2014届高考数学一轮练之乐：1.9.5直线、平面垂直的判定及性质

第54课 直线与平面垂直的判定和性质1.直线与平面垂直（1）定义：如果直线l 与平面α内的 任意一条直线都垂直，那么就说直线l 与平面α互相垂直．记作l α⊥（2）直线与平面垂直的判定 例1.(2013·某某卷)如图1，在边长为1的等边三角形ABC 中，D ，E 分别是AB ，AC 边上的点，AD ＝AE ，F 是BC 的中点，AF 与DE 交于点G ，将△ABF 沿AF 折起，得到如图2所示的三棱锥A －BCF ，其中BC ＝22. (1)证明：DE //平面BCF ；(2)证明：CF ⊥平面ABF ； (3)当AD ＝23时，求三棱锥F －DEG 的体积V F －DEG .类别语言表述图示 字母表示 作用判定（1）若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,m n m n P a a m a n αα⊂⎫⎪=⇒⊥⎬⎪⊥⊥⎭、用于证明直线与平面垂直（2）若两条平行线中的一条垂直于一个平面，则另一条直线也垂直于这个平面//a b a b αα⊥⎫⇒⊥⎬⎭用于证明直线与平面垂直(1)证明：在等边三角形ABC 中，AD ＝AE . ∴AD DB ＝AE EC，在折叠后的三棱锥ABCF 中也成立， ∴DE ∥BC ，∵DE ⊄平面BCF,BC ⊂平面BCF ，∴DE ∥平面BCF .(2)证明：在等边三角形ABC 中，F 是BC 的中点，所以AF ⊥BC ，①BF ＝CF ＝12.∵在三棱锥A －BCF 中，BC ＝22，∴BC 2＝BF 2＋CF 2， ∴CF ⊥BF ，②∵BF ∩CF ＝F ，∴CF ⊥平面ABF .(3)解析：由(1)可知GE ∥CF ，结合(2)可得GE ⊥平面DFG . ∴V F －DEG ＝V E －DFG ＝13×12·DG ·FG ·GE ＝13×12×13×⎝ ⎛⎭⎪⎫13×32×13＝3324.练习：如图，AB 是圆O 的直径，PA 垂直于圆O 所在的平面，C 是圆O 上的点．（1）求证:BC ⊥平面PAC ；（2）设Q 为PA 的中点，G 为AOC ∆的重心，求证：平面QOG ∥平面PBC ．【解析】（1）证明：∵AB 是圆O 的直径，∴AC BC ⊥，∵PA ⊥平面ABC ，BC ⊂平面ABC ， ∴PA BC ⊥， ∵PAAC A =，∴BC ⊥平面PAC ．（2）连结OG 并延长交AC 于M ，连结,QM QO ， ∵G 为AOC ∆的重心，∴M 为AC 的中点， ∵Q 为PA 的中点，∴QM ∥PC ， ∵QM ⊄平面PBC ，BC ⊂平面PBCA∴QM ∥平面PBC∵O 为AB 的中点，M 为AC 的中点，∴OM ∥BC ， ∵OM ⊄平面PBC ，BC ⊂平面PBC ∴OM ∥平面PBC ，而QM ∥平面PBC ∵QMOM M =，QM ⊂平面QMO ，OM ⊂平面QMO ，∴平面QMO ∥平面PBC ，即平面QOG ∥平面PBC（3）直线与平面垂直的性质例2.如图，三棱柱ABC ­A 1B 1C 1中，CA ＝CB ，AB ＝AA 1，∠BAA 1＝60°. (1)证明：AB ⊥A 1C ；(2)若AB ＝CB ＝2，A 1C ＝6，求三棱柱ABC ­A 1B 1C 1的体积． 【解】(1)证明：取AB 的中点O ，连接OC ，OA 1，A 1B . 因为CA ＝CB ，所以OC ⊥AB . 由于AB ＝AA 1，∠BAA 1＝60°， 故△AA 1B 为等边三角形， 所以OA 1⊥AB .类别语言表述图示 字母表示 作用性质 （1）若一条直线与一个平面垂直，则这条直线垂直于平面内的任意一条直线a ab b αα⊥⎫⇒⊥⎬⊂⎭证两条直线垂直（2）如果两条直线同垂直于一个平面，那么这两条直线平行//a a b b αα⊥⎫⇒⎬⊥⎭证两条直线平行因为OC ∩OA 1＝O ，所以AB ⊥平面OA 1C . 又A 1C ⊂平面OA 1C ，故AB ⊥A 1C .(2)由题设知△ABC 与△AA 1B 都是边长为2的等边三角形，所以OC ＝OA 1＝ 3. 又A 1C ＝6，则A 1C 2＝OC 2＋OA 21，故OA 1⊥OC .因为OC ∩AB ＝O ，所以OA 1⊥平面ABC ，OA 1为三棱柱ABC ­A 1B 1C 1的高． 又△ABC 的面积S △ABC ＝3，故三棱柱ABC ­A 1B 1C 1的体积V ＝S △ABC ·OA 1＝3. 练习：如图，在四棱锥P ABCD -中，底面ABCD 是平行四边形，60BCD ︒∠=，2AB AD =，PD ⊥平面ABCD . 求证：AD ⊥PB ；证明:∵PD ⊥平面ABCD ，AD ⊂平面ABCD ， ∴PD ⊥AD . ∵60BAD BCD ︒∠=∠=，2AB AD =， ∴222260BDAB AD AB AD cos ︒=+-⋅⋅2222AB AD AD =+-22AB AD =-.∴22ABAD =2BD +∴AD BD ⊥.∵PDBD D =，PD ⊂平面PBD ，BD ⊂平面PBD ，∴AD ⊥平面PBD . ∵PB ⊂平面PBD ， ∴AD PB ⊥. 2.直线与平面所成的角（1）一个平面的斜线和它在这个平面内的射影所成的角，叫做斜线和这个平面所成的角. （2）直线与平面所成的角的X 围是[0,]2π（3）如果直线和平面垂直，那么就说直线和平面所成的角是直角．练习：若四棱锥P ABCD -的所有棱长均为2，则侧棱PA 与底面ABCD 所成的角为 ， 斜高与底面底面ABCD 所成的角的正切值为第54课 直线与平面垂直的判定和性质作业题1．一条直线与一个平面垂直的条件是 ( ) A. 垂直于平面内的一条直线 B. 垂直于平面内的两条直线 C. 垂直于平面内的无数条直线 D. 垂直于平面内的两条相交直线 解析：D2. 如果平面α外的一条直线a 与α内两条直线垂直，那么 ( ) A. a ⊥α B. a ∥α C. a 与α斜交 D. 以上三种均有可能解析：D3. 已知两条不同的直线m、n，两个不同的平面a、β，则下列命题中的真命题是（）A．若m⊥a，n⊥β，a⊥β，则m⊥nB．若m⊥a，n∥β，a⊥β，则m⊥nC．若m∥a，n∥β，a∥β，则m∥nD．若m∥a，n⊥β，a⊥β，则m∥n【答案】A【解析】试题分析：在正方体ABCD-A1B1C1D1中记ABCD为平面a，CDC1D1为平面β，直线AA1为m，直线BB1为n，则m∥n，因此选项B为假；同理选项D也为假，取平面r∥a∥β，则平面内的任意一条直线都可以为直线m,n，因此选项C为假，答案选A.考点：空间几何中直线与直线的位置关系4. 如图，BC是Rt△ABC的斜边，AP⊥平面ABC，连结PB、PC，作PD⊥BC于D，连结AD，则图中共有直角三角形_________个。

第5讲直线、平面垂直的判定及性质1．直线与平面垂直(1)直线与平面垂直的定义如果一条直线l与平面α内的01任意一条直线都垂直，就说直线l与平面α互相垂直．(2)直线与平面垂直的判定定理文字语言图形语言符号语言判定定理一条直线与一个平面内的02两条相交直线都垂直，则该直线与此平面垂直错误!⇒l⊥α(3)直线与平面垂直的性质定理文字语言图形语言符号语言性质定理垂直于同一个平面的两条直线07平行错误!⇒a∥b(1)平面与平面垂直的定义10直二面角，就说这两个平面互相垂直．(2)平面与平面垂直的判定定理文字语言图形语言符号语言判定定理一个平面过另一个平面的11垂线，则这两个平面垂直错误!⇒α⊥β(3)平面与平面垂直的性质定理文字语言图形语言符号语言性质定理两个平面垂直，则一个平面内垂直于14交线的直线与另一个平面垂直错误!⇒l⊥α3．直线与平面所成的角(1)定义：平面的一条直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．(2)线面角θ的范围：θ∈[0°，90°]．4．二面角的有关概念(1)二面角：从一条直线出发的19两个半平面所组成的图形叫做二面角．(2)二面角的平面角：过二面角棱上的任一点，在两个半平面内分别作与棱20垂直的射线，则两射线所成的角叫做二面角的平面角．直线与平面垂直的五个结论(1)若一条直线垂直于一个平面，则这条直线垂直于这个平面内的任意一条直线．(2)若两条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．(3)垂直于同一条直线的两个平面平行．(4)过一点垂直于已知平面的直线有且只有一条．(5)过一点有且只有一个平面与已知直线垂直．1．设α，β是两个不同的平面，l，m是两条不同的直线，且l⊂α，m⊂β，下列结论正确的是()A．若l⊥β，则α⊥βB．若α⊥β，则l⊥mC．若l∥β，则α∥βD．若α∥β，则l∥m答案 A解析根据线面垂直的判定定理知A正确；当α⊥β，l⊂α，m⊂β时，l与m可能平行、相交或异面，故B错误；当l∥β，l⊂α时，α与β可能平行，也可能相交，故C错误；当α∥β，l⊂α，m⊂β时，l与m可能平行，也可能异面，故D错误．故选A．2．(多选)下列命题中正确的有()A．如果平面α⊥平面β，那么平面α内一定存在直线平行于平面βB．如果平面α不垂直于平面β，那么平面α内一定不存在直线垂直于平面βC．如果平面α⊥平面γ，平面β⊥平面γ，α∩β＝l，那么l⊥平面γD．如果平面α⊥平面β，那么平面α内所有直线都垂直于平面β答案ABC解析若α⊥β，则α内至少有一条直线垂直于平面β，而非所有直线都垂直于平面β.3．若斜线段AB是它在平面α内射影长的2倍，则AB与平面α所成的角的大小为()A．60°B．45°C．30°D．90°答案 A解析斜线段、垂线段以及射影构成直角三角形．如图所示，∠ABO即是斜线段与平面α所成的角．又AB＝2BO，所以cos∠ABO＝OBAB＝12，所以∠ABO＝60°.4. 如图所示，在三棱锥P－ABC中，P A⊥平面ABC，∠BAC＝90°，则二面角B－P A－C的大小为()A．90°B．60°C．45°D．30°答案 A解析∵P A⊥平面ABC，BA，CA⊂平面ABC，∴BA⊥P A，CA⊥P A，因此∠BAC 即为二面角B－P A－C的平面角．又∠BAC＝90°，故选A．5．在三棱锥P－ABC中，点P在平面ABC中的射影为点O.(1)若P A＝PB＝PC，则点O是△ABC的________心；(2)若P A⊥PB，PB⊥PC，PC⊥P A，则点O是△ABC的________心．答案(1)外(2)垂解析(1)如图，∵PO⊥平面ABC，连接OA，OB，OC，在Rt△POA中，OA2＝P A2－PO2，同理OB2＝PB2－PO2，OC2＝PC2－PO2.又P A＝PB＝PC，故OA＝OB＝OC，∴O是△ABC的外心．(2)由P A⊥PB，P A⊥PC，可知P A⊥平面PBC，∴P A⊥BC，又PO⊥BC，∴BC⊥平面P AO，∴AO⊥BC，同理BO⊥AC，CO⊥AB．故O是△ABC的垂心．6．(2019·全国卷Ⅰ)已知∠ACB＝90°，P为平面ABC外一点，PC＝2，点P到∠ACB两边AC，BC的距离均为3，那么P到平面ABC的距离为________.答案2解析如图，过点P作PO⊥平面ABC于O，则PO为P到平面ABC的距离．再过O作OE⊥AC于E，OF⊥BC于F，连接PC，PE，PF，则PE⊥AC，PF⊥BC．又PE＝PF＝3，所以OE＝OF，所以CO为∠ACB的平分线，即∠ACO＝45°.在Rt△PEC中，PC＝2，PE＝3，所以CE＝1，所以OE＝1，所以PO＝PE2－OE2＝错误!＝错误!.考向一有关垂直关系的判断例1(1)已知平面α及α外的一条直线l，下列命题中不正确的是()A．若l垂直于α内的两条平行线，则l⊥αB．若l平行于α内的一条直线，则l∥αC．若l垂直于α内的两条相交直线，则l⊥αD．若l平行于α内的无数条直线，则l∥α答案 A解析由直线与平面平行的有关定理和结论可知选项B，D正确，选项C是直线与平面垂直的判定定理，而A中，直线l可能与平面α垂直，也可能与平面α相交但不垂直，还可能与平面α平行，故选A．(2) 三棱柱ABC－A1B1C1中，侧棱AA1垂直于底面A1B1C1，底面三角形A1B1C1是正三角形，E是BC的中点，则下列叙述正确的是()①CC1与B1E是异面直线；②AE与B1C1是异面直线，且AE⊥B1C1；③AC⊥平面ABB1A1；④A1C1∥平面AB1E.A．②B．①③C．①④D．②④答案 A解析对于①，CC1，B1E都在平面BB1C1C内，故错误；对于②，AE，B1C1为在两个平行平面中且不平行的两条直线，底面三角形ABC是正三角形，E是BC的中点，所以AE⊥BC，又因为B1C1∥BC，故AE⊥B1C1，故正确；对于③，上底面ABC 是一个正三角形，不可能存在AC⊥平面ABB1A1，故错误；对于④，A1C1所在的平面AA1C1C与平面AB1E相交，且A1C1与交线有公共点，故错误．故选A．判断垂直关系需注意的问题(1)作图要熟练，借助几何图形来说明线面关系要做到作图快、准．(2)善于寻找反例，若存在反例，结论就被驳倒了．(3)要思考完整，反复验证所有可能的情况，必要时要运用判定或性质定理进行简单说明．1.(多选)(2021·新高考八省联考)如图是一个正方体的平面展开图，则在该正方体中()A．AE∥CD B．CH∥BEC．DG⊥BH D．BG⊥DE答案BCD解析由正方体的平面展开图还原正方体如图．由图形可知，AE⊥CD，故A错误；因为HE∥BC，HE＝BC，所以四边形BCHE为平行四边形，所以CH∥BE，故B 正确；因为DG⊥HC，DG⊥BC，HC∩BC＝C，所以DG⊥平面BHC，所以DG⊥BH，故C正确；因为BG∥AH，而DE⊥AH，所以BG⊥DE，故D正确．故选BCD.2．如图，在正方形ABCD中，E，F分别是BC，CD的中点，G是EF的中点，现沿AE，AF及EF把这个正方形折成一个空间图形，使B，C，D三点重合，重合后的点记为H，那么，在这个空间图形中必有()A．AH⊥平面EFH B．AG⊥平面EFHC．HF⊥平面AEF D．HG⊥平面AEF答案 A解析由平面图形，得AH⊥HE，AH⊥HF，又HE∩HF＝H，∴AH⊥平面EFH，故选A．多角度探究突破考向二直线与平面垂直的判定与性质角度1利用线线垂直证明线面垂直例2(1)如图，在△ABC中，AB＝BC＝4，∠ABC＝90°，E，F分别为AB，AC边的中点，以EF为折痕把△AEF折起，使点A到达点P的位置，且PB＝BE.①证明：BC⊥平面PBE；②求点F到平面PEC的距离．