问直线l 是否与直线CD 平行，请说明理由．【高考风向标】1．（2022·浙江卷）设m ，n 是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面( ) A ．若m ⊥n ，n ∥α，则m ⊥αB ．若m ∥β，β⊥α，则m ⊥αC ．若m ⊥β，n ⊥β，n ⊥α，则m ⊥αD ．若m ⊥n ，n ⊥β，β⊥α，则m ⊥α2．（2022·安徽卷）如图1-5所示，四棱锥P - ABCD 的底面是边长为8的正方形，四条侧棱长均为217.点G ，E ，F ，H 分别是棱PB ，AB ，CD ，PC 上共面的四点，平面GEFH ⊥平面ABCD ，BC ∥平面GEFH .图1-5(1)证明：GH ∥EF ；(2)若EB ＝2，求四边形GEFH 的面积．3．（2022·北京卷）如图1-5，在三棱柱ABC -A1B1C1中，侧棱垂直于底面，AB⊥BC，AA1＝AC＝2，BC＝1，E，F分别是A1C1，BC的中点．图1-5(1)求证：平面ABE⊥平面B1BCC1；(2)求证：C1F∥平面ABE；(3)求三棱锥E -ABC的体积．4．（2022·湖北卷）如图1-5，在正方体ABCD -A1B1C1D1中，E，F，P，Q，M，N分别是棱AB，AD，DD1，BB1，A1B1，A1D1的中点．求证：(1)直线BC1∥平面EFPQ；(2)直线AC1⊥平面PQMN .图1-55．（2022·江苏卷）如图1-4所示，在三棱锥P -ABC中，D，E，F分别为棱PC，AC，AB的中点．已知P A⊥AC，P A＝6，BC＝8，DF＝5.求证：(1)直线P A∥平面DEF；(2)平面BDE⊥平面ABC .图1-46．（2022·新课标全国卷Ⅱ）如图1-3，四棱锥P -ABCD中，底面ABCD为矩形，P A⊥平面ABCD，E为PD的中点．(1)证明：PB∥平面AEC；(2)设AP＝1，AD＝3，三棱锥P -ABD 的体积V ＝34，求A到平面PBC的距离．图1-37．（2022·山东卷）如图1-4所示，四棱锥P -ABCD 中，AP ⊥平面PCD ，AD ∥BC ，AB ＝BC ＝12AD ，E ，F分别为线段AD ，PC 的中点．图1-4(1)求证：AP ∥平面BEF ；(2)求证：BE ⊥平面P AC .8．（2022·四川卷）在如图1-4所示的多面体中，四边形ABB 1A 1和ACC 1A 1都为矩形． (1)若AC ⊥BC ，证明：直线BC ⊥平面ACC 1A 1.(2)设D ，E 分别是线段BC ，CC 1的中点，在线段AB 上是否存在一点M ，使直线DE ∥平面A 1MC ？请证明你的结论．图1-4【随堂巩固】1．已知m，n是两条不同直线，α，β，γ是三个不同平面，下列命题中正确的是() A．若m∥α，n∥α，则m∥nB．若α⊥γ，β⊥γ，则α∥βC．若m∥α，m∥β，则α∥βD．若m⊥α，n⊥α，则m∥n2．下列命题正确的是()A．若两条直线和同一个平面所成的角相等，则这两条直线平行B．若一个平面内有三个点到另一个平面的距离相等，则这两个平面平行C．若一条直线平行于两个相交平面，则这条直线与这两个平面的交线平行D．若两个平面都垂直于第三个平面，则这两个平面平行3．已知两条直线a、b与两个平面α、β，b⊥α，则下列命题中正确的是()①若a∥α，则a⊥b；②若a⊥b，则a∥α；③若b⊥β，则α∥β；④若α⊥β，则b∥β.A．①③ B．②④C．①④D．②③4．下列四个正方体图形中，A，B为正方体的两个顶点，M，N，P分别为其所在棱的中点，能得出AB∥平面MNP的图形的序号是()A．①③B．②③C．①④D．②④5．平面α∥平面β的一个充分条件是( ) A ．存在一条直线a ，a ∥α，a ∥β B ．存在一条直线a ，a ⊂α，a ∥βC ．存在两条平行直线a ，b ，a ⊂α，b ⊂β，a ∥β，b ∥αD ．