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
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教学过程在四棱锥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.规律方法证明线面垂直的方法:一是线面垂直的判定定理;二是利用面面垂直的性质定理;三是平行线法(若两条平行线中一条垂直于这个平面,则另一条也垂直于这个平面).解题时,注意线线、线面与面面关系的相互转化;另外,在证明线线垂直时,要注意题中隐含的垂直关系,如等腰三角形的底边上的高、中线和顶角的角平分线三线合一、矩形的内角、直径所对的圆周角、菱形的对角线互相垂直、直角三角形(或给出线段长度,经计算满足勾股定理)、直角梯形等等.【训练1】(2013·江西卷改编)教学效果分析教学过程如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AB∥CD,AD⊥AB,AB=2,AD=2,AA1=3,E为CD上一点,DE=1,EC=3.证明:BE⊥平面BB1C1C.考点二平面与平面垂直的判定与性质【例2】(2014·深圳一模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥平面ABC,AB=BC=AA1,且AC=2BC,点D是AB的中点.证明:平面ABC1⊥平面B1CD.规律方法证明两个平面垂直,首先要考虑直线与平面的垂直,也教学效果分析教学过程可简单地记为“证面面垂直,找线面垂直”,是化归思想的体现,这种思想方法与空间中的平行关系的证明非常类似,这种转化方法是本讲内容的显著特征,掌握化归与转化思想方法是解决这类问题的关键.【训练2】如图,在长方体ABCDA1B1C1D1中,AB=AD=1,AA1=2,M是棱CC1的中点.证明:平面ABM⊥平面A1B1M.考点三平行、垂直关系的综合问题教学效果分析教学过程【例3】(2013·山东卷)如图,在四棱锥P-ABCD中,AB⊥AC,AB⊥P A,AB∥CD,AB=2CD,E,F,G,M,N分别为PB,AB,BC,PD,PC的中点.(1)求证:CE∥平面P AD;(2)求证:平面EFG⊥平面EMN.规律方法线面关系与面面关系的证明离不开判定定理和性质定理,而形成结论的“证据链”依然是通过挖掘题目已知条件来实现的,如图形固有的位置关系、中点形成的三角形的中位线等,都为论证提供了丰富的素材.【训练3】(2013·辽宁卷)如图,AB是圆O的直径,P A垂直圆O所在的平面,C是圆O上的点.(1)求证:BC⊥平面P AC;(2)设Q为P A的中点,G为△AOC的重心,求证:QG∥平面PBC.教学效果分析1.转化思想:垂直关系的转化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,在一个平面内作交线的垂线,使之转化为线面垂直,然后进一步转化为线线垂直.故熟练掌握“线线垂直”、“面面垂直”间的转化条件是解决这类问题的关键.创新突破6——求解立体几何中的探索性问题【典例】(2012·北京卷)如图1,在Rt△ABC中,∠C=90°,D,E分别为AC,AB的中点,点F为线段CD上的一点.将△ADE沿DE折起到△A1DE的位置,使A1F⊥CD,如图2.(1)求证:DE∥平面A1CB;(2)求证:A1F⊥BE;(3)线段A1B上是否存在点Q,使A1C⊥平面DEQ?说明理由.[反思感悟] (1)解决探索性问题一般先假设其存在,把这个假设作已知条件,和题目的其他已知条件一起进行推理论证和计算,在推理论证和计算无误的前提下,如果得到了一个合理的结论,则说明存在,如果得到了一个不合理的结论,则说明不存在.(2)在处理空间折叠问题中,要注意平面图形与空间图形在折叠前后的相互位置关系与长度关系等,关键是点、线、面位置关系的转化与平面几何知识的应用,注意平面几何与立体几何中相关知识点的异同,盲目套用容易导致错误.【自主体验】(2014·韶关模拟)如图1,在直角梯形ABCD中,∠ADC=90°,CD∥AB,AD=CD=12AB=2,点E为AC中点,将△ADC沿AC折起,使平面ADC⊥平面ABC,得到几何体D-ABC,如图2.(1)求证:DA⊥BC;(2)在CD上找一点F,使AD∥平面EFB.基础巩固题组(建议用时:40分钟)一、填空题1.设平面α与平面β相交于直线m,直线a在平面α内,直线b 在平面β内,且b⊥m,则“α⊥β”是“a⊥b”的________条件.2.(2014·绍兴调研)设α,β为不重合的平面,m,n为不重合的直线,则下列正确命题的序号是________.①若α⊥β,α∩β=n,m⊥n,则m⊥α;②若m⊂α,n⊂β,m⊥n,则n⊥α;③若n⊥α,n⊥β,m⊥β,则m⊥α;④若m∥α,n∥β,m⊥n,则α⊥β.3.如图,AB是圆O的直径,P A垂直于圆O所在的平面,C是圆周上不同于A,B的任一点,则图形中有________对线面垂直.4.