解①证明：因为E，F分别为AB，AC边的中点，所以EF∥BC，因为∠ABC＝90°，所以EF⊥BE，EF⊥PE，又因为BE∩PE＝E，所以EF⊥平面PBE，所以BC⊥平面PBE.②取BE的中点O，连接PO，OC，由①，知BC⊥平面PBE，BC⊂平面BCFE，所以平面PBE⊥平面BCFE，因为PB＝BE＝PE，所以PO⊥BE，又因为PO⊂平面PBE，平面PBE∩平面BCFE＝BE，所以PO⊥平面BCFE，在Rt△POC中，PC＝PO2＋OC2＝25，在Rt△EBC中，EC＝EB2＋BC2＝25，在△PEC中，PC＝EC＝25，PE＝2，所以S△PEC＝19，又因为S△ECF＝2，设点F到平面PEC的距离为d，由V F－PEC＝V P－ECF，得S△PEC·d＝S△ECF·PO，即19×d＝2×3，所以d＝25719.即点F到平面PEC的距离为25719.(2) 在五面体ABCDEF中，四边形CDEF为矩形，CD＝2DE＝2AD＝2AB＝4，AC ＝25，∠EAD＝30°.①求证：AB⊥平面ADE；②求该五面体的体积．解①证明：因为在五面体ABCDEF中，四边形CDEF为矩形，所以EF∥CD，CD⊥DE.因为EF⊄平面ABCD，CD⊂平面ABCD，所以EF∥平面ABCD.因为EF⊂平面ABFE，平面ABFE∩平面ABCD＝AB，所以EF∥AB．又EF∥CD，所以CD∥AB．因为CD＝4，AD＝2，AC＝25，所以AD2＋CD2＝AC2，所以CD⊥AD.又因为CD⊥DE，AD∩DE＝D，AD，DE⊂平面ADE，所以CD⊥平面ADE.又CD∥AB，所以AB⊥平面ADE.②因为∠EAD＝30°，AD＝DE＝2，所以∠ADE＝120°，则S△ADE＝12×2×2×32＝3.如图，延长AB 到G ，使得AB ＝BG ，连接GF ，GC ，则S △GCF ＝S △ADE ＝3，所以V GCF －ADE ＝3×4＝43，V B －GCF ＝13×3×2＝233，所以V五面体ABCDEF＝V GCF －ADE －V B －GCF ＝43－233＝1033.角度2 利用线面垂直证明线线垂直例3 (1)(2020·全国卷Ⅲ)如图，在长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，点E ，F 分别在棱DD 1，BB 1上，且2DE ＝ED 1，BF ＝2FB 1.证明：①当AB ＝BC 时，EF ⊥AC ； ②点C 1在平面AEF 内．证明 ①连接BD ，B 1D 1，∵在长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，BB 1⊥平面ABCD ，AC ⊂平面ABCD ，∴AC ⊥BB 1.∵AB ＝BC ，∴四边形ABCD 为正方形，∴AC ⊥BD .∵BB 1∩BD ＝B ，BB 1，BD ⊂平面BB 1D 1D ，∴AC ⊥平面BB 1D 1D . ∵EF ⊂平面BB 1D 1D ，∴EF ⊥AC ．②在CC1上取点M使得CM＝2MC1，连接DM，MF，EC1，∵D1E＝2ED，DD1∥CC1，DD1＝CC1，∴ED＝MC1，ED∥MC1.∴四边形DMC1E为平行四边形，∴DM∥EC1.∵在长方体ABCD－A1B1C1D1中，BF＝2FB1，CM＝2MC1，∴MF∥CB，MF＝CB，又DA∥CB，DA＝CB，∴MF∥DA，MF＝DA，∴四边形MF AD为平行四边形，∴DM∥AF，∴EC1∥AF.∴点C1在平面AEF内．(2) 如图，在四棱锥S－ABCD中，底面ABCD是正方形，SA⊥底面ABCD，SA＝AD＝1，点M是SD的中点，AN⊥SC，交SC于点N.①求证：SC⊥AM；②求△AMN的面积．解①证明：∵SA⊥底面ABCD，CD⊂底面ABCD，∴SA⊥CD，又CD⊥AD，AD∩SA＝A，∴CD⊥平面SAD.∵AM⊂平面SAD，∴CD⊥AM.又SA ＝AD ＝1，点M 是SD 的中点，∴AM ⊥SD . ∵SD ∩CD ＝D ，∴AM ⊥平面SCD . ∵SC ⊂平面SCD ，∴SC ⊥AM .②∵M 是SD 的中点，∴V S －ACM ＝V D －ACM ＝V M －ADC ， ∴V S －ACM ＝13S △ADC ·12SA ＝13×12×12＝112，∵AN ⊥SC ，SC ⊥AM ，AN ∩AM ＝A ， ∴SC ⊥平面AMN ，∴V S －ACM ＝13S △AMN ·SC ．∵SC ＝3，∴△AMN 的面积S △AMN ＝3VS －ACM SC ＝312.(1)证明线线垂直的常用方法①利用特殊图形中的垂直关系； ②利用直线与平面垂直的性质． (2)证明线面垂直的常用方法①利用线面垂直的判定定理，它是最常用的思路；②利用线面垂直的性质：若两条平行线之一垂直于某平面，则另一条线必垂直于该平面；③利用面面垂直的性质：a.两个平面互相垂直，在一个平面内垂直于交线的直线垂直于另一个平面．b.若两个相交平面都垂直于第三个平面，则它们的交线垂直于第三个平面．3. 如图，在四棱锥P －ABCD 中，P A ⊥底面ABCD ，AB ⊥AD ，AC ⊥CD ，∠ABC ＝60°，P A ＝AB ＝BC ，E 是PC 的中点．证明：(1)CD⊥AE；(2)PD⊥平面ABE.证明(1)在四棱锥P－ABCD中，∵P A⊥底面ABCD，CD⊂平面ABCD，∴P A⊥CD，又AC⊥CD，且P A∩AC＝A，∴CD⊥平面P AC．又AE⊂平面P AC，∴CD⊥AE.(2)由P A＝AB＝BC，∠ABC＝60°，可得AC＝P A．∵E是PC的中点，∴AE⊥PC．由(1)知AE⊥CD，且PC∩CD＝C，∴AE⊥平面PCD.又PD⊂平面PCD，∴AE⊥PD.∵P A⊥底面ABCD，AB⊂平面ABCD，∴P A⊥AB．又AB⊥AD，且P A∩AD＝A，∴AB⊥平面P AD，又PD⊂平面P AD，∴AB⊥PD.又AB∩AE＝A，∴PD⊥平面ABE.4．如图，在四棱锥P－ABCD中，底面ABCD是菱形，∠BAD＝60°，P A＝PD＝AD＝2，点M在线段PC上，且PM＝2MC，N为AD的中点．(1)求证：AD⊥平面PNB；(2)若平面P AD⊥平面ABCD，求三棱锥P－NBM的体积．解(1)证明：连接BD.∵P A＝PD，N为AD的中点，∴PN ⊥AD .又底面ABCD 是菱形，∠BAD ＝60°， ∴△ABD 为等边三角形，∴BN ⊥AD .又PN ∩BN ＝N ，∴AD ⊥平面PNB ． (2)∵P A ＝PD ＝AD ＝2，∴PN ＝NB ＝3.又平面P AD ⊥平面ABCD ，平面P AD ∩平面ABCD ＝AD ，PN ⊥AD ， ∴PN ⊥平面ABCD ，∴PN ⊥NB ， ∴S △PNB ＝12×3×3＝32.∵AD ⊥平面PNB ，AD ∥BC ，∴BC ⊥平面PNB ． 又PM ＝2MC ，∴V P －NBM ＝V M －PNB ＝23V C －PNB＝23×13×32×2＝23. 考向三 面面垂直的判定与性质例4 (1)在四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，底面ABCD 为平行四边形，AA 1⊥平面ABCD .AB ＝2AD ＝4，∠DAB ＝60°.①证明：平面D 1BC ⊥平面D 1BD ；②若直线D 1B 与底面ABCD 所成的角为30°，M ，N ，Q 分别为BD ，CD ，D 1D 的中点，求三棱锥C －MNQ 的体积．解 ①证明：∵D 1D ⊥平面ABCD ，BC ⊂平面ABCD ， ∴D 1D ⊥BC ．又AB ＝4，AD ＝2，∠DAB ＝60°， ∴BD ＝22＋42－2×2×4×cos60°＝23，∵AD 2＋BD 2＝AB 2，∴AD ⊥BD . 又AD ∥BC ，∴BC ⊥BD .又D 1D ∩BD ＝D ，BD ⊂平面D 1BD ，D 1D ⊂平面D 1BD ， ∴BC ⊥平面D 1BD ，而BC ⊂平面D 1BC ， ∴平面D 1BC ⊥平面D 1BD .②∵D 1D ⊥平面ABCD ，∴∠D 1BD 即为直线D 1B 与底面ABCD 所成的角，即∠D 1BD ＝30°，而BD ＝23，∴DD 1＝2，又V C －MNQ ＝V Q －CMN ＝14V Q －BDC ，∴V C －MNQ ＝14×13×12×23×2×1＝36.(2)如图，在三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，底面为正三角形，AA 1⊥底面ABC ，AA 1＝3AB ，点E 在线段CC 1上，平面AEB 1⊥平面AA 1B 1B ．①请指出点E 的位置，并给出证明； ②若AB ＝1，求点B 1到平面ABE 的距离． 解 ①点E 为线段CC 1的中点．证明如下：取AB 的中点为F ，AB 1的中点为G ，连接CF ，FG ，EG .则FG ∥CE ，FG ＝CE ，所以四边形FGEC 为平行四边形．所以CF ∥EG . 因为CA ＝CB ，AF ＝BF ，所以CF ⊥AB ． 又因为AA 1⊥底面ABC ，CF ⊂底面ABC ， 所以AA 1⊥CF .又因为AA 1∩AB ＝A ，所以CF ⊥平面AA 1B 1B ． 所以EG ⊥平面AA 1B 1B ，而EG ⊂平面AEB 1，所以平面AEB 1⊥平面AA 1B 1B ． ②由AB ＝1，得AA 1＝3.由①可知，点E 到平面ABB 1的距离为EG ＝CF ＝32.而△ABB 1的面积S △ABB 1＝12×1×3＝32，AE ＝BE ＝132，等腰△ABE 底边AB 上的高为134－14＝3.记点B 1到平面ABE 的距离为h ，由VB 1－ABE ＝VE －ABB 1，得13×h ×12×1×3＝13×32×32，解得h ＝32，即点B 1到平面ABE 的距离为32.(1)证明面面垂直的方法证明两平面垂直常转化为线面垂直，利用线面垂直的判定定理来证明．也可作出二面角的平面角，证明平面角为直角，利用定义来证明．(2)面面垂直的性质已知两个平面垂直时，过其中一个平面内的一点作交线的垂线，则由面面垂直的性质定理可得此直线垂直于另一个平面，于是面面垂直转化为线面垂直，由此得出结论：两个相交平面同时垂直于第三个平面，则它们的交线也垂直于第三个平面．5.(2020·全国卷Ⅰ) 如图，D为圆锥的顶点，O是圆锥底面的圆心，△ABC是底面的内接正三角形，P为DO上一点，∠APC＝90°.(1)证明：平面P AB⊥平面P AC；(2)设DO＝2，圆锥的侧面积为3π，求三棱锥P－ABC的体积．解(1)证明：连接OA，OB，OC．∵D为圆锥顶点，O为底面圆心，∴OD⊥平面ABC．∵P在DO上，OA＝OB＝OC，∴P A＝PB＝PC．∵△ABC是圆内接正三角形，∴AC＝BC，∴△P AC≌△PBC．∴∠APC＝∠BPC＝90°，即PB⊥PC，P A⊥PC．又P A∩PB＝P，∴PC⊥平面P AB．∵PC⊂平面P AC，∴平面P AB⊥平面P AC．(2)设圆锥的母线为l，底面半径为r，则圆锥的侧面积为πrl＝3π，rl＝3.OD2＝l2－r2＝(2)2，解得r＝1，l＝3，AC＝2r sin60°＝3，在等腰直角三角形APC中，AP＝22AC＝62，在Rt△P AO中，PO＝AP2－OA2＝64－1＝22，∴三棱锥P －ABC 的体积为V P －ABC ＝13PO ·S △ABC ＝13×22×12×3×3×32＝68.一、单项选择题1．若a ，b ，c 是三条不同的直线，α，β是两个不同的平面，则a ⊥b 的一个充分不必要条件是( )A ．a ⊥c ，b ⊥cB ．α⊥β，a ⊂α，b ⊂βC ．a ⊥α，b ∥αD ．a ⊥α，b ⊥α答案 C解析 对于A ，B ，直线a ，b 可能是平行直线，相交直线，也可能是异面直线；对于C ，在平面α内存在c ∥b ，因为a ⊥α，所以a ⊥c ，故a ⊥b ；对于D ，一定能推出a ∥b .故选C ．2．(2020·烟台摸底)已知直线m ，l ，平面α，β，且m ⊥α，l ⊂β，给出下列命题： ①若α∥β，则m ⊥l ；②若α⊥β，则m ∥l ；③若m ⊥l ，则α⊥β；④若m ∥l ，则α⊥β.其中是真命题的是( ) A ．①④ B ．③④ C ．①② D ．①③答案 A解析 对于①，若α∥β，m ⊥α，l ⊂β，则m ⊥l ，故①是真命题，排除B ；对于④，若m ∥l ，m ⊥α，则l ⊥α，又因为l ⊂β，所以α⊥β.故④是真命题．故选A ．3. 如图，在四面体ABCD 中，已知AB ⊥AC ，BD ⊥AC ，那么D 在平面ABC 内的射影H 必在( )A．直线AB上B．直线BC上C．直线AC上D．△ABC内部答案 A解析由AB⊥AC，BD⊥AC，AB∩BD＝B，则AC⊥平面ABD，而AC⊂平面ABC，则平面ABC⊥平面ABD，因此D在平面ABC内的射影H必在平面ABC与平面ABD的交线AB上，故选A．4. (2020·福建质量检查)如图，AB是圆O的直径，VA垂直圆O所在的平面，C是圆周上不同于A，B的任意一点，M，N分别为VA，VC的中点，则下列结论正确的是()A．MN∥ABB．MN与BC所成的角为45°C．OC⊥平面VACD．平面VAC⊥平面VBC答案 D解析依题意，得MN∥AC，又因为直线AC与AB相交，因此MN与AB不平行，A错误；因为AB是圆O的直径，所以AC⊥BC，因此MN与BC所成的角是90°，B错误；因为直线OC与AC不垂直，因此OC与平面VAC不垂直，C错误；由于BC⊥AC，BC⊥VA，因此BC⊥平面VAC．又BC⊂平面VBC，所以平面VAC⊥平面VBC，D正确．故选D.5．在如图所示的四个正方体中，能得出AB⊥CD的是()答案 A解析A中，CD⊥AB；B中，AB与CD成60°角；C中，AB与CD成45°角；D 中，AB与CD夹角的正切值为2.故选A．6．如图，在四边形ABCD中，AD∥BC，AD＝AB，∠BCD＝45°，∠BAD＝90°.将△ADB沿BD折起，使平面ABD⊥平面BCD，构成三棱锥A－BCD，则在三棱锥A －BCD中，下列命题正确的是()A．平面ABD⊥平面ABCB．平面ADC⊥平面BDCC．平面ABC⊥平面BDCD．平面ADC⊥平面ABC答案 D解析因为在四边形ABCD中，AD∥BC，AD＝AB，∠BCD＝45°，∠BAD＝90°，所以BD⊥CD，又因为平面ABD⊥平面BCD，且平面ABD∩平面BCD＝BD，所以CD⊥平面ABD，所以CD⊥AB，又因为AD⊥AB，AD∩CD＝D，所以AB⊥平面ADC，即平面ABC⊥平面ADC，故选D.7．(2020·山东高考) 日晷是中国古代用来测定时间的仪器，利用与晷面垂直的晷针投射到晷面的影子来测定时间．