2018年高考数学二轮复习专题12空间点、线、面的位置关系教学案文
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点、线、面之间的位置关系——垂直关系知识讲解一、线面垂直1.定义:如果一条直线和一个平面相交于点O ,并且和这个平面内过交点的任何直线都垂直,则称这条直线与这个平面互相垂直.1)这条直线叫做平面的垂线,这个平面叫做直线的垂面,交点叫垂足.2)垂线上任意一点到垂足间的线段,叫做这个点到这个平面的垂线段.垂线段的长度叫做这个点到平面的距离.3)如果一条直线垂直于一个平面,那么它就和平面内的任意一条直线垂直.4)画直线与平面垂直时,通常把直线画成和表示平面的平行四边形的一边垂直,如下图. αl直线l 与平面α互相垂直,记作l α⊥. 2.线面垂直的判定定理:如果一条直线与平面内的两条相交直线垂直,则这条直线与这个平面垂直.符号语言表述:,,,,l a l b a b a b A l αα⊥⊥⊂=⇒⊥图像语言表述:3.线面垂直的性质定理:如果两条直线垂直于同一个平面,那么这两条直线平行. 符号语言表述:,//a b a b αα⊥⊥⇒ lαm n pl a b αA图像语言表述:4.线面垂直的性质(1)一条直线垂直于一个平面,则这条直线垂直于该平面内的所有直线.(2)推论1:如果在两条平行直线中,有一条垂直于平面,那么另一条直线也垂直于这个平面;(3)推论2:如果两条直线垂直于同一个平面,那么这两条直线平行;(4)垂直于同一直线的两个平面平行.5.证明线面垂直的方法(1)线面垂直的定义(2)线面垂直的判定定理(,,,,a b a c b c b c M a ααα⊥⊥⊂⊂=⇒⊥)(3)平行线垂直平面的传递性(,a b b a αα⊥⇒⊥)(4)面面垂直的性质(,,,l a a l a αβαββα⊥=⊂⊥⇒⊥)(5)面面平行的性质(,a a ααββ⊥⇒⊥)(6)面面垂直的性质(,,l l αβαγβγγ=⊥⊥⇒⊥)二、面面垂直1.定义:如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直,又这两个平面与第三个平面相交所得的两条交线互相垂直,则称这两个平面互相垂直.2.平面垂直的判定定理:如果一个平面经过另一个平面的一条垂线,那么这两个平面互相垂直.符号语言表述:,m m αβαβ⊥⊂⇒⊥图像语言表述:αβm a bα3.面面垂直的性质定理:如果两个平面垂直,那么在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面.符号语言表述:,,,l m m l m αβαββα⊥=∈⊥⇒⊥ 图像语言表述:4.面面垂直的性质(1)两相交平面同时垂直于第三个平面,那么两相交平面的交线垂直于第三个平面.(2)两平面互相垂直,过公共交线上一点做一个平面的垂线,则这条直线在第二个平面内.5.证明面面垂直的方法(1)面面垂直的定义(2)面面垂直的判定定理(,a αβααβ⊥⊂⇒⊥)三、垂直模型总结1.勾股定理cba C BA222a b c AC CB +=⇒⊥2.等腰三角形三线合一D CB Aαβml,AB AC D =为BC 重点AD BC ⇒⊥3.直径所对的圆周角为直角DCBABD CD AD BA AC ==⇒⊥4.菱形对角线垂直平分O DCBA在菱形ABCD 中BD AC ⇒⊥5.正方形、矩形临边垂直DCB A,AB BC BC CD ⊥⊥6.正方形中点连线垂直F EDCB A在正方形ABCD 中,,E F 为,CD BC 的中点⇒AE DF ⊥7.直棱柱、正棱柱中侧棱垂直底面EFD CBA在直三棱柱中AD ⇒⊥面ABC ,,,AD AB AD BC AD AC ⊥⊥⊥典型例题一.选择题(共10小题)1.(2018•云南模拟)在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中,点P是线段BC1上任意一点,则下列结论中正确的是()A.AD1⊥DP B.AP⊥B1C C.AC1⊥DP D.A1P⊥B1C【解答】解:在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中,∵B1C⊥BC1,B1C⊥AB,BC1∩AB=B,∴B1C⊥平面ABC1D1,∵点P是线段BC1上任意一点,∴AP⊥B1C.故选:B.2.(2018春•武邑县校级月考)如图,四棱锥P﹣ABCD中,△PAB与△PBC是正三角形,平面PAB⊥平面PBC,AC⊥BD,则下列结论不一定成立的是()A.PB⊥AC B.PD⊥平面ABCDC.AC⊥PD D.平面PBD⊥平面ABCD【解答】解:在A中,取PB中点O,连结AO、CO,∵四棱锥P﹣ABCD中,△PAB与△PBC是正三角形,平面PAB⊥平面PBC,AC⊥BD,∴AO⊥PB,CO⊥PB,∵AO∩CO=O,∴PB⊥平面AOC,∵AC⊂平面AOC,∴PB⊥AC,故A成立;在B中,∵△PAB与△PBC是正三角形,∴PA=PC,AB=AC,设AC∩BD=M,连结PM,则PM⊥AC,∴PD与AC不垂直,∴PD与平面ABCD不垂直,故B不成立;在C中,∵PB⊥平面AOC,AC⊂平面AOC,∴AC⊥PB,∵AC⊥BD,PB∩BD=B,∴AC⊥平面PBD,∵PD⊂平面PBD,∴AC⊥PD,故C成立;在D中,∵AC⊥平面PBD,AC⊂平面ABCD,∴平面PBD⊥平面ABCD,故D成立.故选:B.3.(2016秋•湖北期末)如图,四边形ABCD是圆柱的轴截面,E是底面圆周上异于A、B的一点,则下面结论中错误的是()A.AE⊥CE B.BE⊥DE C.DE⊥CE D.面ADE⊥面BCE【解答】解:由AB是底面圆的直径,则∠AEB=,即AE⊥EB.∵四边形ABCD是圆柱的轴截面,∴AD⊥底面AEB,BC⊥底面AEB.可得:BE⊥DE,因此BE⊥平面ADE.同理可得:AE⊥CE,平面BCE⊥平面ADE.可得A,B,D正确.而DE⊥CE不正确.故选:C.4.(2016秋•杭州期末)如图所示,四边形ABCD中,AD∥BC,AD=AB,∠BCD=45°,∠BAD=90°,将△ABD沿BD折起,使面ABD⊥面BCD,连结AC,则下列命题正确的是()A.面ABD⊥面ABC B.面ADC⊥面BDC C.面ABC⊥面BDC D.面ADC⊥面ABC 【解答】解:由题意知,在四边形ABCD中,CD⊥BD.在三棱锥A﹣BCD中,平面ABD⊥平面BCD,两平面的交线为BD,所以CD⊥平面ABD,因此有AB⊥CD.又因为AB⊥AD,AD∩DC=D,所以AB⊥平面ADC,于是得到平面ADC⊥平面ABC.故选:D.5.(2017春•昆都仑区校级期中)如图,△ABC是直角三角形,∠ABC=90°,PA ⊥平面ABC,此图中直角三角形的个数为()A.1 B.2 C.3 D.4【解答】解:∵△ABC是直角三角形,∠ABC=90°,PA⊥平面ABC,∴AB⊥BC,PA⊥BC,∵AB∩PA=A,∴BC⊥平面PAB,∴图中直角三角形有△ABC(∠ABC是直角),△PAC(∠PAC是直角),△PAB(∠PAB是直角),△PBC(∠PBC是直角),∴图中直角三角形有4个.故选:D.6.(2017•青州市模拟)如图,在三棱锥A﹣BCD中,AB⊥平面BCD,∠ACB=45°,∠ADB=30°,∠BCD=120°,CD=40,则AB=()A.10 B.20 C.30 D.40【解答】解:设BC=x,∵在三棱锥A﹣BCD中,AB⊥平面BCD,∠ACB=45°,∠ADB=30°,∴∠BAC=∠ACB=45°,∠BAD=60°,∠ABC=∠ABD=90°,∴AB=x,AD=2x,BD=,∵∠BCD=120°,CD=40,∴cos120°=,解得x=40或x=﹣20(舍).