若M是线段AB的中点,A,B到平面α的距离分别是4 cm,6 cm,则M到平面α的距离为________.5.(2014·郑州模拟)已知平面α,β,γ和直线l,m,且l⊥m,α⊥γ,α∩γ=m,β∩γ=l,给出下列四个结论:①β⊥γ;②l⊥α;③m⊥β;④α⊥β.其中正确的是________.6.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)7.设α,β是空间两个不同的平面,m,n是平面α及β外的两条不同直线.从“①m⊥n;②α⊥β;③n⊥β;④m⊥α”中选取三个作为条件,余下一个作为结论,写出你认为正确的一个命题:________(用代号表示).8.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________.二、解答题9.(2013·北京卷)如图,在四棱锥P ABCD中,AB∥CD,AB⊥AD,CD=2AB,平面P AD⊥底面ABCD,P A⊥AD.E和F分别是CD和PC的中点.求证:(1)P A⊥底面ABCD;(2)BE∥平面P AD;(3)平面BEF⊥平面PCD.10.(2013·泉州模拟)如图所示,在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,DB=BC,DB⊥AC,点M是棱BB1上一点.(1)求证:B1D1∥平面A1BD;(2)求证:MD⊥AC;(3)试确定点M的位置,使得平面DMC1⊥平面CC1D1D.能力提升题组(建议用时:25分钟)一、填空题1.如图,在斜三棱柱ABCA1B1C1中,∠BAC=90°,BC1⊥AC,则C1在底面ABC上的射影H必在直线______上.2.如图,在四面体ABCD中,若截面PQMN是正方形,则在下列命题中,错误的为________.①AC⊥BD;②AC∥截面PQMN;③AC=BD;④异面直线PM与BD所成的角为45°.3.(2013·南通二模)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,则下列结论中:①PB⊥AE;②平面ABC⊥平面PBC;③直线BC∥平面P AE;④∠PDA=45°.其中正确的有________(把所有正确的序号都填上).二、解答题4.(2014·北京西城一模)。
空间中的垂直关系1.线面垂直直线与平面垂直的判定定理:如果 ,那么这条直线垂直于这个平面。
推理模式:直线与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 。
2.面面垂直两个平面垂直的定义:相交成 的两个平面叫做互相垂直的平面。
两平面垂直的判定定理:(线面垂直⇒面面垂直)如果 ,那么这两个平面互相垂直。
推理模式:两平面垂直的性质定理:(面面垂直⇒线面垂直)若两个平面互相垂直,那么在一个平面内垂直于它们的 的直线垂直于另一个平面。
一般来说,线线垂直或面面垂直都可转化为线面垂直来分析解决,其关系为:线线垂直−−−→←−−−判定性质线面垂直−−−→←−−−判定性质面面垂直.这三者之间的关系非常密切,可以互相转化,从前面推出后面就是判定定理,而从后面推出前面就是性质定理.同学们应当学会灵活应用这些定理证明问题.在空间图形中,高一级的垂直关系中蕴含着低一级的垂直关系,下面举例说明.例题:1.如图,AB 就是圆O 的直径,C 就是圆周上一点,PA ⊥平面ABC.(1)求证:平面PAC ⊥平面PBC;(2)若D 也就是圆周上一点,且与C 分居直径AB 的两侧,试写出图中所有互相垂直的各对平面.2、如图,棱柱111ABC A B C -的侧面11BCC B 就是菱形,11B C A B ⊥证明:平面1AB C ⊥平面11A BC3、如图所示,在长方体1111ABCD A B C D -中,AB=AD=1,AA 1=2,M 就是棱CC 1的中点 (Ⅰ)求异面直线A 1M 与C 1D 1所成的角的正切值;(Ⅱ)证明:平面ABM ⊥平面A 1B 1M 14、如图,AB 就是圆O的直径,C就是圆周上一点,PA ⊥平面ABC .若AE ⊥PC ,E为垂足,F就是PB 上任意一点,求证:平面AEF ⊥平面PBC .5、如图,直三棱柱ABC —A 1B 1C 1 中,AC =BC =1,∠ACB =90°,AA 1 =2,D 就是A 1B 1 中点.(1)求证C 1D ⊥平面A 1B ;(2)当点F 在BB 1 上什么位置时,会使得AB 1 ⊥平面C 1DF ?并证明您的结论6、S 就是△ABC 所在平面外一点,SA ⊥平面ABC,平面SAB⊥平面SBC,求证AB ⊥BC 、7、在四棱锥中,底面ABCD 就是正方形,侧面VAD 就是正三角形,平面VAD ⊥底面ABCD证明:AB ⊥平面VAD8、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 、求证:AB DE ⊥VDC B A SAB9、如图,在四棱锥ABCD P -中,平面PAD ⊥平面ABCD,AB=AD,∠BAD=60°,E 、F 分别就是AP 、AD 的中点求证:(1)直线EF ‖平面PCD;(2)平面BEF ⊥平面PAD10、如图,在三棱锥ABC S -中,平面⊥SAB 平面SBC ,AB AS BC AB =⊥,、过A 作SB AF ⊥,垂足为F ,点G E ,分别就是棱SC SA ,的中点。