把地球看成一个球(球心记为O)，地球上一点A的纬度是指OA与地球赤道所在平面所成角，点A处的水平面是指过点A且与OA垂直的平面．在点A处放置一个日晷，若晷面与赤道所在平面平行，点A处的纬度为北纬40°，则晷针与点A处的水平面所成角为()A．20°B．40°C．50°D．90°答案 B解析画出截面图如图所示，其中CD是赤道所在平面的截线，l是点A处的水平面的截线，依题意可知OA⊥l，AB是晷针所在直线，m是晷面的截线，依题意，晷面和赤道平面平行，晷针与晷面垂直，根据平面平行的性质定理可得m∥CD，根据线面垂直的定义可得AB⊥m.由于∠AOC＝40°，m∥CD，所以∠OAG＝∠AOC＝40°，由于∠OAG＋∠GAE＝∠BAE＋∠GAE＝90°，所以∠BAE＝∠OAG＝40°，也即晷针与点A 处的水平面所成角为∠BAE＝40°.故选B．二、多项选择题8．如图，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，M，N分别是BC1，CD1的中点，则下列说法正确的是()A．MN与CC1垂直B．MN与AC垂直C．MN与BD平行D ．MN 与A 1B 1平行 答案 ABC解析 如图所示，连接C 1D ，因为M ，N 分别是BC 1，CD 1的中点，所以MN ∥BD ，而C 1C ⊥BD ，故C 1C ⊥MN ，故A ，C 正确；又因为AC ⊥BD ，所以MN ⊥AC ，B 正确；又因为A 1B 1∥AB ，AB 与BD 相交，所以MN 与A 1B 1不平行，故D 错误．9. (2020·青岛模拟)如图，正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱长为1，则下列四个命题正确的是( )A ．直线BC 与平面ABC 1D 1所成的角等于π4B ．点C 到平面ABC 1D 1的距离为22C ．两条异面直线D 1C 和BC 1所成的角为π4D ．三棱柱AA 1D 1－BB 1C 1的外接球半径为32答案 ABD解析 正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱长为1.对于A ，直线BC 与平面ABC 1D 1所成的角为∠CBC 1＝π4，故A 正确；对于B ，因为B 1C ⊥平面ABC 1D 1，点C 到平面ABC 1D 1的距离为B 1C 长度的一半，即为22，故B 正确；对于C ，因为BC 1∥AD 1，所以异面直线D 1C 和BC 1所成的角为∠AD 1C ，而△AD 1C 为等边三角形，故两条异面直线D 1C 和BC 1所成的角为π3，故C 错误；对于D ，因为A 1A ，A 1B 1，A 1D 1两两垂直，所以三棱柱AA 1D 1－BB 1C 1的外接球也是正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的外接球，故r ＝12＋12＋122＝32，故D 正确．故选ABD.10. (2020·平顶山摸底)如图，梯形ABCD 中，AD ∥BC ，∠ABC ＝90°，AD ∶BC ∶AB ＝2∶3∶4，E ，F 分别是AB ，CD 的中点，将四边形ADFE 沿直线EF 进行翻折，则下列结论可能正确的有( )A ．DF ⊥BCB ．BD ⊥FCC ．平面BDF ⊥平面BCFD ．平面DCF ⊥平面BCF 答案 BC解析 对于A ，因为BC ∥AD ，AD 与DF 相交但不垂直，所以BC 与DF 不垂直，则A 不成立；对于B ，设点D 在平面BCF 上的射影为点P ，当BP ⊥CF 时就有BD ⊥FC ，而AD ∶BC ∶AB ＝2∶3∶4可使条件满足，所以B 正确；对于C ，当点D 在平面BCF 上的射影P 落在BF 上时，DP ⊂平面BDF ，从而平面BDF ⊥平面BCF ，所以C 正确；对于D ，因为点D 在平面BCF 上的射影不可能在FC 上，所以D 不成立．三、填空题11．(2019·北京高考)已知l，m是平面α外的两条不同直线．给出下列三个论断：①l⊥m；②m∥α；③l⊥α.以其中的两个论断作为条件，余下的一个论断作为结论，写出一个正确的命题：________.答案②③⇒①(或①③⇒②)解析②③⇒①.证明如下：∵m∥α，∴根据线面平行的性质定理，知存在n⊂α，使得m∥n.又l⊥α，∴l⊥n，∴l⊥m.①③⇒②.证明如下：∵l⊥m，l⊥α，m是平面α外的直线，∴m∥α.12．在四棱锥P－ABCD中，P A⊥平面ABCD，底面各边都相等，M是PC上的一动点，当点M满足________时，平面MBD⊥平面PCD.答案BM⊥PC(或DM⊥PC)解析∵△P AB≌△P AD，∴PB＝PD，∴△PDC≌△PBC，当BM⊥PC时，有DM⊥PC，此时PC⊥平面MBD，∴平面MBD⊥平面PCD.故填BM⊥PC(或DM⊥PC)．13. 点P在正方体ABCD－A1B1C1D1的面对角线BC1上运动，给出下列命题：①三棱锥A－D1PC的体积不变；②A1P∥平面ACD1；③DP⊥BC1；④平面PDB1⊥平面ACD1.其中正确的命题序号是________. 答案 ①②④ 解析，点P 到平面AD 1C 的距离即为BC 1与平面AD 1C 的距离，为定值，故①正确；因为平面A 1C 1B ∥平面ACD 1，所以A 1P ∥平面ACD 1，故②正确；由于当点P 在B 点时，DB 不垂直于BC 1，即DP 不垂直于BC 1，故③错误；由于B 1D ⊥平面ACD 1，所以平面PDB 1⊥平面ACD 1，故④正确．四、解答题14. (2018·全国卷Ⅱ)如图，在三棱锥P －ABC 中，AB ＝BC ＝22，P A ＝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．解 (1)证明：因为AP ＝CP ＝AC ＝4，O 为AC 的中点，所以OP ⊥AC ，且OP ＝23.连接OB ，因为AB ＝BC ＝22AC ，所以△ABC 为等腰直角三角形，且OB ⊥AC ，OB ＝12AC ＝2.由OP 2＋OB 2＝PB 2知OP ⊥OB ．由OP ⊥OB ，OP ⊥AC ，AC ∩OB ＝O ，知PO ⊥平面ABC ． (2)作CH ⊥OM ，垂足为H .又由(1)可得OP ⊥CH ， 又因为OP ∩OM ＝O ，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 ＝423，∠ACB ＝45°.在△OCM 中根据余弦定理可求得OM ＝253，所以CH ＝OC·MC·sin∠ACB OM ＝455.所以点C 到平面POM 的距离为455.15．如图，在平行四边形ABCM 中，AB ＝AC ＝3，∠ACM ＝90°，以AC 为折痕将△ACM 折起，使点M 到达点D 的位置，且AB ⊥DA ．(1)证明：平面ACD ⊥平面ABC ；(2)Q 为线段AD 上一点，P 为线段BC 上一点，且BP ＝DQ ＝23DA ，求三棱锥Q －ABP 的体积．解 (1)证明：由已知可得∠BAC ＝90°，即AB ⊥AC ． 又AB ⊥DA ，且AC ∩DA ＝A ，所以AB ⊥平面ACD . 又AB ⊂平面ABC ，所以平面ACD ⊥平面ABC ．(2)由已知可得，DC ＝CM ＝AB ＝AC ＝3，DA ＝32.又BP ＝DQ ＝23DA ，所以BP ＝22. 作QE ⊥AC ，垂足为E ，则QE 綊13DC ．由已知及(1)可得DC ⊥平面ABC ， 所以QE ⊥平面ABC ，QE ＝1.因此，三棱锥Q －ABP 的体积为V 三棱锥Q －ABP＝13×QE ×S △ABP ＝13×1×12×3×22sin45°＝1.16. 如图，在三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AA 1⊥平面ABC ，D 为BC 边上一点，BD ＝3，AA 1＝AB ＝2AD ＝2.(1)证明：平面ADB 1⊥平面BB 1C 1C ； (2)若BD ＝CD ，试问：A 1C 是否与平面ADB 1平行？若平行，求三棱锥A －A 1B 1D 的体积；若不平行，请说明理由．解(1)证明：因为AA1⊥平面ABC，所以BB1⊥平面ABC，因为AD⊂平面ABC，所以AD⊥BB1.在△ABD中，因为AB＝2，AD＝1，BD＝3，所以AB2＝AD2＋BD2，所以AD⊥BC，又因为BC∩BB1＝B，所以AD⊥平面BB1C1C，因为AD⊂平面ADB1，所以平面ADB1⊥平面BB1C1C．(2)A1C与平面ADB1平行．证明如下：取B1C1的中点E，连接DE，CE，A1E，因为BD＝CD，所以DE∥AA1，且DE＝AA1，所以四边形ADEA1为平行四边形，则A1E∥AD.同理可证CE∥B1D.因为A1E∩CE＝E，AD∩B1D＝D，所以平面ADB1∥平面A1CE，又因为A1C⊂平面A1CE，所以A1C∥平面ADB1.因为AA1∥BB1，所以VB1－AA1D＝VB－AA1D，又因为BD＝3，且易证BD⊥平面AA1D，所以VA－A1B1D＝VB1－AA1D＝VB－AA1D＝13×3×12×2×1＝33.。

直线、平面垂直的判定与性质{INCLUDEPICTURE"基础知识要打牢.tif"|[知识能否忆起]一、直线与平面垂直 1．直线和平面垂直的定义直线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． 2．直线与平面垂直的判定定理及推论3．直线与平面垂直的性质定理二、平面与平面垂直1．平面与平面垂直的判定定理2．平面与平面垂直的性质定理[小题能否全取]1．(教材习题改编)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：选D 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．2.(2012·厦门模拟)如图，O 为正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的底面ABCD 的中心，则下列直线中与B 1O 垂直的是( )A ．A 1DB ．AA 1C ．A 1D 1D ．A 1C 1解析：选D 易知A 1C 1⊥平面BB 1D 1D . 又B 1O ⊂平面BB 1D 1D ，∴A 1C 1⊥B 1O .3．已知α，β是两个不同的平面，m ，n 是两条不重合的直线，则下列命题中正确的是( ) A ．若m ∥α，α∩β＝n ，则m ∥n B ．若m ⊥α，m ⊥n ，则n ∥α C ．若m ⊥α，n ⊥β，α⊥β，则m ⊥n D ．若α⊥β，α∩β＝n ，m ⊥n ，则m ⊥β解析：选C 对于选项A ，若m ∥α，α∩β＝n ，则m ∥n ，或m ，n 是异面直线，所以A 错误；对于选项B ，n 可能在平面α内，所以B 错误；对于选项D ，m 与β的位置关系还可以是m⊂β，m∥β，或m与β斜交，所以D错误；由面面垂直的性质可知C正确．4.如图，已知P A⊥平面ABC，BC⊥AC，则图中直角三角形的个数为________．解析：由线面垂直知，图中直角三角形为4个．答案：45．(教材习题改编)如图，已知六棱锥P－ABCDEF的底面是正六边形，P A⊥平面ABC，P A＝2AB.则下列命题正确的有________．①P A⊥AD；②平面ABC⊥平面PBC；③直线BC∥平面P AE；④直线PD与平面ABC所成角为30°.解析：由P A⊥平面ABC，∴P A⊥AD，故①正确；②中两平面不垂直，③中AD与平面P AE相交，BC∥AD，故不正确；④中PD与平面ABC所成角为45°.答案：①1.在证明线面垂直、面面垂直时，一定要注意判定定理成立的条件．同时抓住线线、线面、面面垂直的转化关系，即：2．在证明两平面垂直时，一般先从现有的直线中寻找平面的垂线，若这样的直线图中不存在，则可通过作辅助线来解决，如有平面垂直时，一般要用性质定理．3．几个常用的结论：(1)过空间任一点有且只有一条直线与已知平面垂直．(2)过空间任一点有且只有一个平面与已知直线垂直．典题导入[例1](2012·襄州模拟)若m，n为两条不重合的直线，α，β为两个不重合的平面，给出下列命题：①若m，n都平行于平面α，则m，n一定不是相交直线；②若m、n都垂直于平面α，则m，n一定是平行直线；③已知α，β互相垂直，m，n互相垂直，若m⊥α，则n ⊥β；④m，n在平面α内的射影互相垂直，则m，n互相垂直．其中的假命题的序号是________．[自主解答]①显然错误，因为平面α∥平面β，平面α内的所有直线都平行β，所以β内的两条相交直线可同时平行于α；②正确；如图1所示，若α∩β＝l，且n∥l，当m⊥α时，m⊥n，但n∥β，所以③错误；如图2显然当m′⊥n′时，m不垂直于n，所以④错误．[答案] ①③④由题悟法解决此类问题常用的方法有：①依据定理条件才能得出结论的，可结合符合题意的图形作出判断；②否定命题时只需举一个反例．③寻找恰当的特殊模型(如构造长方体)进行筛选．以题试法1．(2012·长春模拟)设a ，b 是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面，则下列四个命题：①若a ⊥b ，a ⊥α，b ⊄α，则b ∥α；②若a ∥α，a ⊥β，则α⊥β；③若a ⊥β，α⊥β，则a ∥α或a ⊂α；④若a ⊥b ，a ⊥α，b ⊥β，则α⊥β.其中正确命题的个数为( ) A ．1 B ．2 C ．3D ．4解析：选D 对于①，由b 不在平面α内知，直线b 或者平行于平面α，或者与平面α相交，若直线b 与平面α相交，则直线b 与直线a 不可能垂直，这与已知“a ⊥b ”相矛盾，因此①正确．对于②，由a ∥α知，在平面α内必存在直线a 1∥a ，又a ⊥β，所以有a 1⊥β，所以α⊥β，②正确．对于③，若直线a 与平面α相交于点A ，过点A 作平面α、β的交线的垂线m ，则m ⊥β，又α⊥β，则有a ∥m ，这与“直线a 、m 有公共点A ”相矛盾，因此③正确．对于④，过空间一点O 分别向平面α、β引垂线a 1、b 1，则有a ∥a 1，b ∥b 1，又a ⊥b ，所以a 1⊥b 1，所以α⊥β，因此④正确．综上所述，其中正确命题的个数为4.典题导入[例2] (2012·广东高考)如图所示，在四棱锥P －ABCD 中，AB ⊥平面P AD ，AB ∥CD ，PD ＝AD ，E 是PB 的中点，F 是DC 上的点且DF ＝12|AB ，PH 为△P AD 中AD 边上的高．