存在两条异面直线a ，b ，a ⊂α，b ⊂β，a ∥β，b ∥α6．a 、b 、c 为三条不重合的直线，α、β、γ为三个不重合的平面，现给出六个命题 ①⎭⎪⎬⎪⎫a ∥c b ∥c ⇒a ∥b ② ⎭⎪⎬⎪⎫a ∥γb ∥γ⇒a ∥b ③⎭⎪⎬⎪⎫α∥c β∥c ⇒α∥β ④⎭⎪⎬⎪⎫α∥γβ∥γ⇒α∥β ⑤⎭⎪⎬⎪⎫α∥c a ∥c ⇒a ∥α ⑥⎭⎪⎬⎪⎫a ∥γα∥γ⇒α∥a 其中正确的命题是( ) A ．①②③ B ．①④⑤ C ．①④D ．①③④7．设互不相同的直线l ，m ，n 和平面α，β，γ，给出下列三个命题： ①若l 与m 为异面直线，l ⊂α，m ⊂β，则α∥β； ②若α∥β，l ⊂α，m ⊂β，则l ∥m ；③若α∩β＝l ，β∩γ＝m ，γ∩α＝n ，l ∥γ，则m ∥n . 其中真命题的个数为________．8.如图所示，ABCD －A 1B 1C 1D 1是棱长为a 的正方体，M ，N 分别是下底面的棱A 1B 1，B 1C 1的中点，P 是上底面的棱AD 上的一点，AP ＝a3，过P ，M ，N 的平面交上底面于PQ ，Q 在CD 上，则PQ ＝________.9．在四周体ABCD 中，M ，N 分别为△ACD 和△BCD 的重心，则四周体的四个面中与MN 平行的是________．10．如图，在直四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，底面ABCD 为等腰梯形，AB ∥CD ，且AB ＝2CD ，在棱AB 上是否存在一点F ，使平面C 1CF ∥平面ADD 1A 1？若存在，求点F 的位置；若不存在，请说明理由．11.如图，在三棱锥S－ABC中，平面SAB⊥平面SBC，AB⊥BC，AS＝AB.过A作AF⊥SB，垂足为F，点E，G分别是棱SA，SC的中点．求证：(1)平面EFG∥平面ABC；(2)BC⊥SA . 12．如图，四棱锥E－ABCD中，EA＝EB，AB∥CD，AB⊥BC，AB＝2CD .(1)求证：AB⊥ED；(2)线段EA上是否存在点F，使DF∥平面BCE ？若存在，求出EFEA；若不存在，说明理由．。

∵AA1⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD,
∴BD⊥AA1,又AA1∩AD=A,AA1⊂平面A1AD,AD⊂平面A1AD,
∴BD⊥平面A1AD,又BD⊂平面A1BD,
∴平面A1BD⊥平面A1AD.
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考点1
考点2
考点3
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(2)解 连接 A1C,S 四边形 ABCD=2S△ABD=2×2AD×BD=√3,
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知识梳理
双基自测
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1.下列结论正确的打“√”,错误的打“×”.
(1)已知直线a,b,c,若a⊥b,b⊥c,则a∥c.( × )
(2)若直线l与平面α内的无数条直线都垂直,则l⊥α.( × )
(3)设m,n是两条不同的直线,α是一个平面,若m∥n,m⊥α,则n⊥α. (
思考证明线面垂直的常用方法有哪些?
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考点1
考点2
考点3
证明 (1)因为AB⊥平面PAD,PH⊂平面PAD,
所以PH⊥AB.
因为PH为△PAD中AD边上的高,所以PH⊥AD.