直线、平面垂直的判定及其性质知识要点梳理知识点一、直线和平面垂直的定义与判定1.直线和平面垂直定义如果直线和平面内的任意一条直线都垂直,我们就说直线与平面互相垂直,记作.直线叫平面的垂线;平面叫直线的垂面;垂线和平面的交点叫垂足.2.直线和平面垂直的判定定理判定定理: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.知识点二、斜线、射影、直线与平面所成的角一条直线和一个平面相交,但不和这个平面垂直,这条直线叫做这个平面的斜线.过斜线上斜足外的一点间平面引垂线,过垂足和斜足的直线叫做斜线在这个平面内的射影.平面的一条斜线和它在平面上的射影90],叫做这条直线和这个平面所成的角.所成的锐角[00至0知识点三、二面角1.二面角定义平面内的一条直线把平面分成两部分,这两部分通常称为半平面.从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角.这条直线叫二面角的棱,这两个半平面叫做二面角的面.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射线,则这两条射线构成的角叫做二面角的平面角.二面角的大小可以用它的平面角来度量,二面角的平面角是多少度,就说这个二面角是多少度.平面角是180]直角的二面角叫做直二面角二面角范围是[00至0知识点四、平面与平面垂直的定义与判定1.平面与平面垂直定义两个平面相交,如果它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面垂直. 表示方法:平面与垂直,记作.2.平面与平面垂直的判定定理判定定理:一个平面过另一个平面的垂线,则这两个平面垂直. 符号语言: 图形语言:知识点五、直线与平面垂直的性质1.基本性质一条直线垂直于一个平面,那么这条直线垂直于这个平面内的所有直线.2.性质定理1垂直于同一个平面的两条直线平行.2垂直于同一条直线的两个平面平行知识点六、平面与平面垂直的性质性质定理:两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直.如果两个平面互相垂直那么经过第一个平面内的一点垂直于第二个平面的直线在第一个平面内 例1 在三棱锥P A B C -中,侧面PAC 与面ABC 垂直,3PA PB PC ===.求证:A B B C ⊥; 设23AB BC ==,求A C 与平面PBC 所成角的大小.例2 如图,直角A B C △所在平面外一点S ,且SA SB SC ==,点D 为斜边A C 的中点.求证:SD ⊥平面ABC ;若A B B C =,求证:B D ⊥面S A C .例3 在正方体ABCD-A1B1C1D1中.(1)求直线A1B 和平面ABCD 所成的角;(2)求直线A1B 和平面A1B1CD 所成的角.例4如图所示,河堤斜面与水平面所成二面角为300,堤面上有一条直道CD ,它与堤角的水平线AB 的夹角为450 ,沿这条直道从堤脚C 向上行走10m 到达E 处,此时人升高了多少m ?例5 在四面体ABCD 中,已知AC ⊥BD,∠ BAC= ∠CAD=45°,∠BAD=60°,求证:平面ABC ⊥平面ACD.例6四棱锥P-ABCD 的底面是矩形,AB=2,侧面PAB 是等边三角形,且侧面PAB ⊥底面ABCD.证明:侧面PAB ⊥侧面PBC ;(2)求侧棱PC 与底面ABCD 所成的角A B C DE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.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3.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4.在△ABC中,AB=AC=5,BC=6,PA⊥平面ABC,PA=8,则P到BC的距离等于()A.5 B.52 C.35 D.455.A、B两点相距4cm,且A、B与平面a的距离分别为3cm和1cm,则AB与平面a所成角的大小是()A.30°B.60°C.90°D.30°或90°6. 直线a不垂直于平面α,则α内与a垂直的直线有()A.0条B.1条C.无数条D.α内所有直线7. 已知三条直线m,n,l,三个平面α,β,γ.下面四个命题中,正确的是()A.αγαββγ⊥⎫⇒⎬⊥⎭//B.mll mββ⎫⇒⊥⎬⊥⎭//C.mm nnγγ⎫⇒⎬⎭//////D.mm nnγγ⊥⎫⇒⎬⊥⎭//8. 