(1)证明：PH ⊥平面ABCD ；(2)若PH ＝1，AD ＝2|，FC ＝1，求三棱锥E －BCF 的体积； (3)证明：EF ⊥平面P AB .[自主解答] (1)证明：因为AB ⊥平面P AD ，PH ⊂平面P AD ， 所以PH ⊥AB .因为PH 为△P AD 中AD 边上的高，所以PH ⊥AD .因为PH ⊄平面ABCD ，AB ∩AD ＝A ，AB ，AD ⊂平面ABCD ，所以PH ⊥平面ABCD .(2)如图，连接BH ，取BH 的中点G ，连接EG . 因为E 是PB 的中点，所以EG ∥PH ， 且EG ＝12|PH ＝12|.因为PH ⊥平面ABCD ， 所以EG ⊥平面ABCD .因为AB ⊥平面P AD ，AD ⊂平面P AD ， 所以AB ⊥AD .所以底面ABCD 为直角梯形．所以V E －BCF ＝13|S △BCF ·EG ＝13|·12|·FC ·AD ·EG ＝212|.(3)证明：取P A 中点M ，连接MD ，ME . 因为E 是PB 的中点，所以ME 綊12|AB .又因为DF 綊12|AB ，所以ME 綊DF ，所以四边形MEFD 是平行四边形，所以EF ∥MD .因为PD ＝AD ，所以MD ⊥P A . 因为AB ⊥平面P AD ，所以MD ⊥AB .因为P A ∩AB ＝A ，所以MD ⊥平面P AB ，所以EF ⊥平面P AB .由题悟法证明直线和平面垂直的常用方法有： (1)利用判定定理．(2)利用判定定理的推论(a ∥b ，a ⊥α⇒b ⊥α)． (3)利用面面平行的性质(a ⊥α，α∥β⇒a ⊥β)． (4)利用面面垂直的性质．当两个平面垂直时，在一个平面内垂直于交线的直线垂直于另一个平面．以题试法2．(2012·启东模拟)如图所示，已知P A ⊥矩形ABCD 所在平面，M ，N 分别是AB ，PC 的中点．(1)求证：MN ⊥CD ；(2)若∠PDA ＝45°，求证：MN ⊥平面PCD . 证明：(1)连接AC ，AN ，BN ， ∵P A ⊥平面ABCD ，∴P A ⊥AC ，在Rt △P AC 中，N 为PC 中点，∴AN ＝12|PC .∵P A ⊥平面ABCD ，∴P A ⊥BC ，又BC ⊥AB ， P A ∩AB ＝A ，∴BC ⊥平面P AB .∴BC ⊥PB .从而在Rt △PBC 中，BN 为斜边PC 上的中线， ∴BN ＝12|PC .∴AN ＝BN .∴△ABN 为等腰三角形，又M 为AB 的中点，∴MN ⊥AB ， 又∵AB ∥CD ，∴MN ⊥CD .(2)连接PM ，MC ，∵∠PDA ＝45°，P A ⊥AD ，∴AP ＝AD .∵四边形ABCD 为矩形，∴AD ＝BC ，∴AP ＝BC . 又∵M 为AB 的中点，∴AM ＝BM . 而∠P AM ＝∠CBM ＝90°， ∴△P AM ≌△CBM . ∴PM ＝CM .又N 为PC 的中点，∴MN ⊥PC .由(1)知，MN ⊥CD ，PC ∩CD ＝C ，∴MN ⊥平面PCD .典题导入[例3] (2012·江苏高考)如图，在直三棱柱ABC －A1B 1C 1中，A 1B 1＝A 1C 1，D ，E 分别是棱BC ，CC 1上的点(点D 不同于点C )，且AD ⊥DE ，F 为B 1C 1的中点．求证：(1)平面ADE ⊥平面BCC 1B 1； (2)直线A 1F ∥平面ADE .[自主解答] (1)因为ABC －A 1B 1C 1是直三棱柱，所以CC 1⊥平面ABC ，又AD ⊂平面ABC ，所以CC 1⊥AD .又因为AD ⊥DE ，CC 1，DE ⊂平面BCC 1B 1， CC 1∩DE ＝E ，所以AD ⊥平面BCC 1B 1.又AD ⊂平面ADE ， 所以平面ADE ⊥平面BCC 1B 1.(2)因为A 1B 1＝A 1C 1，F 为B 1C 1的中点，所以A 1F ⊥B 1C 1.因为CC 1⊥平面A 1B 1C 1，且A 1F ⊂平面A 1B 1C 1， 所以CC 1⊥A 1F .又因为CC 1，B 1C 1⊂平面BCC 1B 1，CC 1∩B 1C 1＝C 1， 所以A 1F ⊥平面BCC 1B 1.由(1)知AD ⊥平面BCC 1B 1，所以A 1F ∥AD . 又AD ⊂平面ADE ，A 1F ⊄平面ADE ， 所以A 1F ∥平面ADE .由题悟法1．判定面面垂直的方法： (1)面面垂直的定义．(2)面面垂直的判定定理(a ⊥β，a ⊂α⇒α⊥β)．2．在已知平面垂直时，一般要用性质定理进行转化，转化为线面垂直或线线垂直． 转化方法：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．以题试法3．(2012·泸州一模)如图，在四棱锥P －ABCD 中，底面ABCD 为菱形，∠BAD ＝60°，Q 为AD 的中点．(1)若P A ＝PD ，求证：平面PQB ⊥平面P AD ；(2)若点M 在线段PC 上，且PM ＝tPC (t >0)，试确定实数t 的值，使得P A ∥平面MQB .解：(1)因为P A ＝PD ，Q 为AD 的中点，所以PQ ⊥AD .连接BD ，因为四边形ABCD 为菱形，∠BAD ＝60°， 所以AB ＝BD . 所以BQ ⊥AD .因为BQ ⊂平面PQB ，PQ ⊂平面PQB ， BQ ∩PQ ＝Q ， 所以AD ⊥平面PQB .因为AD ⊂平面P AD ，所以平面PQB ⊥平面P AD . (2)当t ＝13|时，P A ∥平面MQB .证明如下：连接AC ，设AC ∩BQ ＝O ，连接OM .在△AOQ 与△COB 中， 因为AD ∥BC ，所以∠OQA ＝∠OBC ，∠OAQ ＝∠OCB .所以△AOQ ∽△COB .所以AO OC |＝AQ CB |＝12|.所以AO AC |＝13|，即OC AC |＝23|.由PM ＝13|PC ，知CM CP |＝23|，所以CM CP |＝OCAC |，所以AP ∥OM .因为OM ⊂平面MQB ，P A ⊄平面MQB ，所以P A ∥平面MQB .1．(2012·杭州模拟)设a ，b ，c 是三条不同的直线，α，β是两个不同的平面，则a ⊥b 的一个充分条件是( )A ．a ⊥c ，b ⊥cB ．α⊥β，a ⊂α，b ⊂βC ．a ⊥α，b ∥αD ．a ⊥α，b ⊥α解析：选C 对于选项C ，在平面α内存在c ∥b ，因为a ⊥α，所以a ⊥c ，故a ⊥b ；A ，B 选项中，直线a ，b 可能是平行直线，相交直线，也可能是异面直线；D 选项中一定有a ∥b .2．设α，β，γ是三个不重合的平面，l 是直线，给出下列命题①若α⊥β，β⊥γ，则α⊥γ；②若l 上两点到α的距离相等，则l ∥α；③若l ⊥α，l ∥β，则α⊥β；④若α∥β，l ⊄β，且l ∥α，则l ∥β.其中正确的命题是( ) A ．①② B ．②③ C ．②④D ．③④解析：选D 对于①：若α⊥β，β⊥γ，则α⊥γ，前者不是后者的充分条件，比如当α∥γ时，也有α⊥β，β⊥γ.对于②：显然错误，当l ⊥α，l ∩α＝A 时，l 上到A 距离相等的两点到α的距离相等．③④显然正确．3．给出命题：(1)在空间里，垂直于同一平面的两个平面平行；(2)设l ，m 是不同的直线，α是一个平面，若l ⊥α，l ∥m ，则m ⊥α；(3)已知α，β表示两个不同平面，m 为平面α内的一条直线，则“α⊥β”是“m ⊥β”的充要条件；(4)a ，b 是两条异面直线，P 为空间一点，过P 总可以作一个平面与a ，b 之一垂直，与另一个平行．其中正确命题个数是( ) A ．0 B ．1 C ．2D ．3解析：选B (1)错，也可能相交；(2)正确；(3)“α⊥β”是“m ⊥β”的必要条件，命题错误；(4)当异面直线a ，b 垂直时才可以作出满足要求的平面，命题错误．4.(2013·济南模拟)如图，在斜三棱柱ABC－AB1C1中，∠BAC＝90°，BC1⊥AC，则C1在底面ABC上的射影H必在()A．直线AB上B．直线BC上C．直线AC上D．△ABC内部解析：选A由AC⊥AB，AC⊥BC1，∴AC⊥平面ABC1.又∵AC⊂面ABC，∴平面ABC1⊥平面ABC.∴C1在面ABC上的射影H必在两平面交线AB上．5.(2012·曲阜师大附中质检)如图所示，直线P A垂直于⊙O所在的平面，△ABC内接于⊙O，且AB为⊙O的直径，点M为线段PB的中点．现有结论：①BC⊥PC；②OM∥平面APC；③点B到平面P AC的距离等于线段BC的长．其中正确的是()A．①②B．①②③C．①D．②③解析：选B对于①，∵P A⊥平面ABC，∴P A⊥BC.∵AB为⊙O的直径，∴BC⊥AC.∴BC⊥平面P AC.又PC⊂平面P AC，∴BC⊥PC；对于②，∵点M为线段PB的中点，∴OM ∥P A.∵P A⊂平面P AC，∴OM∥平面P AC；对于③，由①知BC⊥平面P AC，∴线段BC的长即是点B到平面P AC的距离，故①②③都正确．6.(2012·济南名校模拟)如图，在四边形ABCD中，AD∥BC，AD＝AB，∠BCD＝45°，∠BAD＝90°，将△ABD沿BD折起，使平面ABD⊥平面BCD，构成三棱锥A－BCD，则在三棱锥A－BCD中，下面命题正确的是()A．平面ABD⊥平面ABC B．平面ADC⊥平面BDCC．平面ABC⊥平面BDC D．平面ADC⊥平面ABC解析：选D在平面图形中CD⊥BD，折起后仍有CD⊥BD，由于平面ABD⊥平面BCD，故CD⊥平面ABD，CD⊥AB，又AB⊥AD，故AB⊥平面ADC，所以平面ABC⊥平面ADC.7.如图所示，在四棱锥P－ABCD中，P A⊥底面ABCD，且底面各边都相等，M是PC上的一动点，当点M满足________时，平面MBD⊥平面PCD.(只要填写一个你认为是正确的条件即可)解析：由定理可知，BD⊥PC.∴当DM⊥PC(或BM⊥PC)时，即有PC⊥平面MBD.而PC⊂平面PCD，∴平面MBD⊥平面PCD.答案：DM⊥PC(或BM⊥PC等)8．(2012·忻州一中月考)正四棱锥S －ABCD 的底面边长为2，高为2，E 是BC 的中点，动点P 在四棱锥的表面上运动，并且总保持PE ⊥AC ，则动点P 的轨迹的长为________．解析：如图，设AC ∩BD ＝O ，连接SO ，取CD 的中点F ，SC 的中点G ，连接EF ，EG ，FG ，设EF 交AC 于点H ，连接GH ，易知AC ⊥EF ，GH ∥SO ， ∴GH ⊥平面ABCD ，∴AC ⊥GH ，∴AC ⊥平面EFG ，故动点P 的轨迹是△EFG ，由已知易得EF ＝2|， GE ＝GF ＝62|，∴△EFG 的周长为2|＋6|，故动点P 的轨迹长为2|＋6|. 答案：2|＋6|9.(2013·蚌埠模拟)点P 在正方体ABCD －A1B 1C 1D 1的面对角线BC 1上运动，给出下列四个命题：①三棱锥A －D 1PC 的体积不变； ②A 1P ∥平面ACD 1； ③DP ⊥BC 1；④平面PDB 1⊥平面ACD 1. 其中正确的命题序号是________．解析：连接BD 交AC 于O ，连接DC 1交D 1C 于O 1，连接OO 1，则OO 1∥BC 1. ∴BC1∥平面AD 1C ，动点P 到平面AD 1C 的距离不变， ∴三棱锥P －AD 1C 的体积不变． 又VP －AD 1C ＝VA －D 1PC ，∴①正确． ∵平面A 1C 1B ∥平面AD 1C ，A 1P ⊂平面A 1C 1B ， ∴A 1P ∥平面ACD 1，②正确． 由于DB 不垂直于BC 1显然③不正确； 由于DB 1⊥D 1C ，DB 1⊥AD 1，D 1C ∩AD 1＝D 1， ∴DB 1⊥平面AD 1C .DB 1⊂平面PDB 1， ∴平面PDB 1⊥平面ACD 1，④正确． 答案：①②④10. 如图所示，已知三棱锥A －BPC 中，AP ⊥PC ，AC ⊥BC ，M 为AB 的中点，D 为PB 的中点，且△PMB 为正三角形．(1)求证：DM ∥平面APC ； (2)求证：平面ABC ⊥平面APC .证明：(1)由已知，得MD 是△ABP 的中位线，所以MD ∥AP .又MD ⊄平面APC ，AP ⊂平面APC ，故MD ∥平面APC .(2)因为△PMB 为正三角形，D 为PB 的中点，所以MD ⊥PB .所以AP ⊥PB .又AP ⊥PC ，PB ∩PC ＝P ，所以AP ⊥平面PBC .因为BC ⊂平面PBC ，所以AP ⊥BC .又BC ⊥AC ，AC ∩AP ＝A ，所以BC ⊥平面APC .因为BC ⊂平面ABC ，所以平面ABC ⊥平面APC .11.(2012·北京海淀二模)如图所示，P A ⊥平面ABC ，点C 在以AB 为直径的⊙O 上，∠CBA ＝30°，P A ＝AB ＝2，点E 为线段PB 的中点，点M 在AB |上，且OM ∥AC .(1)求证：平面MOE ∥平面P AC ；(2)求证：平面P AC ⊥平面PCB .证明：(1)因为点E 为线段PB 的中点，点O 为线段AB 的中点，所以OE ∥P A .因为P A ⊂平面P AC ，OE ⊄平面P AC ，所以OE ∥平面P AC .因为OM ∥AC ，且AC ⊂平面P AC ，OM ⊄平面P AC ，所以OM ∥平面P AC .因为OE ⊂平面MOE ，OM ⊂平面MOE ，OE ∩OM ＝O ，所以平面MOE ∥平面P AC .(2)因为点C 在以AB 为直径的⊙O 上，所以∠ACB ＝90°，即BC ⊥AC .因为P A ⊥平面ABC ，BC ⊂平面ABC ，所以P A ⊥BC .因为AC ⊂平面P AC ，P A ⊂平面P AC ，P A ∩AC ＝A ，所以BC ⊥平面P AC .因为BC ⊂平面PCB ，所以平面P AC ⊥平面PCB .12．(2012·珠海摸底)如图，在多面体ABCDEF 中，四边形ABCD是梯形，AB ∥CD ，四边形ACFE 是矩形，平面ACFE ⊥平面ABCD ，AD ＝DC ＝CB ＝AE ＝a ，∠ACB ＝π2|. (1)求证：BC ⊥平面ACFE ；(2)若M 是棱EF 上一点，AM ∥平面BDF ，求EM 的长．解：(1)证明：因为∠ACB ＝π2|，所以BC ⊥AC .又因为BC ⊂平面ABCD ，平面ACFE ∩平面ABCD ＝AC ，平面ACFE ⊥平面ABCD ，所以BC ⊥平面ACFE .(2)记AC ∩BD ＝O ，在梯形ABCD 中，因为AD ＝DC ＝CB ＝a ，AB ∥CD ，所以∠ACD ＝∠CAB ＝∠DAC .所以π＝∠ABC ＋∠BCD ＝∠DAB ＋∠ACD ＋∠ACB ＝3∠DAC ＋π2|，所以∠DAC ＝π6|，即∠CBO ＝π6|. 