∴AB=40.故选:D.7.(2017秋•赣州期中)设α,β为不重合的平面,m,n为不重合的直线,则下列命题正确的是()A.若m⊂α,n⊂β,m∥n,则α∥β B.若n⊥α,n⊥β,m⊥β,则m⊥αC.若m∥α,n∥β,m⊥n,则α⊥βD.若α⊥β,n⊥β,m⊥n,则m⊥α【解答】解:A若m⊂α,n⊂β,m∥n,则α∥β或α与β相交,故不正确;B若n⊥α,n⊥β,m⊥β,则m⊥α,由n⊥α,n⊥β可得α∥β,又因m⊥β,所以m⊥α.故正确;C若m∥α,n∥β,m⊥n,则α⊥β不正确,也可能平行;D若α⊥β,n⊥β,m⊥n,则m⊥α,不正确,可能有m⊂α;故选:B.8.(2015秋•临海市校级月考)在三棱锥A﹣BCD中,若AD⊥BC,BD⊥AD,△BCD是锐角三角形,那么必有()A.平面ABD⊥平面ADC B.平面ABD⊥平面ABCC.平面ADC⊥平面BCD D.平面ABC⊥平面BCD【解答】证明:由AD⊥BC,BD⊥AD⇒AD⊥平面BCD,AD⊂平面ADC,∴平面ADC⊥平面BCD.故选:C.9.(2014秋•兴庆区校级期末)两个平面平行的条件是()A.一个平面内一条直线平行于另一个平面B.一个平面内两条直线平行于另一个平面C.一个平面内的无数条直线平行于另一个平面D.一个平面内的任意一条直线平行于另一个平面【解答】解:①如图l∥β,l⊂α,但α,β却相交.①错②如图l∥β,l⊂α,m∥β,m⊂α但α,β却相交.②错③类似于②在α内有无数与l平行的直线,它们均与β平行,但α,β却相交,③错④可知,两个平面无公共点,它们平行.④对故选:D.10.(2015秋•东昌区校级期中)过△ABC所在平面α外一点P,作PO⊥α,垂足为O,若PA⊥PB,PB⊥PC,PC⊥PA,则点O是△ABC的()A.垂心B.重心C.内心D.外心【解答】解:连接AO并延长交BC于一点E,连接PO,由于PA,PB,PC两两垂直可以得到PA⊥面PBC,而BC⊂面PBC,∴BC⊥PA,∵PO⊥平面ABC于O,BC⊂面ABC,∴PO⊥BC,∴BC⊥平面APE,∵AE⊂面APE,∴BC⊥AE;同理可以证明才CH⊥AB,又BH⊥AC.∴H是△ABC的垂心.故选:A.二.填空题(共4小题)11.过平面外两点,可作0或1个平面与已知平面平行.【解答】解:两点与平面的位置不同,得到的结论是不同的,当这两点在平面的同一侧,且距离平面相等,这样就有一个平面与已知平面平行,当这两点在平面的异侧,不管两个点与平面的距离是多少,都没有平面与已知平面平行,∴这样的平面可能有,可能没有,故答案为:0或1.12.(2015春•上海校级期末)点P为△ABC所在平面外一点,PO⊥平面ABC,垂足为O,若PA、PB、PC两两垂直,则点O是△ABC的垂心.【解答】证明:连结AO并延长,交BC与D连结BO并延长,交AC与E;因PA⊥PB,PA⊥PC,故PA⊥面PBC,故PA⊥BC;因PO⊥面ABC,故PO⊥BC,故BC⊥面PAO,故AO⊥BC即AD⊥BC;同理:BE⊥AC;故O是△ABC的垂心.故答案为:垂.13.(2015春•上海校级期中)如图所示,以等腰直角三角形ABC斜边BC上的高AD为折痕.使△ABD和△ACD折成互相垂直的两个平面,则∠BAC=60°.【解答】解:设AB=AC=1,则BD=CD=,∵BD⊥平面ADC,CD⊂平面ADC,∴BD⊥CD,∵△BDC是等腰直角三角形,∴BC=CD=1,∴△ABC是正三角形,∴∠BAC=60°.故答案为:60°.14.直角△ABC的两条直角边BC=3,AC=4,PC⊥平面ABC,PC=,则点P 到斜边AB的距离是3.【解答】解:∵△ABC的两条直角边BC=3,AC=4,∴AB==5,过C作CM⊥AB,交AB于M,连结PM,由三垂线定理得PM⊥AB,∴点P到斜边AB的距离为线段PM的长,由,得CM==,PM===3.∴点P到斜边AB的距离为3.故答案为:3.三.解答题(共2小题)15.如图所示,在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面ABC,AB=AC=1,AA1=2,∠B1A1C1=90°,D为BB1中点,求证:AD⊥平面A1DC1.【解答】证明:∵AA1⊥平面A1B1C1,∴AA1⊥A1C1又A1C1⊥A1B1,∴A1C1⊥平面A1B1BA∴AD⊥A1C1∵AD=,A1D=,AA1=2,由AD2+A1D2=,得A1D⊥AD∵A1C1∩A1D=A1∴AD⊥平面A1DC116.(2017秋•东湖区校级期末)如图,在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中,E是AA1的中点,求证:(Ⅰ)A1C∥平面BDE;(Ⅱ)平面A1AC⊥平面BDE.【解答】证明:(Ⅰ)连接AC交BD于O,连接EO,∵E为AA1的中点,O为AC的中点∴EO为△A1AC的中位线∴EO∥A1C又∵EO⊂平面BDE,A1C⊄平面BDE∴A1C∥平面BDE;…(6分)(Ⅱ)∵AA1⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD ∴AA1⊥BD又∵四边形ABCD是正方形∴AC⊥BD,∵AA1∩AC=A,AA1、AC⊂平面A1AC∴BD⊥平面A1AC又∵BD⊂平面BDE∴平面A1AC⊥平面BDE.…(12分)。
空间中点、线、面的位置关系教案3.点与平面空间中的平面也可看成这个平面上的所有点组成的集合.位置关系符号表示图形表示点A在平面α内α∈A点A不是平面α内的点α∉A4.直线与平面(1)直线l在平面α内(或平面α过直线l):直线l上的所有点都在平面α内,记作α⊂l.(2)直线l在平面α外:直线l上至少有一个点不在平面α内,记作α⊄l . ①直线l 与平面α相交:直线l 与平面α有且只有一个公共点A ,记作A l =α .①直线l 与平面α平行:直线l 与平面α没有公共点,记作α//l .5. 平面与平面位置关系符号表示图形表示 平面βα与相交 l =βα平面βα与平行 βα//三、直线与平面垂直1. 直线与平面垂直的定义:如果直线l 与平面α相交于点A ,且对平面α内任意一条过点A的直线m,都有ml⊥,则称直线l与平面α垂直(或l是平面α的一条垂线,α是直线l的一个垂面),记作α⊥l.其中点A称为垂足.2.点与面的距离:给定空间中的一个平面α及一个点A,过点A作只可以作平面α的一条垂线,如果记垂足为B,则称B为A在平面α内的射影(也称投影),线段AB为平面α的垂线段,AB的长为点A到平面α的距离.3.直线与平面的距离:当直线与平面平行时,直线上任意一点到平面的距离称为这条直线到这个平面的距离;4.两个平行平面的距离:当平面与平面平行时,一个平面上的任意一点到另一个平面的距离称为这两平行平面之间的距离.例 2 在正方体1111D C B A ABCD -中,(1)与直线1AA 异面的棱有 条; (2)与直线B A 1相交的棱有 条;(3)直线B A 1与直线C B 1的位置关系是 ; (4)直线B A 1与直线C D 1的位置关系是 .【答案】(1)排除相交和平行的情况,4条; (2)从一个顶点出发的棱有3条,所以共有6条;(3)异面,通过找到衬托平面来判断; (4)平行.例 3 已知1111D C B A ABCD -是长方体,且2,3,41===AA AD AB .(1)求点A 到平面11B BCC 的距离; (2)求直线AB 到平面1111D C B A 的距不在平面内,这与直线上无数个点都不在平面上不同.两条直线的平行依赖于在同一平面内没有公共点,所以仅由直线与平面平行不可得到.在正方体内,判断两条直线的位置关系,通过对图形的观察,熟练掌握位置关系描述和判断的方法.。