因为AB∩AD=A,AB⊂平面ABCD,AD⊂平面ABCD,
所以PH⊥平面ABCD.
(2)如图,取PA的中点M,连接MD,ME.
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析 依题意,由l⊥β,l⊂α可以推出α⊥β;反过来,由α⊥β,l⊂α不能
推出l⊥β.因此“l⊥β”是“α⊥β”成立的充分不必要条件,故选A.
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知识梳理
双基自测
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2018年高考数学一轮复习 第七章 立体几何 第42讲 直线、平面垂直的判定及其性质实战演练 理1．(2015·福建卷)若l ，m 是两条不同的直线，m 垂直于平面α，则“l ⊥m ”是“l ∥α”的( B )A ．充分而不必要条件B ．必要而不充分条件C ．充分必要条件D ．既不充分也不必要条件解析：m ⊥α，l ⊥m ，则l ⊂α或l ∥α；m ⊥α，l ∥α，则l ⊥m .故选B.2．(2014·广东卷)若空间中四条两两不同的直线l 1，l 2，l 3，l 4，满足l 1⊥l 2，l 2⊥l 3，l 3⊥l 4，则下列结论一定正确的是( D )A ．l 1⊥l 4B ．l 1∥l 4C ．l 1与l 4既不垂直也不平行D ．l 1与l 4的位置关系不确定解析：由l 1⊥l 2，l 2⊥l 3可知l 1与l 3的位置不确定，若l 1∥l 3，则结合l 3⊥l 4，得l 1⊥l 4，所以排除选项B ，C ，若l 1⊥l 3，则结合l 3⊥l 4，知l 1与l 4可能不垂直，所以排除选项A ．故选D.3．(2016·全国卷Ⅰ)如图，在以A ，B ，C ，D ，E ，F 为顶点的五面体中，面ABEF 为正方形，AF ＝2FD ，∠AFD ＝90°，且二面角D ­AF ­E 与二面角C ­BE ­F 都是60°.(1)证明：平面ABEF ⊥平面EFDC ；(2)求二面角E ­BC ­A 的余弦值．解析：(1)证明：由已知可得AF ⊥DF ，AF ⊥FE ，所以AF ⊥平面EFDC ．又AF ⊂平面ABEF ，故平面ABEF ⊥平面EFDC ．(2)过D 作DG ⊥EF ，垂足为G ，由(1)知DG ⊥平面ABEF .以G 为坐标原点，GF →的方向为x 轴正方向，|GF →|为单位长，建立如图所示的空间直角坐标系G ­xyz .由(1)知∠DFE 为二面角D ­AF ­E 的平面角，故∠DFE ＝60°，则|DF |＝2，|DG |＝3，可得A (1,4,0)，B (－3,4,0)，E (－3,0,0)，D (0,0，3)． 由已知得AB ∥EF ，所以AB ∥平面EFDC ．又平面ABCD ∩平面EFDC ＝CD ，故AB ∥CD ，CD ∥EF .由BE ∥AF ，可得BE ⊥平面EFDC ，所以∠CEF 为二面角C ­BE ­F 的平面角，∠CEF ＝60°.从而可得C (－2,0，3)．所以EC →＝(1,0，3)，EB →＝(0,4,0)，AC →＝(－3，－4，3)，AB →＝(－4,0,0)．设n ＝(x ，y ，z )是平面BCE 的法向量，则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·EC →＝0，n ·EB →＝0，即⎩⎨⎧ x ＋3z ＝0，4y ＝0，所以可取n ＝(3,0，－3)，设m 是平面ABCD 的法向量，则⎩⎪⎨⎪⎧ m ·AC →＝0，m ·AB →＝0，同理可取m ＝(0，3，4)，则cos 〈n ，m 〉＝n·m |n||m|＝－21919. 故二面角E ­BC ­A 的余弦值为－21919. 4．(2015·北京卷)如图，在四棱锥A ­EFCB 中，△AEF 为等边三角形，平面AEF ⊥平面EFCB ，EF ∥BC ，BC ＝4，EF ＝2a ，∠EBC ＝∠FCB ＝60°，O 为EF 的中点．