又因为∠ACB ＝π2|，CB ＝a ，所以CO ＝33|a .连接FO ，由AM ∥平面BDF 得AM ∥FO ，因为四边形ACFE 是矩形，所以EM ＝CO ＝33|a .1.如图，在三棱锥D －ABC 中，若AB ＝CB ，AD ＝CD ，E 是AC 的中点，则下列正确的是( )A ．平面ABC ⊥平面ABDB ．平面ABD ⊥平面BDCC ．平面ABC ⊥平面BDE ，且平面ADC ⊥平面BDED ．平面ABC ⊥平面ADC ，且平面ADC ⊥平面BDE解析：选C 要判断两个平面的垂直关系，就需固定其中一个平面，找另一个平面内的一条直线与第一个平面垂直．因为AB ＝CB ，且E 是AC 的中点，所以BE ⊥AC ，同理有DE ⊥AC ，于是AC ⊥平面BDE .因为AC 在平面ABC 内，所以平面ABC ⊥平面BDE .又由于AC ⊂平面ACD ，所以平面ACD ⊥平面BDE .2．如图所示，b ，c 在平面α内，a ∩c ＝B ，b ∩c ＝A ，且a ⊥b ，a ⊥c ，b ⊥c ，若C ∈a ，D ∈b ，则△ACD 是( )A ．锐角三角形B ．直角三角形C ．钝角三角形D ．等腰三角形解析：选B ∵a ⊥b ，b ⊥c ，a ∩c ＝B ，∴b ⊥面ABC ，∴AD ⊥AC ，故△ACD 为直角三角形．3.(2012·莆田模拟)如图，在三棱锥P －ABC 中，△P AC ，△ABC 分别是以A ，B 为直角顶点的等腰直角三角形，AB ＝1.(1)现给出三个条件：①PB ＝3|；②PB ⊥BC ；③平面P AB ⊥平面ABC .试从中任意选取一个作为已知条件，并证明：P A⊥平面ABC；(2)在(1)的条件下，求三棱锥P－ABC的体积．解：法一：(1)选取条件①在等腰直角三角形ABC中，∵AB＝1，∴BC＝1，AC＝2|.又∵P A＝AC，∴P A＝2|.∴在△P AB中，AB＝1，P A＝2|.又∵PB＝3|，∴AB2＋P A2＝PB2.∴∠P AB＝90°，即P A⊥AB.又∵P A⊥AC，AB∩AC＝A，∴P A⊥平面ABC.(2)依题意得，由(1)可知P A⊥平面ABC，V三棱锥P－ABC＝13|P A·S△ABC＝13|×2|×12|×12＝26|.法二：(1)选取条件②∵PB⊥BC，又AB⊥BC，且PB∩AB＝B，∴BC⊥平面P AB.∵P A⊂平面P AB，∴BC⊥P A.又∵P A⊥AC，且BC∩AC＝C，∴P A⊥平面ABC.(2)依题意得，由(1)可知P A⊥平面ABC. ∵AB＝BC＝1，AB⊥BC，∴AC＝2|，∴P A＝2|，∴V三棱锥P－ABC＝13|P A·S△ABC＝13|×12|AB·BC·P A＝13|×12|×1×1×2|＝26|.法三：(1)选取条件③若平面P AB⊥平面ABC，∵平面P AB∩平面ABC＝AB，BC⊂平面ABC，BC⊥AB，∴BC⊥平面P AB.∵P A⊂平面P AB，∴BC⊥P A.∴P A ⊥平面ABC .(2)同法二．1．(2012·福建高考)如图，在长方体ABCD －A1B 1C 1D 1中，AB ＝AD ＝1，AA 1＝2，M 为棱DD 1上的一点．(1)求三棱锥A －MCC 1的体积；(2)当A 1M ＋MC 取得最小值时，求证：B 1M ⊥平面MAC .解：(1)由长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1知，AD ⊥平面CDD 1C 1，∴点A 到平面CDD 1C 1的距离等于AD ＝1.又S △MCC 1＝12|CC 1×CD ＝12|×2×1＝1， ∴VA －MCC 1＝13|AD ·S △MCC 1＝13|. (2)证明：将侧面CDD1C 1绕DD 1逆时针转90°展开，与侧面ADD 1A 1共面(如图)，当A 1，M ，C ′共线时，A 1M ＋MC 取得最小值．由AD ＝CD ＝1，AA 1＝2，得M 为DD 1中点．连接A 1M ，B 1M ，在△C 1MC 中，MC 1＝2|，MC ＝2|，CC 1＝2，∴CC 21|＝MC 21|＋MC 2，得∠CMC 1＝90°，即CM ⊥MC 1. 又由长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1知，B 1C 1⊥平面CDD 1C 1，∴B 1C 1⊥CM .又B 1C 1∩C 1M ＝C 1，∴CM ⊥平面B 1C 1M ，得CM ⊥B 1M .同理可证，B 1M ⊥AM .又AM ∩MC ＝M ，∴B 1M ⊥平面MAC .2．(2012·江西模拟)如图，已知E ，F 分别是正方形ABCD 边BC ，CD 的中点，EF 与AC 交于点O ，P A ，NC 都垂直于平面ABCD ，且P A ＝AB ＝4，NC ＝2，M 是线段P A 上的一动点．(1)求证：平面P AC ⊥平面NEF ；(2)若PC ∥平面MEF ，试求PM ∶MA 的值．解：(1)证明：连接BD ，∵P A ⊥平面ABCD ，BD ⊂平面ABCD ，∴P A ⊥BD .∴BD ⊥平面P AC .又∵E ，F 分别是BC ，CD 的中点，∴EF ∥BD .∴EF ⊥平面P AC ，又EF ⊂平面NEF ，∴平面P AC ⊥平面NEF .(2)连接OM ，∵PC ∥平面MEF ，平面P AC ∩平面MEF ＝OM ，∴PC ∥OM ，∴PM P A |＝OC AC |＝14|， 故PM ∶MA ＝1∶3.3．(2012·陕西高考)(1)如图，证明命题“a 是平面π内的一条直线，b 是π外的一条直线(b 不垂直于π)，c 是直线b 在π上的投影，若a ⊥b ，则a ⊥c ”为真；(2)写出上述命题的逆命题，并判断其真假(不需证明)．解：(1)证明：法一：如图1，过直线b 上任一点作平面π的垂线n ，设直线a ，b ，c ，n 的方向向量分别是a ，b ，c ，n ，则b ，c ，n 共面．根据平面向量基本定理，存在实数λ，μ使得c ＝λ b ＋μ n ，则a·c ＝a·(λ b ＋μ n )＝λ(a·b )＋μ(a·n )．因为a ⊥b ，所以a·b ＝0.又因为a ⊂π，n ⊥π，所以a·n ＝0，故a·c ＝0，从而a ⊥c .法二：如图2，记c ∩b ＝A ，P 为直线b 上异于点A 的任意一点，过P 作PO ⊥π，垂足为O ，则O ∈c .∵PO ⊥π，a ⊂π，∴直线PO ⊥a .又a ⊥b ，b ⊂平面P AO ，PO ∩b ＝P ，∴a ⊥平面P AO .又c ⊂平面P AO ，∴a ⊥c .(2)逆命题为：a 是平面π内的一条直线，b 是π外的一条直线(b 不垂直于π)，c 是直线b 在π上的投影，若a ⊥c ，则a ⊥b .逆命题为真命题．。

第四节直线、平面平行的判定及性质[知识能否忆起]一、直线与平面平行1．判定定理2．性质定理二、平面与平面平行1．判定定理2．两平面平行的性质定理[小题能否全取]1．(教材习题改编)下列条件中，能作为两平面平行的充分条件的是()A．一个平面内的一条直线平行于另一个平面B．一个平面内的两条直线平行于另一个平面C．一个平面内有无数条直线平行于另一个平面D．一个平面内任何一条直线都平行于另一个平面解析：选D由面面平行的定义可知，一平面内所有的直线都平行于另一个平面时，两平面才能平行，故D正确．2．已知直线a，b，平面α，则以下三个命题：①若a∥b，b⊂α，则a∥α；②若a∥b，a∥α，则b∥α；③若a∥α，b∥α，则a∥b.其中真命题的个数是()A．0B．1C．2 D．3解析：选A对于命题①，若a∥b，b⊂α，则应有a∥α或a⊂α，所以①不正确；对于命题②，若a∥b，a∥α，则应有b∥α或b⊂α，因此②也不正确；对于命题③，若a∥α，b∥α，则应有a∥b或a与b相交或a与b异面，因此③也不正确．3．(教材习题改编)若一直线上有相异三个点A，B，C到平面α的距离相等，那么直线l与平面α的位置关系是()A．l∥αB．l⊥αC．l与α相交且不垂直D．l∥α或l⊂α解析：选D由于l上有三个相异点到平面α的距离相等，则l与α可以平行，l⊂α时也成立．4．平面α∥平面β，a⊂α，b⊂β，则直线a，b的位置关系是________．解析：由α∥β可知，a，b的位置关系是平行或异面．答案：平行或异面5．(2012·衡阳质检)在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E 是DD 1的中点，则BD 1与平面ACE 的位置关系为________．解析：如图．连接AC ，BD 交于O 点，连接OE ，因为OE ∥BD 1，而OE ⊂平面ACE ，BD 1⊄平面ACE ，所以BD 1∥平面ACE .答案：平行1.平行问题的转化关系：线∥线判定 判定性质线∥面――→判定性质面∥面性质 2．在解决线面、面面平行的判定时，一般遵循从“低维”到“高维”的转化，即从“线线平行”到“线面平行”，再到“面面平行”；而在性质定理的应用中，其顺序恰好相反，但也要注意，转化的方向总是由题目的具体条件而定，决不可过于“模式化”．3．辅助线(面)是求证平行问题的关键，注意平面几何中位线，平行四边形及相似中有关平行性质的应用．典题导入[例1] (2011·福建高考)如图，正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AB ＝2，点E 为AD 的中点，点F 在CD 上．若EF ∥平面AB 1C ，则线段EF 的长度等于________．[自主解答] 因为直线EF ∥平面AB 1C ，EF ⊂平面ABCD ，且平面AB 1C ∩平面ABCD ＝AC ，所以EF ∥AC .又因为点E 是DA 的中点，所以F 是DC 的中点，由中位线定理可得EF ＝12AC .又因为在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AB ＝2，所以AC ＝2 2.所以EF ＝ 2.[答案]2本例条件变为“E 是AD 中点，F ，G ，H ，N 分别是AA 1，A 1D 1，DD 1与D 1C 1的中点，若M 在四边形EFGH 及其内部运动”，则M 满足什么条件时，有MN ∥平面A 1C 1CA .解：如图，∵GN∥平面AA1C1C，EG∥平面AA1C1C，又GN∩EG＝G，∴平面EGN∥平面AA1C1C.∴当M在线段EG上运动时，恒有MN∥平面AA1C1C.由题悟法解决有关线面平行、面面平行的基本问题要注意：(1)判定定理与性质定理中易忽视的条件，如线面平行的判定定理中条件线在面外易忽视．(2)结合题意构造或绘制图形，结合图形作出判断．(3)举反例否定结论或用反证法推断命题是否正确．以题试法1．(1)(2012·浙江高三调研)已知直线l∥平面α，P∈α，那么过点P且平行于直线l的直线()A．只有一条，不在平面α内B．有无数条，不一定在平面α内C．只有一条，且在平面α内D．有无数条，一定在平面α内解析：选C由直线l与点P可确定一个平面β，且平面α，β有公共点，因此它们有一条公共直线，设该公共直线为m，因为l∥α，所以l∥m，故过点P且平行于直线l的直线只有一条，且在平面α内．(2)(2012·潍坊模拟)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解析：选D由定理“如果一个平面内有两条相交直线分别与另一个平面平行，那么这两个平面平行”可得，由选项D可推知α∥β.典题导入[例2](2012·辽宁高考)如图，直三棱柱ABC－A′B′C′，∠BAC＝90°，AB＝AC＝2，AA′＝1，点M，N分别为A′B和B ′C ′的中点．(1)证明：MN ∥平面A ′ACC ′；(2)求三棱锥A ′－MNC 的体积．(锥体体积公式V ＝13Sh ，其中S 为底面面积，h 为高)[自主解答] (1)证明：法一：连接AB ′、AC ′，因为点M ，N分别是A ′B 和B ′C ′的中点，所以点M 为AB ′的中点． 又因为点N 为B ′C ′的中点， 所以MN ∥AC ′. 又MN ⊄平面A ′ACC ′， AC ′⊂平面A ′ACC ′， 因此MN ∥平面A ′ACC ′. 法二：取A ′B ′的中点P .连接MP .而点M ，N 分别为AB ′与B ′C ′的中点，所以MP ∥AA ′，PN ∥A ′C ′.所以MP ∥平面A ′ACC ′，PN ∥平面A ′ACC ′.又MP ∩PN ＝P ，因此平面MPN ∥平面A ′ACC ′.而MN ⊂平面MPN ， 因此MN ∥平面A ′ACC ′.(2)法一：连接BN ，由题意得A ′N ⊥B ′C ′，平面A ′B ′C ′∩平面B ′BCC ′＝B ′C ′，所以A ′N ⊥平面NBC .又A ′N ＝12B ′C ′＝1，故V A ′－MNC ＝V N －A ′MC ＝12V N －A ′BC ＝12V A ′－NBC ＝16.法二：V A ′－MNC ＝V A ′－NBC －V M －NBC ＝12V A ′－NBC ＝16.由题悟法利用判定定理证明线面平行的关键是找平面内与已知直线平行的直线，可先直观判断平面内是否已有，若没有，则需作出该直线，常考虑三角形的中位线、平行四边形的对边或过已知直线作一平面找其交线．以题试法2．(2012·淄博模拟)如图，在棱长为2的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E ，F 分别是BD ，BB 1的中点．(1)求证：EF ∥平面A 1B 1CD ；(2)求证：EF⊥AD1.解：(1)在正方体ABCD－A1B1C1D1中，连接B1D，在平面BB1D内，E，F分别为BD，BB1的中点，∴EF∥B1D.又∵B1D⊂平面A1B1CD.EF⊄平面A1B1CD，∴EF∥平面A1B1CD.(2)∵ABCD－A1B1C1D1是正方体，∴AD1⊥A1D，AD1⊥A1B1.又A1D∩A1B1＝A1，∴AD1⊥平面A1B1D.∴AD1⊥B1D.又由(1)知，EF∥B1D，∴EF⊥AD1.典题导入B1C1D1是棱长为3的正方体，点E[例3]如图，已知ABCD－A在AA1上，点F在CC1上，G在BB1上，且AE＝FC1＝B1G＝1，H是B1C1的中点．(1)求证：E，B，F，D1四点共面；(2)求证：平面A1GH∥平面BED1F.[自主解答](1)在正方形AA1B1B中，∵AE＝B1G＝1，∴BG＝A1E＝2，∴BG綊A1E.∴四边形A1GBE是平行四边形．∴A1G∥BE.又C1F綊B1G，∴四边形C1FGB1是平行四边形．∴FG綊C1B1綊D1A1.