2.1《空间点,直线,平⾯之间的位置关系》教案(新⼈教必修2).§2.1.1 平⾯⼀、教学⽬标:1、知识与技能(1)利⽤⽣活中的实物对平⾯进⾏描述;(2)掌握平⾯的表⽰法及⽔平放置的直观图;(3)掌握平⾯的基本性质及作⽤;(4)培养学⽣的空间想象能⼒。
2、过程与⽅法(1)通过师⽣的共同讨论,使学⽣对平⾯有了感性认识;(2)让学⽣归纳整理本节所学知识。
3、情感与价值使⽤学⽣认识到我们所处的世界是⼀个三维空间,进⽽增强了学习的兴趣。
⼆、教学重点、难点重点:1、平⾯的概念及表⽰;2、平⾯的基本性质,注意他们的条件、结论、作⽤、图形语⾔及符号语⾔。
难点:平⾯基本性质的掌握与运⽤。
三、学法与教学⽤具1、学法:学⽣通过阅读教材,联系⾝边的实物思考、交流,师⽣共同讨论等,从⽽较好地完成本节课的教学⽬标。
2、教学⽤具:投影仪、投影⽚、正(长)⽅形模型、三⾓板四、教学思想(⼀)实物引⼊、揭⽰课题师:⽣活中常见的如⿊板、平整的操场、桌⾯、平静的湖⾯等等,都给我们以平⾯的印象,你们能举出更多例⼦吗?引导学⽣观察、思考、举例和互相交流。
与此同时,教师对学⽣的活动给予评价。
师:那么,平⾯的含义是什么呢?这就是我们这节课所要学习的内容。
(⼆)研探新知1、平⾯含义师:以上实物都给我们以平⾯的印象,⼏何⾥所说的平⾯,就是从这样的⼀些物体中抽象出来的,但是,⼏何⾥的平⾯是⽆限延展的。
2、平⾯的画法及表⽰师:在平⾯⼏何中,怎样画直线?(⼀学⽣上⿊板画)之后教师加以肯定,解说、类⽐,将知识迁移,得出平⾯的画法:⽔平放置的平⾯通常画成⼀个平⾏四边形,锐⾓画成450,且横边画成邻边的2倍长(如图)平⾯通常⽤希腊字母α、β、γ等表⽰,如平⾯α、平⾯β等,也可以⽤表⽰平⾯的平⾏四边形的四个顶点或者相对的两个顶点的⼤写字母来表⽰,如平⾯AC 、平⾯ABCD 等。
D C BA α如果⼏个平⾯画在⼀起,当⼀个平⾯的⼀部分被另⼀个平⾯遮住时,应画成虚线或不画(打出投影⽚)课本P41 图 2.1-4 说明平⾯内有⽆数个点,平⾯可以看成点的集合。
空间点线面的位置关系教案一、教学目标:1. 让学生理解点、线、面的基本概念。
2. 让学生掌握点、线、面之间的位置关系。
3. 培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力。
二、教学重点与难点:重点:点、线、面之间的位置关系。
难点:如何运用点、线、面的位置关系解决实际问题。
三、教学方法:1. 采用问题驱动法,引导学生主动探究点、线、面的位置关系。
2. 利用多媒体课件,直观展示点、线、面的位置关系。
3. 开展小组讨论,培养学生团队合作精神。
四、教学准备:1. 多媒体课件。
2. 点、线、面模型。
3. 练习题。
五、教学过程:1. 导入:通过展示现实生活中的点、线、面实例,引导学生关注空间点线面的位置关系。
2. 点、线、面的概念讲解:讲解点、线、面的基本概念,让学生明确它们之间的关系。
3. 点、线、面的位置关系探究:引导学生通过观察、操作、思考,发现点、线、面之间的位置关系。
4. 案例分析:分析现实生活中点、线、面位置关系的应用,让学生体会知识的价值。
5. 小组讨论:分组讨论如何运用点、线、面的位置关系解决实际问题。
6. 练习巩固:让学生通过练习题,巩固所学知识。
7. 总结:对本节课的内容进行总结,强调重点知识点。
8. 作业布置:布置相关作业,让学生进一步巩固所学知识。
9. 课后反思:教师对本节课的教学效果进行反思,为下一步教学做好准备。
六、教学评价:1. 评价目标:通过课堂表现、练习题和课后作业,评价学生对空间点线面位置关系的理解和应用能力。
2. 评价方法:课堂参与度:观察学生在课堂讨论和提问中的活跃程度和思考深度。
练习正确率:统计学生练习题的正确率,分析学生的掌握情况。
作业完成质量:评估学生作业的完成质量,包括解题思路的清晰性和答案的准确性。
3. 评价内容:学生能否准确描述点、线、面的概念及其特征。
学生是否能理解并应用点、线、面的位置关系解决简单问题。
学生是否能在实际情境中识别和运用点、线、面的位置关系。
七、教学拓展:1. 拓展活动:组织学生进行空间几何模型制作,如点、线、面的小模型,让学生通过动手操作进一步理解空间关系。
第三节 空间点、线、面之间的位置关系1.平面的基本性质(1)公理1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内.(2)公理2:过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面.(3)公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线.2.空间中两直线的位置关系(1)空间中两直线的位置关系⎩⎪⎨⎪⎧ 共面直线⎩⎪⎨⎪⎧ 平行相交异面直线:不同在任何一个平面内(2)异面直线所成的角①定义:设a ,b 是两条异面直线,经过空间任一点O 作直线a ′∥a ,b ′∥b ,把a ′与b ′所成的锐角(或直角)叫做异面直线a 与b 所成的角(或夹角).②范围:⎝⎛⎦⎥⎤0,π2. (3)公理4:平行于同一条直线的两条直线互相平行.(4)定理:空间中如果两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等或互补.3.空间中直线与平面、平面与平面的位置关系(1)直线与平面的位置关系有相交、平行、在平面内三种情况.(2)平面与平面的位置关系有平行、相交两种情况.[小题体验]1.(2019·湖州模拟)已知l,m,n为三条不重合的直线,α,β为两个不同的平面,则( )A.若m⊥α,m⊥β,则α∥βB.若l⊥m,l⊥n,m⊂α,n⊂α,则l⊥αC.若α∩β=l,m⊂α,m⊥l,则m⊥βD.若m∥n,m⊂α,则n∥α解析:选A 由l,m,n为三条不重合的直线,α,β为两个不同的平面知,在A中,若m⊥α,m⊥β,则由面面平行的判定定理得α∥β,故A正确;在B中,若l⊥m,l⊥n,m⊂α,n⊂α,则l与α相交、平行或l⊂α,故B错误;在C中,若α∩β=l,m⊂α,m⊥l,则m与β相交,故C错误;在D中,若m∥n,m⊂α,则n∥α或n⊂α,故D错误.故选A.2.(教材习题改编)设P表示一个点,a,b表示两条直线,α,β表示两个平面,给出下列四个命题,其中正确的命题是________.①P∈a,P∈α⇒a⊂α;②a∩b=P,b⊂β⇒a⊂β;③a∥b,a⊂α,P∈b,P∈α⇒b⊂α;④α∩β=b,P∈α,P∈β⇒P∈b.答案:③④1.异面直线易误解为“分别在两个不同平面内的两条直线为异面直线”,实质上两异面直线不能确定任何一个平面,因此异面直线既不平行,也不相交.2.直线与平面的位置关系在判断时最易忽视“线在面内”.3.不共线的三点确定一个平面,一定不能丢掉“不共线”条件.[小题纠偏]1.(2018·江西七校联考)已知直线a和平面α,β,α∩β=l,a⊄α,a⊄β,且a在α,β内的射影分别为直线b和c,则直线b和c的位置关系是( )A.相交或平行B.相交或异面C.平行或异面 D.相交、平行或异面解析:选D 依题意,直线b和c的位置关系可能是相交、平行或异面.2.(2019·杭州诊断)设l,m,n表示三条直线,α,β,γ表示三个平面,给出下列四个命题:①若l⊥α,m⊥α,则l∥m;②若m⊂β,n是l在β内的射影,m⊥l,则m⊥n;③若m⊂α,m∥n,则n∥α;④若α⊥γ,β⊥γ,则α∥β.其中真命题有( )A.①②B.①②③C.②③④ D.