(1)求证：AO ⊥BE ；(2)求二面角F ­AE ­B 的余弦值；(3)若BE ⊥平面AOC ，求a 的值．解析：(1)证明：因为△AEF 是等边三角形，O 为EF 的中点，所以AO ⊥EF .又因为平面AEF ⊥平面EFCB ，AO ⊂平面AEF ，所以AO ⊥平面EFCB .所以AO ⊥BE .(2)取BC 的中点G ，连接OG .由题设知EFCB 是等腰梯形，所以OG ⊥EF .由(1)知AO ⊥平面EFCB ，又OG ⊂平面EFCB ，所以OA ⊥OG .如图建立空间直角坐标系O ­xyz .则E (a,0,0)，A (0,0，3a )，B (2，3(2－a )，0)，EA →＝(－a,0，3a )，BE →＝(a －2，3(a －2)，0)．设平面AEB 的法向量为n ＝(x ，y ，z )，则⎩⎪⎨⎪⎧n ·EA →＝0，n ·BE →＝0，即⎩⎨⎧ －ax ＋3az ＝0，a －x ＋3a －y ＝0，令z ＝1，则x ＝3，y ＝－1.于是n ＝(3，－1,1)， 又平面AEF 的一个法向量为p ＝(0,1,0)，所以cos 〈n ，p 〉＝n·p |n ||p |＝－55，由题知二面角F ­AE ­B 为钝角，所以它的余弦值为－55.(3)因为BE ⊥平面AOC ，所以BE ⊥OC ，即BE →·OC →＝0.因为BE →＝(a －2，3(a －2)，0)，OC →＝(－2，3(2－a )，0)， 所以BE →·OC →＝－2(a －2)－3(a －2)2，由BE →·OC →＝0及0＜a ＜2，解得a ＝43.。

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1．已知平面α，β，直线l，若α⊥β，α∩β＝l，则( ) A．垂直于平面β的平面一定平行于平面α B．垂直于直线l的直线一定垂直于平面α C．垂直于平面β的平面一定平行于直线l D．垂直于直线l的平面一定与平面α、β都垂直 解析：A中平面可与α平行或相交，不正确。 B中直线可与α垂直或斜交，不正确。 C中平面可与直线l平行或相交，不正确。 答案：D
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(3)若SA＝SD，M为BC的中点，在棱SC上是否存在点N，使得平面DMN⊥平面 ABCD？并证明你的结论。
解析：(3)存在点N为SC的中点， 使得平面DMN⊥平面ABCD。 连接PC、DM交于点O，连接PM、SP、NM、ND、NO， 因为PD∥CM， 且PD＝CM， 所以四边形PMCD为平行四边形，所以PO＝CO。 又因为N为SC的中点，所以NO∥SP。 易知SP⊥AD， 因为平面SAD⊥平面ABCD，平面SAD∩平面ABCD＝ AD，且SP⊥AD， 所以SP⊥平面ABCD，所以NO⊥平面ABCD。 又因为NO⊂平面DMN，所以平面DMN⊥平面ABCD。
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(2)若AB＝BC，求证：BD⊥面SAC。
证明： (2)方法一：若AB＝BC，则BD⊥AC， 由(1)可知，SD⊥面ABC，而BD⊂面ABC， ∴SD⊥BD， ∵SD⊥BD，BD⊥AC，SD∩AC＝D， ∴BD⊥面SAC。 方法二：若AB＝BC，则BD⊥AC。由(1)知SD⊥平面ABC，又SD⊂平面SAC， ∴平面ABC⊥平面SAC， 又平面ABC∩平面SAC＝AC。 ∴BD⊥平面SAC。
条直线和这个平面所成的角。如图， □10 ____∠__P_A_O______就是斜线AP与平面α所成的
□ 角。 (2)线面角θ的范围：θ∈
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___0_，__π2_ _____。