∴四边形A1GFD1是平行四边形．∴A1G綊D1F.∴D1F綊EB.故E ，B ，F ，D 1四点共面． (2)∵H 是B 1C 1的中点，∴B 1H ＝32.又B 1G ＝1，∴B 1G B 1H ＝23.又FC BC ＝23，且∠FCB ＝∠GB 1H ＝90°， ∴△B 1HG ∽△CBF . ∴∠B 1GH ＝∠CFB ＝∠FBG . ∴HG ∥FB .∵GH ⊄面FBED 1，FB ⊂面FBED 1，∴GH ∥面BED 1F . 由(1)知A 1G ∥BE ，A 1G ⊄面FBED 1，BE ⊂面FBED 1， ∴A 1G ∥面BED 1F . 且HG ∩A 1G ＝G ， ∴平面A 1GH ∥平面BED 1F .由题悟法常用的判断面面平行的方法 (1)利用面面平行的判定定理；(2)面面平行的传递性(α∥β，β∥γ⇒α∥γ)； (3)利用线面垂直的性质(l ⊥α，l ⊥β⇒α∥β)．以题试法3．(2012·北京东城二模)如图，矩形AMND 所在的平面与直角梯形MBCN 所在的平面互相垂直，MB ∥NC ，MN ⊥MB .(1)求证：平面AMB ∥平面DNC ； (2)若MC ⊥CB ，求证：BC ⊥AC .证明：(1)因为MB ∥NC ，MB ⊄平面DNC ，NC ⊂平面DNC ， 所以MB ∥平面DNC .又因为四边形AMND 为矩形，所以MA ∥DN . 又MA ⊄平面DNC ，DN ⊂平面DNC . 所以MA ∥平面DNC .又MA ∩MB ＝M ，且MA ，MB ⊂平面AMB ， 所以平面AMB ∥平面DNC . (2)因为四边形AMND 是矩形， 所以AM ⊥MN .因为平面AMND ⊥平面MBCN ，且平面AMND ∩平面MBCN ＝MN ，所以AM⊥平面MBCN.因为BC⊂平面MBCN，所以AM⊥BC.因为MC⊥BC，MC∩AM＝M，所以BC⊥平面AMC.因为AC⊂平面AMC，所以BC⊥AC.1．(2013·浙江模拟)已知直线m⊥平面α，直线n⊂平面β，则下列命题正确的是() A．若n∥α，则α∥βB．若α⊥β，则m∥nC．若m⊥n，则α∥βD．若α∥β，则m⊥n解析：选D由m⊥α，α∥β，n⊂β⇒m⊥n.2．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∥βB．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∥α解析：选D若α∩β＝l，a∥l，a⊄α，a⊄β，a∥α，a∥β，故排除A.若α∩β＝l，a⊂α，a∥l，则a∥β，故排除B.若α∩β＝l，a⊂α，a∥l，b⊂β，b∥l，则α∥β，b∥α，故排除C.3.如图，正方体ABCD－A1B1C1D1中，E，F分别为棱AB，CC1的中点，在平面ADD1A1内且与平面D1EF平行的直线()A．不存在B．有1条C．有2条D．有无数条解析：选D由题设知平面ADD1A1与平面D1EF有公共点D1，由平面的基本性质中的公理知必有过该点的公共直线l，在平面ADD1A1内与l平行的线有无数条，且它们都不在平面D1EF内，由线面平行的判定定理知它们都与平面D1EF平行．4．(2012·浙江模拟)已知α，β，γ是三个不重合的平面，a，b是两条不重合的直线，有下列三个条件：①a∥γ，b⊂β；②a∥γ，b∥β；③b∥β，a⊂γ.如果命题“α∩β＝a，b⊂γ，且________，则a∥b”为真命题，则可以在横线处填入的条件是()A．①或②B．②或③C．①或③D．只有②解析：选C 由定理“一条直线与一个平面平行，则过这条直线的任一平面与此平面的交线与该直线平行”可得，横线处可填入条件①或③，结合各选项知，选C.5.(2012·开封模拟)如图所示，在空间四边形ABCD 中，E ，F 分别为边AB ，AD 上的点，且AE ∶EB ＝AF ∶FD ＝1∶4，又H 、G 分别为BC ，CD 的中点，则( )A ．BD ∥平面EFGH ，且四边形EFGH 是矩形B ．EF ∥平面BCD ，且四边形EFGH 是梯形C ．HG ∥平面ABD ，且四边形EFGH 是菱形 D ．EH ∥平面ADC ，且四边形EFGH 是平行四边形解析：选B 由AE ∶EB ＝AF ∶FD ＝1∶4知EF 綊15BD ，∴EF ∥面BCD .又H ，G 分别为BC ，CD 的中点，∴HG 綊12BD ，∴EF ∥HG 且EF ≠HG .∴四边形EFGH 是梯形．6．(2012·山西四校联考)在空间内，设l ，m ，n 是三条不同的直线，α，β，γ是三个不同的平面，则下列命题中为假命题的是( )A ．α⊥γ，β⊥γ，α∩β＝l ，则l ⊥γB ．l ∥α，l ∥β，α∩β＝m ，则l ∥mC ．α∩β＝l ，β∩γ＝m ，γ∩α＝n ，l ∥m ，则l ∥nD ．α⊥γ，β⊥γ，则α⊥β或α∥β解析：选D 对于A ，∵如果两个相交平面均垂直于第三个平面，那么它们的交线垂直于第三个平面，∴该命题是真命题；对于B ，∵如果一条直线平行于两个相交平面，那么该直线平行于它们的交线，∴该命题是真命题；对于C ，∵如果三个平面两两相交，有三条交线，那么这三条交线交于一点或相互平行，∴该命题是真命题；对于D ，当两个平面同时垂直于第三个平面时，这两个平面可能不垂直也不平行，∴D 不正确．7．设a ，b 为空间的两条直线，α，β为空间的两个平面，给出下列命题： ①若a ∥α，a ∥β，则α∥β；②若a ⊥α，a ⊥β，则α∥β； ③若a ∥α，b ∥α，则a ∥b ；④若a ⊥α，b ⊥α，则a ∥b . 上述命题中，所有真命题的序号是________．解析：①错误．因为α与β可能相交；③错误．因为直线a 与b 还可能异面、相交． 答案：②④8．已知平面α∥β，P ∉α且P ∉β，过点P 的直线m 与α，β分别交于A .C ，过点P 的直线n 与α，β分别交于B ，D ，且P A ＝6，AC ＝9，PD ＝8则BD 的长为________．解析：如图1，∵AC ∩BD ＝P ，∴经过直线AC 与BD 可确定平面PCD .∵α∥β，α∩平面PCD ＝AB ，β∩平面PCD ＝CD ， ∴AB ∥CD . ∴P A AC ＝PB BD ，即69＝8－BD BD. ∴BD ＝245.如图2，同理可证AB ∥CD .∴P A PC ＝PB PD ，即63＝BD －88. ∴BD ＝24.综上所述，BD ＝245或24.答案：245或249．(2012·浙江模拟)下列四个正方体中，A ，B 为正方体的两个顶点，M ，N ，P 分别为其所在棱的中点，能得出直线AB ∥平面MNP 的图形的序号是________．(写出所有符合要求的图形序号)解析：对于①，注意到该正方体的经过直线AB 的侧面与平面MNP 平行，因此直线AB 平行于平面MNP ；对于②，注意到直线AB 和过点A 的一个与平面MNP 平行的平面相交，因此直线AB 与平面MNP 相交；对于③，注意到直线AB 与MP 平行，且直线AB 位于平面MNP 外，因此直线AB 与平面MNP 平行；对于④，易知此时AB 与平面MNP 相交．综上所述，能得出直线AB 平行于平面MNP 的图形的序号是①③.答案：①③10．(2013·西安模拟)如图，FD 垂直于矩形ABCD 所在平面，CE ∥DF ，∠DEF ＝90°.(1)求证：BE ∥平面ADF ；(2)若矩形ABCD 的一边AB ＝3，EF ＝23，则另一边BC 的长为何值时，三棱锥F －BDE 的体积为3？解：(1)证明：过点E 作CD 的平行线交DF 于点M ，连接AM . 因为CE ∥DF ，所以四边形CEMD 是平行四边形．可得EM ＝CD 且EM ∥CD ，于是四边形BEMA 也是平行四边形，所以有BE ∥AM .而AM ⊂平面ADF ，BE ⊄平面ADF ，所以BE ∥平面ADF .(2)由EF ＝23，EM ＝AB ＝3，得FM ＝3且∠MFE ＝30°.由∠DEF ＝90°可得FD ＝4，从而得DE ＝2.因为BC ⊥CD ，BC ⊥FD ，所以BC ⊥平面CDFE .所以，V F －BDE ＝V B －DEF ＝13S △DEF ×BC . 因为S △DEF ＝12DE ×EF ＝23，V F －BDE ＝3， 所以BC ＝32. 综上当BC ＝32时，三棱锥F －BDE 的体积为 3. 11.如图，在直四棱柱ABCD －A1B 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．解：存在这样的点F ，使平面C 1CF ∥平面ADD 1A 1，此时点F为AB 的中点，证明如下：∵AB ∥CD ，AB ＝2CD ，∴AF 綊CD ，∴四边形AFCD 是平行四边形，∴AD ∥CF .又AD ⊂平面ADD 1A 1，CF ⊄平面ADD 1A 1.∴CF ∥平面ADD 1A 1.又CC 1∥DD 1，CC 1⊄平面ADD 1A 1，DD 1⊂平面ADD 1A 1，∴CC 1∥平面ADD 1A 1，又CC 1，CF ⊂平面C 1CF ，CC 1∩CF ＝C ，∴平面C 1CF ∥平面ADD 1A 1.12．(2013·潍坊二模)如图，点C 是以AB 为直径的圆上一点，直角梯形BCDE 所在平面与圆O 所在平面垂直，且DE ∥BC ，DC ⊥BC ，DE ＝12BC ＝2，AC ＝CD ＝3. (1)证明：EO ∥平面ACD ；(2)证明：平面ACD ⊥平面BCDE ；(3)求三棱锥E －ABD 的体积．解：(1)证明：如图，取BC 的中点M ，连接OM ，ME .在△ABC 中，O 为AB 的中点，M 为BC 的中点，∴OM ∥AC .在直角梯形BCDE 中，DE ∥BC ，且DE ＝12BC ＝CM ， ∴四边形MCDE 为平行四边形．∴EM ∥DC .∴平面EMO ∥平面ACD ，又∵EO ⊂平面EMO ，∴EO ∥平面ACD .(2)证明：∵C 在以AB 为直径的圆上，∴AC ⊥BC .又∵平面BCDE ⊥平面ABC ，平面BCDE ∩平面ABC ＝BC .∴AC ⊥平面BCDE .又∵AC ⊂平面ACD ，∴平面ACD ⊥平面BCDE .(3)由(2)知AC ⊥平面BCDE .又∵S △BDE ＝12×DE ×CD ＝12×2×3＝3， ∴V E －ABD ＝V A －BDE ＝13×S △BDE ×AC ＝13×3×3＝3.1．若平面α∥平面β，直线a ∥平面α，点B ∈β，则在平面β内与过B 点的所有直线中( )A ．不一定存在与a 平行的直线B ．只有两条与a 平行的直线C ．存在无数条与a 平行的直线D ．存在唯一与a 平行的直线解析：选A 当直线a 在平面β内且经过B 点时，可使a ∥平面α，但这时在平面β内过B 点的所有直线中，不存在与a 平行的直线，而在其他情况下，都可以存在与a 平行的直线．2．(2012·南宁二模)如图所示，在四面体ABCD 中，M ，N 分别是△ACD ，△BCD 的重心，则四面体的四个面中与MN 平行的是________________．解析：连接AM 并延长，交CD 于E ，连接BN ，并延长交CD 于F ，由重心性质可知，E ，F 重合为一点，且该点为CD 的中点E ，由EM MA＝EN NB ＝12，得MN ∥AB .因此，MN ∥平面ABC 且MN ∥平面ABD . 答案：平面ABC ，平面ABD3．(2012·北京东城区模拟)一个多面体的直观图和三视图如图所示，其中M ，N 分别是AB ，AC 的中点，G 是DF 上的一动点．(1)求该多面体的体积与表面积；(2)求证：GN ⊥AC ；(3)当FG ＝GD 时，在棱AD 上确定一点P ，使得GP ∥平面FMC ，并给出证明．解：(1)由题中图可知该多面体为直三棱柱，在△ADF 中，AD ⊥DF ，DF ＝AD ＝DC ＝a ，所以该多面体的体积为12a 3. 表面积为12a 2×2＋2a 2＋a 2＋a 2＝(3＋2)a 2.(2)连接DB ，FN ，由四边形ABCD 为正方形，且N 为AC 的中点知B ，N ，D 三点共线，且AC ⊥DN .又∵FD ⊥AD ，FD ⊥CD ，AD ∩CD ＝D ，∴FD ⊥平面ABCD .∵AC ⊂平面ABCD ，∴FD ⊥AC .又DN ∩FD ＝D ，∴AC ⊥平面FDN .又GN ⊂平面FDN ，∴GN ⊥AC .(3)点P 与点A 重合时，GP ∥平面FMC .取FC 的中点H ，连接GH ，GA ，MH .∵G 是DF 的中点，∴GH 綊12CD . 又M 是AB 的中点，∴AM 綊12CD . ∴GH ∥AM 且GH ＝AM .∴四边形GHMA 是平行四边形．∴GA ∥MH .∵MH ⊂平面FMC ，GA ⊄平面FMC ，∴GA ∥平面FMC ，即当点P 与点A 重合时，GP ∥平面FMC .1．已知m ，n ，l 为三条不同的直线，α，β为两个不同的平面，则下列命题中正确的是( )A ．α∥β，m ⊂α，n ⊂β⇒m ∥nB ．l ⊥β，α⊥β⇒l ∥αC ．m ⊥α，m ⊥n ⇒n ∥αD ．α∥β，l ⊥α⇒l ⊥β解析：选D 对于选项A ，m ，n 平行或异面；对于选项B ，可能出现l ⊂α这种情形；对于选项C ，可能出现n ⊂α这种情形．2.如图，三棱柱ABC －A1B 1C 1，底面为正三角形，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 .当点M 在何位置时，BM ∥平面AEF?解：法一：如图，取AE 的中点O ，连接OF ，过点O 作OM ⊥AC 于点M .∵侧棱A 1A ⊥底面ABC ，∴侧面A 1ACC 1⊥底面ABC ，∴OM ⊥底面ABC .又∵EC ＝2FB ，∴OM 綊FB 綊12EC . ∴四边形OMBF 为矩形．∴BM ∥OF .又∵OF ⊂面AEF ，BM ⊄面AEF .故BM ∥平面AEF ，此时点M 为AC 的中点．法二：如图，取EC 的中点P ，AC 的中点Q ，连接PQ ，PB ，BQ ，∴PQ ∥AE .∵EC ＝2FB ，∴PE 綊BF ，PB ∥EF ，∴PQ ∥平面AEF ，PB ∥平面AEF .又PQ ∩PB ＝P ，∴平面PBQ ∥平面AEF ，又∵BQ ⊂面PQB ，∴BQ ∥平面AEF .故点Q 即为所求的点M ，此时点M 为AC 的中点．3．(2012·蚌埠二中质检)如图1所示，在Rt △ABC 中，AC ＝6，BC ＝3，∠ABC ＝90°，CD 为∠ACB 的角平分线，点E 在线段AC 上，CE ＝4.如图2所示，将△BCD 沿CD 折起，使得平面BCD ⊥平面ACD ，连接AB ，设点F 是AB 的中点．(1)求证：DE ⊥平面BCD ；(2)若EF ∥平面BDG ，其中G 为直线AC 与平面BDG 的交点，求三棱锥B －DEG 的体积．解：(1)证明：∵AC ＝6，BC ＝3，∠ABC ＝90°，∴∠ACB ＝60°.∵CD 为∠ACB 的角平分线，∴∠BCD ＝∠ACD ＝30°.∴CD ＝2 3.∵CE ＝4，∠DCE ＝30°，∴DE ＝2.则CD 2＋DE 2＝EC 2.∴∠CDE ＝90°，DE ⊥DC .又∵平面BCD ⊥平面ACD ，平面BCD ∩平面ACD ＝CD ，DE ⊂平面ACD ，∴DE ⊥平面BCD .(2)∵EF ∥平面BDG ，EF ⊂平面ABC ，平面ABC ∩平面BDG ＝BG ，∴EF ∥BG . ∵点E 在线段AC 上，CE ＝4，点F 是AB 的中点，∴AE ＝EG ＝CG ＝2.如图，作BH ⊥CD 于H .∵平面BCD ⊥平面ACD ，∴BH ⊥平面ACD .由条件得BH ＝32，S △DEG ＝13S △ACD ＝13×12AC ·CD ·sin 30°＝3， ∴三棱锥B －DEG 的体积V ＝13S △DEG ·BH ＝13×3×32＝32.。