①③④解析:选A ①可以根据直线与平面垂直的性质定理得出;②可以根据三垂线定理的逆定理得出;对于③,n可以在平面α内,故③不正确;对于④,反例:正方体共顶点的三个平面两两垂直,故④错误.故选A.3.(教材习题改编)下列命题:①经过三点确定一个平面;②梯形可以确定一个平面;③两两相交的三条直线最多可以确定三个平面;④如果两个平面有三个公共点,则这两个平面重合.其中正确命题的个数为( )A.4 B.3C.2 D.1解析:选D ①中若三点在一条直线上,则不能确定一个平面;②梯形可以确定一个平面;③两两相交的三条直线最多可以确定四个平面;④中这三个公共点可以在这两个平面的交线上.故错误的是①③④,正确的是②.所以正确命题的个数为1.考点一平面的基本性质及应用重点保分型考点——师生共研[典例引领]如图所示,在正方体ABCDA1B1C1D1中,E,F分别是AB,AA1的中点.求证:(1)E,C,D1,F四点共面;(2)CE,D1F,DA三线共点.证明:(1)如图,连接EF,A1B,CD1.∵E,F分别是AB,AA1的中点,∴EF∥A1B.又A1B∥CD1,∴EF∥CD1,∴E,C,D1,F四点共面.(2)∵EF∥CD1,EF<CD1,∴CE与D1F必相交,设交点为P,则由P∈CE,CE⊂平面ABCD,得P∈平面ABCD.同理P∈平面ADD1A1.又平面ABCD∩平面ADD1A1=DA,∴P∈直线DA.∴CE,D1F,DA三线共点.[由题悟法]1.点线共面问题证明的2种方法(1)纳入平面法:先确定一个平面,再证有关点、线在此平面内;(2)辅助平面法:先证有关点、线确定平面α,再证其余点、线确定平面β,最后证明平面α,β重合.2.证明多线共点问题的2个步骤(1)先证其中两条直线交于一点;(2)再证交点在第三条直线上.证交点在第三条直线上时,第三条直线应为前两条直线所在平面的交线,可以利用公理3证明.[即时应用]如图,在四边形ABCD中,已知AB∥CD,直线AB,BC,AD,DC分别与平面α相交于点E,G,H,F,求证:E,F,G,H四点必定共线.证明:因为AB∥CD,所以AB,CD确定一个平面β.又因为AB∩α=E,AB⊂β,所以E∈α,E∈β,即E为平面α与β的一个公共点.同理可证F,G,H均为平面α与β的公共点,因为两个平面有公共点,它们有且只有一条通过公共点的公共直线,所以E,F,G,H四点必定共线.考点二空间两直线的位置关系重点保分型考点——师生共研[典例引领]如图,在正方体ABCDA1B1C1D1中,M,N分别为棱C1D1,C1C的中点,有以下四个结论:①直线AM与CC1是相交直线;②直线AM与BN是平行直线;③直线BN与MB1是异面直线;④直线AM与DD1是异面直线.其中正确的结论的序号为________.解析:直线AM与CC1是异面直线,直线AM与BN也是异面直线,所以①②错误.点B,B1,N在平面BB1C1C中,点M在此平面外,所以BN,MB1是异面直线.同理AM,DD1也是异面直线.答案:③④[由题悟法][即时应用]1.上面例题中正方体ABCDA1B1C1D1的棱所在直线中与直线AB 是异面直线的有________条.解析:与AB异面的有4条:CC1,DD1,A1D1,B1C1.答案:42.在图中,G,N,M,H分别是正三棱柱的顶点或所在棱的中点,则表示直线GH,MN是异面直线的图形的是________.(填上所有正确答案的序号)解析:图①中,直线GH∥MN;图②中,G,H,N三点共面,但M∉平面GHN,因此直线GH与MN异面;图③中,连接MG,GM∥HN,因此GH与MN共面;图④中,G,M,N共面,但H∉平面GMN,因此GH与MN异面.所以在图②④中,GH与MN异面.答案:②④考点三异面直线所成的角重点保分型考点——师生共研[典例引领](2018·全国卷Ⅱ)在长方体ABCDA1B1C1D1中,AB=BC=1,AA1=3,则异面直线AD1与DB1所成角的余弦值为( )A.15B.56C.55D.22解析:选C 法一:如图,将长方体ABCD A 1B 1C 1D 1补成长方体ABCD A 2B 2C 2D 2,使AA 1=A 1A 2,易知AD 1∥B 1C 2,所以∠DB 1C 2或其补角为异面直线AD 1与DB 1所成的角.易知B 1C 2=AD 1=2,DB 1=12+12+32=5,DC 2=DC 2+CC 22=12+232=13.在△DB 1C 2中,由余弦定理,得cos ∠DB 1C 2=DB 21+B 1C 22-DC 222DB 1·B 1C 2=5+4-132×5×2=-55, 所以异面直线AD 1与DB 1所成角的余弦值为55. 法二:以A 1为坐标原点建立空间直角坐标系(如图),则A (0,0,3),D 1(0,1,0),D (0,1,3),B 1(1,0,0), 所以AD 1=(0,1,-3),DB 1=(1,-1,-3),所以cos 〈AD 1,DB 1〉=AD 1·DB 1|AD 1|·|DB 1|=0×1+1×-1+-3×-32×5=55.[由题悟法]1.用平移法求异面直线所成的角的3步骤(1)一作:即据定义作平行线,作出异面直线所成的角;(2)二证:即证明作出的角是异面直线所成的角;(3)三求:解三角形,求出作出的角,如果求出的角是锐角或直角,则它就是要求的角,如果求出的角是钝角,则它的补角才是要求的角.2.有关平移的3种技巧求异面直线所成的角的方法为平移法,平移的方法一般有3种类型:(1)利用图形中已有的平行线平移;(2)利用特殊点(线段的端点或中点)作平行线平移;(3)补形平移.计算异面直线所成的角通常放在三角形中进行.[即时应用]如图所示,在正方体ABCDA1B1C1D1中,(1)求AC与A1D所成角的大小;(2)若E,F分别为AB,AD的中点,求A1C1与EF所成角的大小.解:(1)连接B1C,AB1,由ABCDA1B1C1D1是正方体,易知A1D∥B1C,从而B1C与AC所成的角就是AC与A1D所成的角.∵AB1=AC=B1C,∴∠B1CA=60°.即A1D与AC所成的角为60°.(2)连接BD,在正方体ABCDA1B1C1D1中,AC⊥BD,AC∥A1C1,∵E,F分别为AB,AD的中点,∴EF∥BD,∴EF⊥AC.∴EF⊥A1C1.即A1C1与EF所成的角为90°.一抓基础,多练小题做到眼疾手快1.(2019·台州一诊)设a,b是空间中不同的直线,α,β是不同的平面,则下列说法正确的是( )A.a∥b,b⊂α,则a∥αB.a⊂α,b⊂β,α∥β,则a∥bC.a⊂α,b⊂α,a∥β,b∥β,则α∥βD.α∥β,a⊂α,则a∥β解析:选D 由a,b是空间中不同的直线,α,β是不同的平面知,在A中,a∥b,b⊂α,则a∥α或a⊂α,故A错误;在B中,a⊂α,b⊂β,α∥β,则a与b平行或异面,故B错误;在C中,a⊂α,b⊂α,a∥β,b∥β,则α与β相交或平行,故C错误;在D中,α∥β,a⊂α,则由面面平行的性质定理得a∥β,故D正确.故选D.2.(2018·平阳期末)已知a,b是异面直线,直线c∥直线a,那么c与b( )A.一定是异面直线B.一定是相交直线C.不可能是平行直线 D.不可能是相交直线解析:选C 由平行直线公理可知,若c∥b,则a∥b,与a,b是异面直线矛盾.所以c与b不可能是平行直线.3.空间四边形两对角线的长分别为6和8,所成的角为45°,连接各边中点所得四边形的面积是( )A.6 2 B.12C.12 2 D.242解析:选A 如图,已知空间四边形ABCD,设对角线AC=6,BD=8,易证四边形EFGH为平行四边形,∠EFG或∠FGH为AC与BD所成的45°角,故S四边形EFGH=3×4·sin 45°=62,故选A.4.如图所示,平行六面体ABCDA1B1C1D1中,既与AB共面又与CC1共面的棱有________条;与AB异面的棱有________条.解析:依题意,与AB和CC1都相交的棱有BC;与AB相交且与CC1平行有棱AA1,BB1;与AB平行且与CC1相交的棱有CD,C1D1.故符合条件的有5条.与AB异面的棱有CC1,DD1,B1C1,A1D1,共4条.答案:5 45.如图,在三棱锥ABCD中,AB=AC=BD=CD=3,AD=BC=2,点M,N分别为AD,BC的中点,则异面直线AN,CM所成的角的余弦值是________.解析:如图所示,连接DN,取线段DN的中点K,连接MK,CK.∵M为AD的中点,∴MK∥AN,∴∠KMC为异面直线AN,CM所成的角.∵AB=AC=BD=CD=3,AD=BC=2,N为BC的中点,由勾股定理易求得AN=DN=CM=22,∴MK= 2.在Rt△CKN中,CK=22+12= 3.在△CKM中,由余弦定理,得cos∠KMC=22+222-322×2×22=78.答案:78二保高考,全练题型做到高考达标1.(2018·浙江高考)已知平面α,直线m,n满足m⊄α,n ⊂α,则“m∥n”是“m∥α”的( )A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件解析:选A ∵若m⊄α,n⊂α,且m∥n,由线面平行的判定定理知m∥α,但若m⊄α,n⊂α,且m∥α,则m与n有可能异面,∴“m∥n”是“m∥α”的充分不必要条件.2.(2018·宁波模拟)如图,在正方体ABCDA1B1C1D1中,M,N 分别是BC1,CD1的中点,则下列说法错误的是( )A.MN与CC1垂直B.MN与AC垂直C.MN与BD平行 D.MN与A1B1平行解析:选D 如图,连接C1D,在△C1DB中,MN∥BD,故C正确;因为CC1⊥平面ABCD,所以CC1⊥BD,所以MN与CC1垂直,故A正确;因为AC⊥BD,MN∥BD,所以MN与AC垂直,故B正确;因为A1B1与BD异面,MN∥BD,所以MN与A1B1不可能平行,故D错误.3.(2018·义乌二模)已知m,n为两条不同的直线,α,β为两个不同的平面,则下列命题中正确的是( )A.若α⊥β,m⊥β,则m∥αB.若平面α内有不共线的三点到平面β的距离相等,则α∥βC.若m⊥α,m⊥n,则n∥αD.若m∥n,n⊥α,则m⊥α解析:选D 由m,n为两条不同的直线,α,β为两个不同的平面知,在A中,若α⊥β,m⊥β,则m∥α或m⊂α,故A错误;在B中,若平面α内有不共线的三点到平面β的距离相等,则α与β相交或平行,故B错误;在C中,若m⊥α,m⊥n,则n∥α或n⊂α,故C错误;在D中,若m∥n,n⊥α,则由线面垂直的判定定理得m⊥α,故D正确.故选D.4.(2019·湖州模拟)如图,在下列四个正方体ABCDA1B1C1D1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:选D 如图,在正方体ABCDA1B1C1D1中,E,F,G,M,N,Q均为所在棱的中点,易知多边形EFMN Q G是一个平面图形,且直线BD1与平面EFMN Q G垂直,结合各选项知,选项A、B、C中的平面与这个平面重合,只有选项D中的平面既不与平面EFMN Q G重合,又不与之平行.故选D.5.(2018·宁波九中一模)正三棱柱ABCA1B1C1中,若AC=2 AA1,则AB1与CA1所成角的大小为( )A.60°B.105°C.75° D.90°解析:选D 取A1C1的中点D,连接AD,B1D(图略),易证B1D⊥A1C,因为tan∠CA1C1·tan∠ADA1=22×2=1,所以A1C⊥AD,又B1D∩AD=D,所以A1C⊥平面AB1D,又AB1⊂平面AB1D,所以A1C ⊥AB1,故AB1与CA1所成角的大小为90°.6.如图为正方体表面的一种展开图,则图中的四条线段AB,CD,EF,GH在原正方体中互为异面直线的对数为________对.解析:平面图形的翻折应注意翻折前后相对位置的变化,则AB,CD,EF和GH在原正方体中,显然AB与CD,EF与GH,AB与GH都是异面直线,而AB与EF相交,CD与GH相交,CD与EF平行.故互为异面的直线有且只有3对.答案:37.(2018·福建六校联考)设a,b,c是空间中的三条直线,下面给出四个命题:①若a∥b,b∥c,则a∥c;②若a⊥b,b⊥c,则a∥c;③若a与b相交,b与c相交,则a与c相交;④若a⊂平面α,b⊂平面β,则a,b一定是异面直线.上述命题中正确的命题是_______(写出所有正确命题的序号).解析:由公理4知①正确;当a⊥b,b⊥c时,a与c可以相交、平行或异面,故②错;当a与b相交,b与c相交时,a与c 可以相交、平行,也可以异面,故③错;a⊂α,b⊂β,并不能说明a与b“不同在任何一个平面内”,故④错.答案:①8.如图,已知圆柱的轴截面ABB1A1是正方形,C是圆柱下底面弧AB的中点,C1是圆柱上底面弧A1B1的中点,那么异面直线AC1与BC所成角的正切值为________.解析:取圆柱下底面弧AB 的另一中点D ,连接C 1D ,AD , 因为C 是圆柱下底面弧AB 的中点,所以AD ∥BC ,所以直线AC 1与AD 所成角等于异面直线AC 1与BC所成角,因为C 1是圆柱上底面弧A 1B 1的中点,所以C 1D ⊥圆柱下底面,所以C 1D ⊥AD ,因为圆柱的轴截面ABB 1A 1是正方形,所以C 1D =2AD , 所以直线AC 1与AD 所成角的正切值为2,所以异面直线AC 1与BC 所成角的正切值为 2.答案:29.(2018·舟山模拟)在空间四边形ABCD 中,已知AD =1,BC=3,且AD ⊥BC ,对角线BD =132,AC =32,求AC 和BD 所成的角.解:如图,分别取AD ,CD ,AB ,BD 的中点E ,F ,G ,H ,连接EF ,FH ,HG ,GE ,GF .由三角形的中位线定理知,EF ∥AC ,且EF =34,GE ∥BD ,且GE =134,GE 和EF 所成的锐角(或直角)就是AC 和BD 所成的角.同理,GH ∥AD ,HF ∥BC ,GH =12,HF =32.又AD ⊥BC ,所以∠GHF =90°,所以GF 2=GH 2+HF 2=1.在△EFG 中,GE 2+EF 2=1=GF 2,所以∠GEF =90°,即AC 和BD 所成的角为90°.10.如图所示,在三棱锥P ABC 中,PA ⊥底面ABC ,D 是PC 的中点.已知∠BAC =90°,AB =2,AC =23,PA =2.求: (1)三棱锥P ABC 的体积;(2)异面直线BC 与AD 所成角的余弦值.解:(1)S △ABC =12×2×23=23, 故三棱锥P ABC 的体积为V =13·S △ABC ·PA =13×23×2=433. (2)如图所示,取PB 的中点E ,连接DE ,AE ,则DE ∥BC ,所以∠ADE (或其补角)是异面直线BC 与AD所成的角.在△ADE 中,DE =2,AE =2,AD =2,则cos ∠ADE =DE 2+AD 2-AE 22DE ·AD =22+22-22×2×2=34.即异面直线BC 与AD 所成角的余弦值为34. 三上台阶,自主选做志在冲刺名校 1.(2019·绍兴质检)如图,在长方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,AB =BC =2,A 1C 与底面ABCD 所成的角为60°.(1)求四棱锥A 1ABCD 的体积;(2)求异面直线A 1B 与B 1D 1所成角的余弦值.