第13课时 直线、平面垂直的判定及其性质【考点点知】知己知彼，百战不殆垂直关系也是立体几何中两种最重要的关系之一，新课标要求熟练掌握线线垂直、线面垂直、面面垂直的判定和性质，并能利用这些判定和性质解决一些几何问题．在新高考中主要用这些判定和性质定理证明一些线线、线面、面面的垂直关系，以是小的判断题，也可以是大逻辑推理题．考点一: 直线与平面垂直1.如果一条直线a 与一个平面α内的任意一条直线都垂直，我们就 说直线a 垂直于平面α,记作a ⊥α.直线a 叫做平面α的垂线,平面α叫 做直线a 的垂面,垂线和平面的交点B 称为垂足2.过平面α外一点A 向平面α引垂线,则点A 和垂足B 之间的距离叫 做点A 到平面α的距离.考点二: 直线与平面垂直的判定定理1.直线和平面垂直的判定定理：如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直，那么这条直线垂直于这个平面．2.符号语言:考点三: 直线与平面垂直的性质定理1.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，那么这两条直线平行．2.符号语言://a a b b αα⊥⎫=⎬⊥⎭. 考点四: 两个平面垂直的判定定理1.平面角是直角的二面角叫做直二面角.一般地, 如果两个平面所成的二面角是直二面角,我们就说这两个平面互相垂直.2.两个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．3.符号语言:若,l l αβ⊥⊂, 则αβ⊥ .考点五: 两个平面垂直的性质定理1.两个平面垂直的性质定理 如果两个平面互相垂直, 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.2.符号语言：若α⊥β，α∩β=CD ，AB ⊂α, 且AB ⊥CD 于β,则AB ⊥β．【小题热身】明确考点，自省反思1.（2009山东卷）已知α，β表示两个不同的平面，m 为平面α内的一条直线，则“αβ⊥”是“m β⊥”的 条件.ABCDPE2.已知m n ，为两条不同的直线，αβ，为两个不同的平面，则下列命题中正确的序号是 .①m n m n ααββαβ⊂⊂⇒，，∥，∥∥ ②m n m n αβαβ⊂⊂⇒∥，，∥③m m n n αα⇒⊥，⊥∥ ④n m n m αα⇒∥，⊥⊥3.（2009浙江卷）如图，在长方形ABCD 中，2AB =，1BC =，E 为DC 的中点，F 为线段EC （端点除外）上一动点．现将AFD ∆沿AF 折起，使平面ABD ⊥平面ABC ．在平面ABD 内过点D 作DK AB ⊥，K 为垂足．设AK t =，则t 的取值范围是 ．【考题点评】分析原因，醍醐灌顶 例1.设l,m,n 均为直线，其中m,n 在平面α内，“l ⊥α”是l ⊥m 且“l ⊥n ”的 条件.思路透析:若,,,l m n ααα⊥⊂⊂则l m ⊥且l n ⊥;反之若l m ⊥且l n ⊥,则不一定有l α⊥, (当且仅当,m n 为相交直线时有l α⊥). ∴“l α⊥”是“l m ⊥且l n ⊥”的充分不必要条件.点评:若直线与平面垂直，则平面内有任意直线与该直线垂直，这无数条直线也垂直，应注意“ 任意”、“ 所有”与“ 无数”的区别.例2.如图，在三棱锥V-ABC 中，VC ⊥底面ABC ，AC ⊥BC ，D 是AB 的中点，求证：平面V AB ⊥平面VCD ； 思路透析:证明:∵AC=BC=a ,∴△ACB 是等腰三角形，又D 是AB 的中点， ∴CD ⊥AB ，又VC ⊥底面ABC ， ∴VC ⊥AB ，于是AB ⊥平面VCD ，又AB 平面V AB ，∴平面V AB ⊥平面VCD.点评:两个平面垂直的判定定理和性质定理分别有线面垂直得出面面垂直，以及面面垂直得到线面垂直，从这一方面可知线面垂直与面面垂直的密切关系，解决有关问题时，经常利用“ 线线垂直—线面垂直—面面垂直”这种转化思想.例3.如图，在四棱锥P ABCD -中，PA ⊥底面ABCD ，60AB AD AC CD ABC ⊥⊥∠=，，°，PA AB BC ==，E 是PC 的中点．（Ⅰ）证明CD AE ⊥；（Ⅱ）证明PD ⊥平面ABE ；思路透析:（Ⅰ）证明：在四棱锥P ABCD -中，因PA ⊥底面ABCD ，CD ⊂平面ABCD ，故PA CD ⊥．AC CD PA AC A ⊥= ，∵，CD ⊥∴平面PAC ． 而AE ⊂平面PAC ，CD AE ⊥∴．（Ⅱ）证明：由PA AB BC ==，60ABC ∠=°，可得AC PA =． E ∵是PC 的中点，AE PC ⊥∴．由（Ⅰ）知，AE CD ⊥，且PC CD C = ，所以AE ⊥平面PCD ． 而PD ⊂平面PCD ，AE PD ⊥∴．PA ⊥∵底面ABCD PD ，在底面ABCD 内的射影是AD ，AB AD ⊥， AB PD ⊥∴．又AB AE A = ∵，综上得PD ⊥平面ABE ．点评:证明直线垂直于平面，必须先证明直线垂直于平面内的两条相交直线，至于这条直线是否过两条相交直线的交点并不重要.例4.如图，A B C D ，，，为空间四点．在ABC △中，2AB AC BC ===，等边三角形ADB 以AB 为轴运动．（Ⅰ）当平面ADB ⊥平面ABC 时，求CD ；（Ⅱ）当ADB △转动时，是否总有AB CD ⊥？证明你的结论．思路透析:（Ⅰ）取AB 的中点E ，连结DE CE ，，因为ADB 是等边三角形，所以DE AB ⊥．当平面ADB ⊥平面ABC 时，因为平面ADB 平面ABC AB =，所以DE ⊥平面ABC ， 可知DE CE ⊥由已知可得1DE EC ==，在DEC Rt △中，2CD =．（Ⅱ）当A D B △以AB 为轴转动时，总有AB CD ⊥．证明：（ⅰ）当D 在平面ABC 内时，因为AC BC AD BD ==，，所以C D ，都在线段AB 的垂直平分线上，即AB CD ⊥．（ⅱ）当D 不在平面ABC 内时，由（Ⅰ）知AB DE ⊥． 又因AC BC =，所以AB CE ⊥．又DE CE ，为相交直线，所以AB ⊥平面CDE ，由CD ⊂平面CDE ，得AB CD ⊥．综上所述，总有AB CD ⊥．点评:动平面运动时几何体中相对的特殊线线位置关系的不变性探索一直以来是立体几何的一个难点,考生对该几何位置的探索与发现仍处理猜想与找特殊位置的论证阶段,因而扣分情况较为严重.此类型问题可利用分析法加在分析论证,结合线面垂直的性质定理加以分析即可找分类而得证该命题.【即时测评】学以致用，小试牛刀1. 如图，正方体ABCD – A 1B 1C 1D 1，过点A 作平面A 1BD 的垂线，垂足为点H ，则下列命题中， 不正确的是( ).EDBC AOS BACA.点H 是△A 1BD 的垂心B.AH ⊥平面CB 1D 1C.AH 的延长线经过点C 1D.直线AH 和BB 1所成角为45° 2.,m n 是空间两条不同直线，,αβ是两个不同平面，下面有四个命题： ①,//,//m n m n αβαβ⊥⇒⊥ ②,//,//m n m n αβαβ⊥⊥⇒ ③,//,//m n m n αβαβ⊥⇒⊥ ④,//,//m m n n ααββ⊥⇒⊥其中真命题是( )A. ①③B. ①④C. ②④D.③④ 3.（2009安徽卷）对于四面体ABCD ，下列命题正确的是( ) ① 相对棱AB 与CD 所在的直线是异面直线；② 由顶点A 作四面体的高，其垂足是∆BCD 的三条高线的交点；③ 若分别作∆ABC 和∆ABD 的边AB 上的高，则这两条高所在直线异面； ④ 分别作三组相对棱中点的连线，所得的三条线段相交于一点;⑤ 最长棱必有某个端点，由它引出的另两条棱的长度之和大于最长棱． A. ①④⑤ B. ②④ C. ③④⑤ D.①②④⑤4. 下列5个正方体图形中,l 是正方体的一条对角线,点M 、N 、P 分别为其所在棱的中点,能得出l ⊥面MNP 的图形是( )A. ②③④B. ①⑤C. ①④⑤D. ③④【课后作业】学练结合，融会贯通一、填空题:1.已知两条直线,m n ，两个平面,αβ，给出下面四个命题：（ ） ①//,m n m n αα⊥⇒⊥ ②//,,//m n m n αβαβ⊂⊂⇒ ③//,////m n m n αα⇒ ④//,//,m n m n αβαβ⊥⇒⊥其中正确命题的序号是 .2. m 、n 表示直线，α、β、γ表示平面，给出下列四个命题，其中正确命题为 . ①α∩β=m ，n ⊂α，n ⊥m ，则α⊥β ②α⊥β，α∩γ=m ，β∩γ=n ，则m ⊥n ③α⊥β，α⊥γ，β∩γ=m ，则m ⊥α ④m ⊥α，n ⊥β，m ⊥n ，则α⊥β3.Rt △ABC 在平面α内的射影是△A 1B 1C 1，设直角边AB ∥α，则△A 1B 1C 1的形状是_____________三角形.4.△ABC 的三个顶点A 、B 、C 到平面α的距离分别为2 cm 、3 cm 、4 cm ，且它们在α的同侧，则△ABC 的重心到平面α的距离为_____________ cm.5.设a 、b 是异面直线，α、β是两个平面，且a ⊥α，b ⊥β，a ⊄β，b ⊄α，则当__________（填上一种条件即可）时，有α⊥β.6.设正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1的棱长为1，则①A 点到CD 1的距离为________； ②A 点到BD 1的距离为________； ③A 点到面BDD 1B 1的距离为______； ④A 点到面A 1BD 的距离为_____； ⑤AA 1与面BB 1D 1D 的距离为_______. 二、解答题:7.已知D 为平面ABC 外一点，且DA 、DB 、DC 两两垂直．求证：顶点D 所对的三角形面积的平方等于其余三个三角形面积的平方和，即2222ADC BDC DAB ABC S S S S ∆∆∆∆++=．8. (2009福建卷)如图，平行四边形ABCD 中，60DAB ︒∠=，2,4AB AD == 将CBD ∆沿BD 折起到EBD ∆的位置，使平面EDB ⊥平面ABD . （I ）求证：AB DE ⊥（Ⅱ）求三棱锥E ABD -的侧面积．第13课时 直线、平面垂直的判定及其性质参考答案【小题热身】1. 必要不充分2. ④3. 1,12⎛⎫⎪⎝⎭【即时测评】1. D2. B3. A4. C【课后作业】一、填空题:1. ①④2. ③④3. 直角4. 35. 本题为开放性问题.可以填上a ⊥b ，也可以填a ∥β，或b ∥α.6. ①26 ②36 ③22 ④33 ⑤22 二、解答题:7. 解析: 如图，设DA =a ，DB =b ，DC =c ，则ab S ADB 21=∆，bc S BDC 21=∆，ac S ADC 21=∆．在△ABD 中，作DM ⊥AB 于M ，则22ba ab DM +=．∵CD ⊥AD ，CD ⊥DB ，∴CD ⊥平面ADB ，∴ CD ⊥DM ．在Rt △CDM 中，=++=+=22222222b a b ac CD DM CM 22222222ba a c cb b a +++， 又∵AB CM ⊥, ∴221()2ABCSAB CM ∆=⋅22222222221()4a b b c c a a b a b ++=+⋅+ 2222221()4a b b c c a =++222ADB BDC CDA S S S ∆∆∆=++． 8. 解析:（I ）证明：在ABD ∆中，2,4,60AB AD DAB ︒==∠=222,BD AB BD AD AB DE∴==∴+=∴⊥ 又 平面EBD ⊥平面ABD平面EBD 平面,ABD BD AB =⊂平面ABD AB ∴⊥平面EBDDF ⊂ 平面,EBD AB DE ∴⊥（Ⅱ）解：由（I ）知,//,,AB BDCD AB CD BD ⊥∴⊥从而DE D ⊥ B 在Rt DBE ∆中，2DB DE DC AB ====12ABE S DB DE ∆∴=⋅= 又AB ⊥ 平面,EBD BE ⊂平面,EBD AB BE ∴⊥14,42ABE BE BC AD S AB BE ∆===∴=⋅= ,DE BD ⊥ 平面EBD ⊥平面ABD ED ∴⊥，平面ABD而AD ⊂平面1,,42ADE ABD ED AD S AD DE ∆∴⊥∴=⋅=综上，三棱锥E ABD -的侧面积，8S =+。