解:(1)∵在长方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,AB =BC =2,连接AC ,∴AC =22+22=22,又易知AA 1⊥平面ABCD ,∴∠A 1CA 是A 1C 与底面ABCD 所成的角,即∠A 1CA =60°,∴AA 1=AC ·tan 60°=22×3=26,∵S 正方形ABCD =AB ·BC =2×2=4,∴VA 1ABCD =13·AA 1·S 正方形ABCD =13×26×4=863. (2)连接BD ,易知BD ∥B 1D 1,∴∠A 1BD 是异面直线A 1B 与B 1D 1所成的角(或所成角的补角).∵BD =22+22=22,A 1D =A 1B =22+262=27,∴cos ∠A 1BD =A 1B 2+BD 2-A 1D 22·A 1B ·BD =28+8-282×27×22=1414, 即异面直线A 1B 与B 1D 1所成角的余弦值是1414. 2.(2018·台州一模)如图所示的圆锥的体积为33π,圆O 的直径AB =2,点C 是AB 的中点,点D 是母线PA 的中点.(1)求该圆锥的侧面积;(2)求异面直线PB 与CD 所成角的大小.解:(1)∵圆锥的体积为33π,圆O 的直径AB =2,圆锥的高为PO ,∴13π×12×PO =33π,解得PO =3,∴PA = 32+12=2,∴该圆锥的侧面积S =πrl =π×1×2=2π.(2)法一:如图,连接DO ,OC .由(1)知,PA =2,OC =r =1.∵点D 是PA 的中点,点O 是AB 的中点,∴DO ∥PB ,且DO =12PB =12PA =1,∴∠CDO 是异面直线PB 与CD 所成的角或其补角.∵PO ⊥平面ABC ,OC ⊂平面ABC ,∴PO ⊥OC ,又点C 是 AB 的中点,∴OC ⊥AB . ∵PO ∩AB =O ,PO ⊂平面PAB ,AB ⊂平面PAB ,∴OC ⊥平面PAB ,又DO ⊂平面PAB ,∴OC ⊥DO ,即∠DOC =90°.在Rt △DOC 中,∵OC =DO =1,∴∠CDO =45°.故异面直线PB 与CD 所成角为45°.法二:连接OC ,易知OC ⊥AB ,又∵PO ⊥平面ABC ,∴PO ,OC ,OB 两两垂直,以O 为坐标原点,OC所在直线为x 轴,OB 所在直线为y 轴,OP 所在直线为z 轴,建立如图所示的空间直角坐标系.其中A (0,-1,0),P (0,0,3),D ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫0,-12,32,B (0,1,0),C (1,0,0),∴PB =(0,1,-3),CD =⎝⎛⎭⎪⎪⎫-1,-12,32, 设异面直线PB 与CD 所成的角为θ,则cos θ=|PB ·CD ||PB |·|CD |=222=22, ∴θ=45°,∴异面直线PB 与CD 所成角为45°.3.如图所示,三棱柱ABC A 1B 1C 1,底面是边长为2的正三角形,侧棱A 1A ⊥底面ABC ,点E ,F 分别是棱CC 1,BB 1上的点,点M 是线段AC 上的动点,EC =2FB =2.(1)当点M 在何位置时,BM ∥平面AEF?(2)若BM ∥平面AEF ,判断BM 与EF 的位置关系,说明理由;并求BM 与EF 所成的角的余弦值.解:(1)法一:如图所示,取AE 的中点O ,连接OF ,过点O 作OM ⊥AC 于点M .因为侧棱A 1A ⊥底面ABC ,所以侧面A 1ACC 1⊥底面ABC .又因为EC =2FB =2,所以OM ∥FB ∥EC 且OM =12EC =FB , 所以四边形OMBF 为矩形,BM ∥OF .因为OF ⊂平面AEF ,BM ⊄平面AEF ,故BM ∥平面AEF ,此时点M 为AC 的中点.法二:如图所示,取EC 的中点P ,AC 的中点Q ,连接P Q ,PB ,B Q.因为EC =2FB =2,所以PE 綊BF ,所以P Q ∥AE ,PB ∥EF ,所以P Q ∥平面AFE ,PB ∥平面AEF ,因为PB ∩P Q =P ,PB ,P Q ⊂平面PB Q ,所以平面PB Q ∥平面AEF .又因为B Q ⊂平面PB Q ,所以B Q ∥平面AEF .故点Q 即为所求的点M ,此时点M 为AC 的中点.(2)由(1)知,BM 与EF 异面,∠OFE (或∠MBP )就是异面直线BM 与EF 所成的角或其补角.易求AF =EF =5,MB =OF =3,OF ⊥AE ,所以cos ∠OFE =OF EF =35=155, 所以BM 与EF 所成的角的余弦值为155.。
1. 公理1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线上的所有的点都在这个平面内。
这时我们说,直线在平面内或平面经过直线。
公理1作用:①用来判断直线是否在平面内;②说明平面是无限延展的。
2. 公理2:如果两个平面有一个公共点,那么它们还有其他公共点,这些公共点的集合是经过这个公共点的一条直线。
公理2作用:①用来证明两个平面是相交的关系;②证明点在直线上,即两个平面的公共点在这两个平面的公共直线上;③是证明点共线的依据,若干个点都是两个平面的公共点,则它们都在两个平面的交线上;即这些点共线。
④是判定线共点的依据。
3. 公理3:经过不在同一条直线上的三点,有且只有一个平面。
或简单说成:不共线的三点确定一个平面。
推论1:经过一条直线和这条直线外的一点,有且只有一个平面;推论2:经过两条相交直线,有且只有一个平面;推论3:经过两条平行直线,有且只有一个平面。
公理3及推论的作用:①证明平面的唯一性或若干个平面重合;②根据公理3及推论构造辅助平面;③判定点共面、线共面的依据。
注意:平面几何中的定理在立体几何中不一定适用。
过去学过的平面几何中的定理都是在“在同一平面内”这一前提条件下的,也就是说定理中图形都是平面图形。
而立体几何中使用这些定理时,就要注意它们的前提条件,以判断是否成立。
如空间中“若两条直线都垂直于同一条直线,则这两条直线平行”和“若两条直线都平行于同一条直线,则这两条直线平行”,这两个结论前者是错误的,后者是成立的。
所以,在立体几何中应用平面几何定理时,要先判断一下针对的是否是平面图形。
在判断时,有时要利用平面的基本性质。
证明多点共线例题1已知△ABC在平面α外,AB∩α=P,AC∩α=R,BC∩α=Q,如图所示。
求证:P、Q、R三点共线。
证明:方法一∵AB∩α=P,∴P∈AB,P∈平面α。
又AB⊂平面ABC,∴P∈平面ABC。
∴由公理2可知:点P在平面ABC与平面α的交线上,同理可证Q、R也在平面ABC与平面α的交线上。
7.2空间点、线、面之间的位置关系【高考目标定位】一、空间点、直线、平面之间的位置关系1、考纲点击(1)理解空间直线、平面位置关系的定义;(2)了解可以作为推理依据的公理和定理;(3)能运用公理、定理和已经获得的结论证明一些空间图形的位置关系的简单命题。
2、热点提示(1)以空间几何体为载体,考查逻辑推理能力;(2)通过判断位置关系,考查空间想象能力;(3)应用公理、定理证明点共线、线共面等问题;(4)多以选择、填空的形式考查,有时也出现在解答题中。
二、直线、平面平行的判定及其性质1、考纲点击(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平行的有关性质与判定定理;(2)能运用公理、定理和已经获得的结论证明一些空间图形的平行关系的简单命题。
2、热点提示(1)以选择、填空的形式考查线与面、面与面平行关系的判定与性质定理的内容;(2)在解答题中,综合考查定理的应用。
三、直线、平面垂直的判定及其性质1、考纲点击(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、定理和已经获得的结论证明一些空间图形的垂直关系的简单命题。
2、热点提示(1)以选择、填空的形式,考查线面垂直的判定定理和性质定理;(2)解答题中,考查线面垂直关系及逻辑能力;(3)通过考查线面角及二面角,考查空间想象能力及计算能力,常以解答题的形式出现。
【考纲知识梳理】一、空间点、直线、平面之间的位置关系 1、平面的基本性质公理1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内; 公理2:过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面;公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线。
2、直线与直线的位置关系 (1)位置关系的分类⎧⎧⎪⎨⎨⎩⎪⎩相交直线共面直线平行直线异面直线:不同在任何一个平面内,没有公共点(2)异面直线所成的角①定义:设a,b 是两条异面直线,经过空间中任一点O 作直线a ’∥a,b ’∥b,把a ’与b ’所成的锐角(或直角)叫做异面直线a 与b 所成的角(或夹角)②范围:02π⎛⎤ ⎥⎝⎦,3、直线和平面的位置关系 位置关系 直线a 在平面α内直线a 与平面α相交直线a 与平面α平行公共点 有无数个公共点有且只有一个公共点没有公共点符号表示a α⊂a A α= //a α图形表示4、两个平面的位置关系位置关系图示表示法公共点个数两平面平行//αβ0两平面相交斜交aαβ=有无数个公共点在一条直线上垂直αβ⊥aαβ=有无数个公共点在一条直线上5、平行公理平行于同一条直线的两条直线互相平行。
专题12 空间点、线、面的位置关系1.以客观题形式考查有关线面平行、垂直等位置关系的命题真假判断或充要条件判断等.2.以几何体的直观图、三视图为载体,考查考生识图、用图能力和对空间线面位置关系的掌握情况.3.以多面体或旋转体为载体(棱锥、棱柱为主)命制空间线面平行、垂直各种位置关系的证明题或探索性问题,以大题形式呈现.1.点、线、面的位置关系(1)平面的基本性质(2)平行公理、等角定理公理4:若a∥c,b∥c,则a∥b.等角定理:若OA∥O1A1,OB∥O1B1,则∠AOB=∠A1O1B1或∠AOB+∠A1O1B1=180°.2.直线、平面的平行与垂直3.熟练掌握常见几何体(柱、锥、台、球)的几何特征,明确各种几何体的直观图与三视图特征及相关面积体积的计算公式,熟练掌握线线、线面、面面平行与垂直等位置关系的判定与性质定理及公理,熟练进行线线、线面、面面平行与垂直关系的相互转化是解答相关几何题的基础.【误区警示】1.应用线面、面面平行与垂直的判定定理、性质定理时,必须按照定理的要求找足条件.2.作辅助线(面)是立体几何证题中常用技巧,作图时要依据题设条件和待求(证)结论之间的关系结合有关定理作图.注意线线、线面、面面平行与垂直关系的相互转化.3.若a 、b 、c 代表直线或平面,△代表平行或垂直,在形如⎭⎪⎬⎪⎫a △b a △c ⇒b △c 的命题中,要切实弄清有哪些是成立的,有哪些是不成立的.例如a 、b 、c 中有两个为平面,一条为直线,命题⎭⎪⎬⎪⎫a ⊥αa ⊥β⇒α∥β是成立的.⎭⎪⎬⎪⎫a ∥αa ∥β⇒α∥β是不成立的.考点一 空间线面位置关系的判断例1、 (1)已知m ,n 为异面直线,m ⊥平面α,n ⊥平面β.直线l 满足l ⊥m ,l ⊥n ,l ⊄α,l ⊄β,则( )A .α∥β且l ∥αB .α⊥β且l ⊥βC .α与β相交,且交线垂直于lD .α与β相交,且交线平行于l 【答案】D【解析】通解:若α∥β,则m ∥n ,这与m 、n 为异面直线矛盾,所以A 不正确.将已知条件转化到正方体中,易知α与β不一定垂直,但α与β的交线一定平行于l ,从而排除B 、C.故选D.优解:构造图形如图所示,知D 项正确.(2)已知m ,n 表示两条不同直线,α表示平面.下列说法正确的是( ) A .若m ∥α,n ∥α,则m ∥n B .若m ⊥α,n ⊂α,则m ⊥n C .若m ⊥α,m ⊥n ,则n ∥α D .若m ∥α,m ⊥n ,则n ⊥α 【答案】B【解析】通解:对A,m,n还可能异面、相交,故A不正确;对B,由线面垂直的定义可知正确;对C,n还可能在平面α内,故C不正确;对D,n还可能在α内,故D不正确.优解:在正方体中,找出相应的m、n与面之间的关系,可知B正确.【方法规律】空间线面位置的判定方法1.借助空间线面平行、面面平行、线面垂直、面面垂直的判定定理和性质定理进行判断.2.借助空间几何模型,如从长方体模型、四面体模型等模型中观察线面位置关系,结合有关定理,进行肯定或否定.3.借助于反证法,当从正面入手较难时,可利用反证法,推出与题设或公认的结论相矛盾的命题,进而作出判断.【变式探究】m、n是空间中两条不同直线,α、β是两个不同平面,下面有四个命题:①m⊥α,n∥β,α∥β⇒m⊥n;②m⊥n,α∥β,m⊥α⇒n∥β;③m⊥n,α∥β,m∥α⇒n⊥β;④m⊥α,m∥n,α∥β⇒n⊥β.其中,所有真命题的序号是________.【答案】①④考点二空间平行、垂直关系的证明例2、(2015·高考全国卷Ⅰ)(本小题满分12分)如图,四边形ABCD为菱形,点G为AC与BD的交点,BE⊥平面ABCD.(1)证明:平面AEC⊥平面BED.(2)若∠ABC=120°,AE⊥EC,三棱锥EACD的体积为63,求该三棱锥的侧面积.【解析】(1)证明:因为四边形ABCD为菱形,所以AC⊥BD因为BE⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,所以AC⊥BE,又BD∩BE=B,故AC⊥平面BED又AC⊂平面AEC,所以平面AEC⊥平面BED.(2)设AB =x ,在菱形ABCD 中,由∠ABC =120°, 可得AG =GC =32x ,GB =GD =x 2. 因为AE ⊥EC ,所以在Rt△AEC 中,可得EG =12AC =32x .由BE ⊥平面ABCD ,知△EBG 为直角三角形,可得BE =EG 2-GB 2=22x . 由已知得,三棱锥E ACD 的体积V E ACD =13×12AC ·GD · BE =624x 3=63. 故x =2.从而可得AE =EC =ED =AB 2+BE 2=22+2= 6.所以S △EAC =12AE ·EC =12×6×6=3,△EAD 的面积与△ECD 的面积相等.在△AED 中 ,作EF ⊥AD 于F ,由AE =ED 知F 为AD 的中点, ∴EF =AE 2-⎝ ⎛⎭⎪⎫AD 22=6-1= 5∴S △EAD =12AD ·EF =12×2×5= 5.故三棱锥E ACD 的侧面积为3+2 5. 【方法规律】证明线线平行与线线垂直的方法1.证明线线平行常用的方法:一是利用平行公理,即证两直线同时和第三条直线平行;二是利用平行四边形进行平行转换;三是利用三角形的中位线定理证线线平行;四是利用线面平行、面面平行的性质定理进行平行转换.2.证明线线垂直常用的方法:①利用等腰三角形底边中线即高线的性质;②勾股定理;③线面垂直的性质:即要证两线垂直,只需证明一线垂直于另一线所在的平面即可,l ⊥α,a ⊂α⇒l ⊥a .【变式探究】如图,在四棱锥P ABCD 中,AD ∥BC ,且BC =2AD ,AD ⊥CD ,PB ⊥CD ,点E 在棱PD 上,且PE =2ED .