直线、平面垂直的判定与性质一、基础知识1．直线与平面垂直(1)直线和平面垂直的定义：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.(2)直线与平面垂直的判定定理及性质定理：2．平面与平面垂直的判定定理与性质定理二、常用结论直线与平面垂直的五个结论(1)若一条直线垂直于一个平面，则这条直线垂直于这个平面内的任意直线．(2)若两条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．(3)垂直于同一条直线的两个平面平行．(4)一条直线垂直于两平行平面中的一个，则这一条直线与另一个平面也垂直．(5)两个相交平面同时垂直于第三个平面，它们的交线也垂直于第三个平面．三、考点解析考点一直线与平面垂直的判定与性质例、如图，在四棱锥P­ABCD中，P A⊥底面ABCD，AB⊥AD，AC⊥CD，∠ABC＝60°，P A＝AB＝BC，E 是PC的中点．求证：(1)CD⊥AE；(2)PD⊥平面ABE.[解题技法]证明线面垂直的4种方法：(1)线面垂直的判定定理：l⊥a，l⊥b，a⊂α，b⊂α，a∩b＝P⇒l⊥α.(2)面面垂直的性质定理：α⊥β，α∩β＝l，a⊂α，a⊥l⇒a⊥β.(3)性质：①a∥b，b⊥α⇒a⊥α，②α∥β，a⊥β⇒a⊥α.(4)α⊥γ，β⊥γ，α∩β＝l⇒l⊥γ.(客观题可用)[口诀归纳]线面垂直的关键，定义来证最常见，判定定理也常用，它的意义要记清.平面之内两直线，两线相交于一点，面外还有一直线，垂直两线是条件.跟踪训练1．如图，在直三棱柱ABC­A1B1C1中，AB＝BC＝BB1，AB1∩A1B＝E，D为AC上的点，B1C∥平面A1BD.(1)求证：BD⊥平面A1ACC1；(2)若AB＝1，且AC·AD＝1，求三棱锥A­BCB1的体积．2.如图，S是Rt△ABC所在平面外一点，且SA＝SB＝SC，D为斜边AC的中点．(1)求证：SD⊥平面ABC；(2)若AB＝BC，求证：BD⊥平面SAC.考点二面面垂直的判定与性质例、在平行六面体ABCD­A1B1C1D1中，AA1＝AB，AB1⊥B1C1.求证：(1)AB∥平面A1B1C；(2)平面ABB1A1⊥平面A1BC.[解题技法]证明面面垂直的2种方法定义法利用面面垂直的定义，即判定两平面所成的二面角为直二面角，将证明面面垂直问题转化为证明平面角为直角的问题定理法利用面面垂直的判定定理，即证明其中一个平面经过另一个平面的一条垂线，把问题转化成证明线线垂直加以解决跟踪训练1．如图，三棱锥P­ABC中，底面ABC是边长为2的正三角形，P A⊥PC，PB＝2.求证：平面P AC⊥平面ABC.2如图，四棱锥P­ABCD的底面是矩形，P A⊥平面ABCD，E，F分别是AB，PD的中点，且P A＝AD.求证：(1)AF∥平面PEC；(2)平面PEC⊥平面PCD.课后作业1．设a，b是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面，则能得出a⊥b的是()A．a⊥α，b∥β，α⊥βB．a⊥α，b⊥β，α∥β C．a⊂α，b⊥β，α∥βD．a⊂α，b∥β，α⊥β2．已知直线m，l，平面α，β，且m⊥α，l⊂β，给出下列命题：①若α∥β，则m⊥l；②若α⊥β，则m∥l；③若m⊥l，则α⊥β；④若m∥l，则α⊥β.其中正确的命题是()A．①④B．③④C．①②D．①③3．已知P A垂直于以AB为直径的圆所在的平面，C为圆上异于A，B两点的任一点，则下列关系不正确的是()A．P A⊥BC B．BC⊥平面P AC C．AC⊥PB D．PC⊥BC4.如图，在四面体ABCD中，已知AB⊥AC，BD⊥AC，那么点D在平面ABC内的射影H必在() A．直线AB上B．直线BC上C．直线AC上D．△ABC内部5.如图，在正四面体P­ABC中，D，E，F分别是AB，BC，CA的中点，则下面四个结论不成立的是() A．BC∥平面PDF B．DF⊥平面P AEC．平面PDF⊥平面P AE D．平面PDE⊥平面ABC6.如图，已知∠BAC＝90°，PC⊥平面ABC，则在△ABC，△P AC的边所在的直线中，与PC垂直的直线有________个；与AP垂直的直线有________个．7．设α和β为不重合的两个平面，给出下列命题：①若α内的两条相交直线分别平行于β内的两条直线，则α∥β；②若α外的一条直线l与α内的一条直线平行，则l∥α；③设α∩β＝l，若α内有一条直线垂直于l，则α⊥β；④直线l⊥α的充要条件是l与α内的两条直线垂直．其中所有的真命题的序号是________．8．在直三棱柱ABC­A1B1C1中，平面α与棱AB，AC，A1C1，A1B1分别交于点E，F，G，H，且直线AA1∥平面α.有下列三个命题：①四边形EFGH是平行四边形；②平面α∥平面BCC1B1；③平面α⊥平面BCFE.其中正确命题的序号是________．9．如图，在四棱锥P­ABCD中，底面ABCD是菱形，∠BAD＝60°，P A＝PD＝AD＝2，点M在线段PC 上，且PM＝2MC，N为AD的中点．(1)求证：AD⊥平面PNB；(2)若平面P AD⊥平面ABCD，求三棱锥P­NBM的体积．10.如图，在直三棱柱ABC­A1B1C1中，D，E分别为AB，BC的中点，点F在侧棱B1B上，且B1D⊥A1F，A1C1⊥A1B1.求证：(1)直线DE∥平面A1C1F；(2)平面B1DE⊥平面A1C1F.提高练习1．如图，在三棱锥P­ABC中，AB＝BC＝22，P A＝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．2．如图，在四棱锥P­ABCD中，AB∥CD，AB⊥AD，CD＝2AB，平面P AD⊥底面ABCD，P A⊥AD，E，F分别是CD，PC的中点．求证：(1)BE∥平面P AD；(2)平面BEF⊥平面PCD.。

第5讲直线、平面垂直的判定及其性质A级基础演练(时间：30分钟满分：55分)一、选择题(每小题5分，共20分)1．已知平面α与平面β相交，直线m⊥α，则()．A．β内必存在直线与m平行，且存在直线与m垂直B．β内不一定存在直线与m平行，不一定存在直线与m垂直C．β内不一定存在直线与m平行，但必存在直线与m垂直D．β内必存在直线与m平行，不一定存在直线与m垂直解析如图，在平面β内的直线若与α，β的交线a平行，则有m与之垂直．但却不一定在β内有与m平行的直线，只有当α⊥β时才存在．答案 C2．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．垂直解析因为直线l垂直于直线AB和AC，所以l垂直于平面ABC，同理，直线m垂直于平面ABC，根据线面垂直的性质定理得l∥m.答案 A3．已知P为△ABC所在平面外的一点，则点P在此三角形所在平面上的射影是△ABC垂心的充分必要条件是()．A．P A＝PB＝PCB．P A⊥BC，PB⊥ACC．点P到△ABC三边所在直线的距离相等D．平面P AB、平面PBC、平面P AC与△ABC所在的平面所成的角相等解析条件A为外心的充分必要条件，条件C、D为内心的必要条件，故选B.答案 B4．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α⊥β，α∩β＝n，m⊥n，则m⊥αB．若m⊂α，n⊂β，m⊥n，则n⊥αC．若n⊥α，n⊥β，m⊥β，则m⊥αD．若m∥α，n∥β，m⊥n，则α⊥β解析与α、β两垂直相交平面的交线垂直的直线m，可与α平行或相交，故A错；对B，存在n∥α情况，故B错；对D，存在α∥β情况，故D错．由n ⊥α，n⊥β，可知α∥β，又m⊥β，所以m⊥α，故C正确，选C.答案 C二、填空题(每小题5分，共10分)5. 如图，拿一张矩形的纸对折后略微展开，竖立在桌面上，折痕与桌面的位置关系是________．解析折痕与矩形在桌面内的两条相交直线垂直，因此折痕与桌面垂直．答案垂直6．(2012·石家庄一模)已知直线l⊥平面α，直线m⊂平面β.给出下列命题：①α∥β⇒l⊥m；②α⊥β⇒l∥m；③l∥m⇒α⊥β；④l⊥m⇒α∥β.其中正确命题的序号是________．解析由面面平行的性质和线面垂直的定义可知①正确；因为l⊥α，α⊥β⇒l ∥β或l⊂β，所以l，m平行、相交、异面都有可能，故②错误；由线面垂直的定义和面面垂直的判定定理可知③正确；因为l⊥α，l⊥m⇒m⊂α或m∥α，又m⊂β，所以α，β可能平行或相交，故④错误．答案①③三、解答题(共25分)7．(12分)如图，已知P A⊥矩形ABCD所在平面，M，N分别是AB，PC的中点．(1)求证：MN ⊥CD ；(2)若∠PDA ＝45°，求证：MN ⊥平面PCD .证明 (1)如图，连接AC ，AN ，BN ，∵P A ⊥平面ABCD ，∴P A ⊥AC ，在Rt △P AC 中，N 为PC 中点，∴AN ＝12PC .∵P A ⊥平面ABCD ，∴P A ⊥BC ，又BC ⊥AB ，P A ∩AB ＝A ，∴BC ⊥平面P AB ，∴BC ⊥PB ，从而在Rt △PBC 中，BN 为斜边PC 上的中线，∴BN ＝12PC .∴AN ＝BN ，∴△ABN 为等腰三角形，又M 为底边的中点，∴MN ⊥AB ，又∵AB ∥CD ，∴MN ⊥CD .(2)连接PM 、MC ，∵∠PDA ＝45°，P A ⊥AD ，∴AP ＝AD .∵四边形ABCD 为矩形，∴AD ＝BC ，∴P A ＝BC .又∵M 为AB 的中点，∴AM ＝BM .而∠P AM ＝∠CBM ＝90°，∴PM ＝CM .又N 为PC 的中点，∴MN ⊥PC .由(1)知，MN ⊥CD ，PC ∩CD ＝C ，∴MN ⊥平面PCD .8．(13分)(2013·泉州模拟)如图所示，在直四棱柱ABCD－A 1B 1C 1D 1中，DB ＝BC ，DB ⊥AC ，点M 是棱BB 1上一点．(1)求证：B 1D 1∥平面A 1BD ；(2)求证：MD ⊥AC ；(3)试确定点M 的位置，使得平面DMC 1⊥平面CC 1D 1D .(1)证明 由直四棱柱，得BB 1∥DD 1，又∵BB1＝DD1，∴BB1D1D是平行四边形，∴B1D1∥BD.而BD⊂平面A1BD，B1D1⊄平面A1BD，∴B1D1∥平面A1BD.(2)证明∵BB1⊥平面ABCD，AC⊂平面ABCD，∴BB1⊥AC.又∵BD⊥AC，且BD∩BB1＝B，∴AC⊥平面BB1D. 而MD⊂平面BB1D，∴MD⊥AC.(3)解当点M为棱BB1的中点时，平面DMC1⊥平面CC1D1D.取DC的中点N，D1C1的中点N1，连接NN1交DC1于O，连接OM，如图所示．∵N是DC的中点，BD＝BC，∴BN⊥DC.又∵DC是平面ABCD与平面DCC1D1的交线，而平面ABCD⊥平面DCC1D1，∴BN⊥平面DCC1D1.又可证得O是NN1的中点，∴BM∥ON且BM＝ON，即BMON是平行四边形．∴BN∥OM.∴OM⊥平面CC1D1D.∵OM⊂平面DMC1，∴平面DMC1⊥平面CC1D1D.B级能力突破(时间：30分钟满分：45分)一、选择题(每小题5分，共10分)1．如图(a)，在正方形ABCD中，E、F分别是BC、CD的中点，G是EF的中点，现在沿AE、AF及EF把这个正方形折成一个四面体，使B、C、D三点重合，重合后的点记为H，如图(b)所示，那么，在四面体A－EFH中必有()．A．AH⊥△EFH所在平面B．AG⊥△EFH所在平面C．HF⊥△AEF所在平面D．HG⊥△AEF所在平面解析折成的四面体有AH⊥EH，AH⊥FH，∴AH⊥面HEF.答案 A2.如图，在斜三棱柱ABC－A1B1C1中，∠BAC＝90°，BC1⊥AC，则C1在底面ABC上的射影H必在()．A．直线AB上B．直线BC上C．直线AC上D．△ABC内部解析由BC1⊥AC，又BA⊥AC，则AC⊥平面ABC1，因此平面ABC⊥平面ABC1，因此C1在底面ABC上的射影H在直线AB上．答案 A二、填空题(每小题5分，共10分)3.如图，在四棱锥P－ABCD中，P A⊥底面ABCD，且底面各边都相等，M是PC上的一动点，当点M满足________时，平面MBD⊥平面PCD.(只要填写一个你认为正确的条件即可)解析 ∵PC 在底面ABCD 上的射影为AC ，且AC ⊥BD ，∴BD ⊥PC .∴当DM ⊥PC (或BM ⊥PC )时，即有PC ⊥平面MBD ，而PC ⊂平面PCD ，∴平面MBD ⊥平面PCD .答案 DM ⊥PC (或BM ⊥PC )4. 如图，P A ⊥圆O 所在的平面，AB 是圆O 的直径，C 是圆O上的一点，E 、F 分别是点A 在PB 、PC 上的正投影，给出下列结论：①AF ⊥PB ；②EF ⊥PB ；③AF ⊥BC ；④AE ⊥平面PBC .其中正确结论的序号是________．解析 由题意知P A ⊥平面ABC ，∴P A ⊥BC .又AC ⊥BC ，P A ∩AC ＝A ，∴BC ⊥平面P AC .∴BC ⊥AF .∵AF ⊥PC ，BC ∩PC ＝C ，∴AF ⊥平面PBC ，∴AF ⊥PB ，AF ⊥BC .又AE ⊥PB ，AE ∩AF ＝A ，∴PB ⊥平面AEF .∴PB ⊥EF .故①②③正确．答案 ①②③三、解答题(共25分)5．(12分)(2013·汕头模拟)如图是某直三棱柱(侧棱与底面垂直)被削去上底后的直观图与三视图中的侧视图、俯视图，在直观图中，M 是BD的中点，侧视图是直角梯形，俯视图是等腰直角三角形，有关数据如图所示．(1)若N 是BC 的中点，证明：AN ∥平面CME ；(2)证明：平面BDE ⊥平面BCD .(3)求三棱锥D －BCE 的体积．(1)证明 连接MN ，则MN ∥CD ，AE ∥CD ，又MN ＝AE ＝12CD ，∴四边形ANME 为平行四边形，∴AN ∥EM .∵AN ⊄平面CME ，EM ⊂平面CME ，(2)证明 ∵AC ＝AB ，N 是BC 的中点，AN ⊥BC ，又平面ABC ⊥平面BCD ，∴AN ⊥平面BCD .由(1)，知AN ∥EM ，∴EM ⊥平面BCD .又EM ⊂平面BDE ，∴平面BDE ⊥平面BCD .(3)解 V D －BCE ＝V E －BCD ＝13S △BCD ·|EM |＝13×22×42×2＝83.6．(13分)(2013·合肥模拟)如图，在多面体ABC －A 1B 1C 1中，AA 1⊥平面ABC ，AA 1綉BB 1，AB ＝AC ＝AA 1＝22BC ，B 1C 1綉12BC .(1)求证：A 1B 1⊥平面AA 1C ；(2)若D 是BC 的中点，求证：B 1D ∥平面A 1C 1C .(3)若BC ＝2，求几何体ABC －A 1B 1C 1的体积．(1)证明 ∵AB ＝AC ＝22BC ，AB 2＋AC 2＝BC 2，∴AB ⊥AC ，又AA 1⊥平面ABC ，AB ⊂平面ABC ，∴AA 1⊥AB ，AA 1∩AC ＝A ，∴AB ⊥平面AA 1C ，又∵AA 1綉BB 1，∴四边形ABB 1A 1为平行四边形．∴A 1B 1∥AB ，∴A 1B 1⊥平面AA 1C .(2)证明 ∵B 1C 1綉12BC ，且D 是BC 的中点，∴CD 綉C 1B 1，∴四边形C 1CDB 1为平行四边形，∴B 1D ∥C 1C ，B 1D ⊄平面A 1C 1C 且C 1C ⊂平面A 1C 1C ，(3)解连接AD，DC1，V＝V三棱柱A1B1C1－ABD＋V四棱锥C－AA1C1D＝12×1×1×2＋13×(2×1)×1＝526.。