(1)求证:平面PCD ⊥平面PBC ; (2)求证:PB ∥平面AEC . 证明:(1)因为AD ⊥CD ,AD ∥BC ,所以CD⊥BC,又PB⊥CD,PB∩BC=B,PB⊂平面PBC,BC⊂平面PBC,所以CD⊥平面PBC,又CD⊂平面PCD,所以平面PCD⊥平面PBC.(2)连接BD交AC于点O,连接OE.因为AD∥BC,所以△ADO∽△CBO,所以DO∶OB=AD∶BC=1∶2,又PE=2ED,所以OE∥PB.又OE⊂平面AEC,PB⊄平面AEC,所以PB∥平面AEC.考点三立体几何中的折叠、探索问题例3、如图(1),在Rt△ABC中,∠C=90°,BC=3,AC=6,D,E分别是AC,AB上的点,且DE∥BC,DE=2.将△ADE沿DE折起到△A′DE的位置,使A′C⊥CD,如图(2).(1)求证:DE∥平面A′BC;(2)求证:A′C⊥BE;(3)线段A′D上是否存在点F,使平面CFE⊥平面A′DE?若存在,求出DF的长;若不存在,请说明理由.解:(1)证明:因为D,E分别为AC,AB上的点,且DE∥BC,又因为DE⊄平面A′BC,所以DE∥平面A′BC.(2)证明:因为∠C=90°,DE∥BC,所以DE⊥CD,由题意可知,DE⊥A′D,又A′D∩CD=D,所以DE⊥平面A′CD,所以BC⊥平面A′CD,所以BC⊥A′C,又A′C⊥CD,且CD∩BC=C,所以A′C⊥平面BCDE,又BE⊂平面BCDE,所以A′C⊥BE.(3)线段A′D上存在点F,使平面CFE⊥平面A′DE.理由如下:因为A ′C ⊥CD ,所以,在Rt△A ′CD 中,过点C 作CF ⊥A ′D 于F ,由(2)可知,DE ⊥平面A ′CD ,【变式探究】已知Rt△ABC 中,AB =3,BC =4,∠ABC =90°,AE =2EB ,AF =2FC ,将△AEF 沿EF 折起,使A 变到A ′,使平面A ′EF ⊥平面EFCB .(1)试在线段A ′C 上确定一点H ,使FH ∥平面A ′BE .(2)试求三棱锥A ′EBC 的外接球的半径与三棱锥A ′EBC 的表面积.解:(1)AB =3,BC =4,∠ABC =90°,AF =2FC ,所以EF =23BC =83,在A ′C 上取点H ,使A ′H =2HC ,连接HF ,再在A ′B 上取点K ,使A ′K =2KB ,连接HK ,EK ,可知,KH ∥BC ,且KH =23BC ,可知KH ∥EF ,且KH =EF ,所以四边形EFHK 为平行四边形,FH ∥EK ,EK ⊂平面A ′EB ,FH ⊄平面A ′EB ,所以FH ∥平面A ′EB ,故H 点为A ′C 的靠近C 点的三等分点.(2)由题意可知,A ′E ⊥平面EFCB ,BC =4,EB =1,A ′E =2,A ′B =A ′E 2+BE 2=22+12=5,设三棱锥A′EBC的外接球半径为R,可知(2R)2=A′E2+BE2+BC2,(2R)2=4+1+42=21,所以R=21 2.三棱锥A′EBC的表面积为S=S△A′BC+S△A′BE+S△BEC+S△A′EC=12×4×5+12×1×2+12×4×1+12×2×17=3+17+2 5.1.(2017·高考全国卷Ⅰ)如图,在下列四个正方体中,A,B为正方体的两个顶点,M,N,Q为所在棱的中点,则在这四个正方体中,直线AB与平面MNQ不平行的是( )∴AB∥平面MNQ.D项,作如图④所示的辅助线,则AB∥CD,CD∥NQ,∴AB∥NQ,又AB⊄平面MNQ,NQ⊂平面MNQ,∴AB∥平面MNQ.故选A.2.(2017·全国卷Ⅲ)在正方体ABCDA1B1C1D1中,E为棱CD的中点,则( )A.A1E⊥DC1B.A1E⊥BDC.A1E⊥BC1D.A1E⊥AC【答案】C【解析】如图,由题设知,A1B1⊥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A1E⊥BC1.3.(2017·高考全国卷Ⅲ)如图,四面体ABCD中,△ABC是正三角形,AD=CD.(1)证明:AC⊥BD;(2)已知△ACD是直角三角形,AB=BD.若E为棱BD上与D不重合的点,且AE⊥EC,求四面体ABCE与四面体ACDE的体积比.∴AE =EC =2,在△ABD 中,设DE =x ,根据余弦定理cos∠ADB =AD 2+BD 2-AB 22AD ·BD =AD 2+DE 2-AE 22AD ·DE=22+ 22 2- 2222×2×22=22+x 2-222×2×x. 解得x =2,∴点E 是BD 的中点,则V D ACE =V E ACE , ∴V D ACEV B ACE=1∶1. 4.(2017·全国卷Ⅱ)如图,四棱锥P ABCD 中,侧面PAD 为等边三角形且垂直于底面ABCD ,AB =BC =12AD ,∠BAD =∠ABC =90°.(1)证明:直线BC ∥平面PAD ;(2)若△PCD 的面积为27,求四棱锥P ABCD 的体积.为正方形,则CM ⊥AD .(5分)因为侧面PAD 为等边三角形且垂直于底面ABCD ,平面PAD ∩平面ABCD =AD ,所以PM ⊥AD ,PM ⊥底面ABCD .(7分)因为CM ⊂底面ABCD ,所以PM ⊥CM .(8分)设BC =x ,则CM =x ,CD =2x ,PM =3x ,PC =PD =2x ,取CD 的中点N ,连接PN . 则PN ⊥CD ,所以PN =142x . 因为△PCD 的面积为27,所以12×2x ×142x =27,解得x =2或x =-2(舍去).(10分) 于是AB =BC =2,AD =4,PM =2 3.所以四棱锥P ABCD 的体积V =13×2(2+4)2×23=4 3.(12分) 1.(2016·浙江卷)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 ∥lB .m ∥nC .n ⊥lD .m ⊥n【答案】C【解析】因为α∩β=l ,所以l ⊂β.因为n ⊥β,所以n ⊥l .2.(2016·高考山东卷)已知直线a ,b 分别在两个不同的平面α,β内,则“直线a 和直线b 相交”是“平面α和平面β相交”的( )A .充分不必要条件B .必要不充分条件C .充要条件D .既不充分也不必要条件3.(2016·北京卷)如图,在四棱锥P ABCD 中,PC ⊥平面ABCD ,AB ∥DC ,DC ⊥AC .(导学号 55410121)(1)求证:DC ⊥平面PAC ;(2)求证:平面PAB ⊥平面PAC ;(3)设点E 为AB 的中点,在棱PB 上是否存在点F ,使得PA ∥平面CEF ?说明理由.证明:(1)因为PC ⊥平面ABCD ,DC ⊂平面ABCD ,所以PC ⊥DC .又AC ⊥DC ,PC ∩AC =C ,PC ⊂平面PAC ,AC ⊂平面PAC ,所以CD ⊥平面PAC .(2)证明:因为AB ∥CD ,CD ⊥平面PAC ,所以AB ⊥平面PAC ,AB ⊂平面PAB ,所以平面PAB ⊥平面PAC .(3)解:棱PB 上存在点F ,使得PA ∥平面CEF .证明如下,取PB的中点F,连接EF,CE,CF,又因为E为AB的中点,所以EF为△PAB的中位线,所以EF∥PA.又PA⊄平面CEF,EF⊂平面CEF,所以PA∥平面CEF.4.(2016·全国卷Ⅲ)如图,四棱锥P ABCD中,PA⊥底面ABCD,AD∥BC,AB=AD=AC=3,PA=BC=4,M为线段AD上一点,AM=2MD,N为PC的中点.(1)证明:MN∥平面PAB;(2)求四面体N-BCM的体积.1 3·S△BCM·PA2=453.V N BCM=。