设a,b是异面直线,下列命题正确的是()A.过不在a,b上的一点P一定可以作一条直线和a,b都相交B.过不在a,b上的一点P一定可以作一个平面和a,b垂直C.过a一定可以作一个平面与b垂直D.过a一定可以作一个平面与b平行二、填空题1.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_________.2.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:α∥γ且l⊥m;②αγ且m∥β③αβ且l⊥m;④αγ且l⊥m;其中正确的为“________”3.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.4. αβ,是两个不同的平面,m n ,是平面α及β之外的两条不同的直线,给出四个论断: m n ⊥①;αβ⊥②;n β⊥③;m α⊥④.以其中三个论断作为条件,余下的一个论断作为结论,写出你认为正确的一个命题__________.5 设O 为平行四边形A B C D 对角线的交点,P 为平面A C 外一点且有P A P C =,PB PD =,则P O 与平面A B C D 的关系是_____________.6.设三棱锥P A B C -的顶点P 在底面ABC 内射影O (在A B C △内部,即过P 作P O ⊥底面ABC ,交于O ),且到三个侧面的距离相等,则O 是A B C △的______心.三、解答题1如图所示,平面α∥平面β,点A ∈α,C ∈α,点B ∈β,D ∈β,点E ,F 分别在线段AB ,CD 上,且AE ∶EB=CF ∶FD.求证:EF ∥β;(2)若E ,F 分别是AB ,CD 的中点,AC=4,BD=6且AC ,BD 所成的角为60°,求EF 的长2在正三棱柱ABC ﹣A1B1C1中,侧棱长为,底面三角形的边长为1,则BC1与侧面ACC1A1所成的角是3.三棱锥 P-ABC 中,PC ⊥平面ABC ,PC =32 ,D 是 BC 的中点,且△ADC 是边长为 2的正三角形,求二面角 P-AB -C 的大小。
2.3 直线、平面垂直的判定及其性质线面垂直→线线垂直: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。
【线面垂直定义】线线垂直→线面垂直:如果一条直线和一个平面内的两条相交直线垂直,那么这条直线垂直于这个平面。
【判定】线面垂直→线线平行:如果两条直线同时垂直于一个平面,那么这两条直线平行。
【性质】线面垂直→面面垂直: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。
【判定】面面垂直→线面垂直: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。
【性质】三垂线定理:在平面内的一条直线,如果和穿过这个平面的一条斜线在这个平面内的射影垂直,那么它也和这条斜线垂直。
一、选择题1.给定空间中的直线l及平面α,条件“直线l与平面α内两条相交直线都垂直”是“直线l与平面α垂直”的( )A.充分不必要条件 B.必要不充分条件C.充要条件 D.既不充分又不必要条件【解析】直线l与平面α内两条相交直线都垂直,是线面垂直判定定理的条件,故为充要条件.【答案】 C2.空间四边形ABCD中,若AB=BC,AD=CD,E为对角线AC的中点,下列判断正确的是( ) A.面ABD⊥面BDC B.面ABC⊥面ABDC.面ABC⊥面ADC D.面ABC⊥面BED【解析】在等腰三角形ABC、ADC中,E为底边AC的中点,则BE⊥AC,DE⊥AC.又∵BE∩DE=E,∴AC⊥面BDE,故面ABC⊥面BDE,面ADC⊥面BDE.【答案】 D3.对两条不相交的空间直线a和b,必定存在平面α,使得 ( )A.a⊂α,b⊂α B.a⊂α,b∥αC.a⊥α,b⊥α D.a⊂α,b⊥α【解析】当a,b异面时,A不成立;当a,b不平行时,C不成立;当a,b不垂直时,D不成立.故选B.【答案】 B4.设直线m与平面α相交但不垂直,则下列说法中正确的是( )A.在平面α内有且只有一条直线与直线m垂直B.过直线m有且只有一个平面与平面α垂直C.与直线m垂直的直线不可能与平面α平行D.与直线m平行的平面不可能与平面α垂直【解析】在平面α内有无数条彼此平行的直线与直线m垂直,与直线m垂直的直线可能与平面α平行,与直线m平行的平面可能与平面α垂直.故A,C,D错误.【答案】 B5.设a,b,c是空间三条直线,α,β是空间两个平面,则下列命题中,逆命题不成立...的是( )A.当c⊥α时,若c⊥β,则α∥βB.当b⊂α,且c是a在α内的射影时,若b⊥c,则a⊥bC.当b⊂α时,若b⊥β,则α⊥βD.当b⊂α,且c⊄α时,若c∥α,则b∥c【解析】α⊥β,b⊂α,b不一定垂直于β.故C错误.【答案】 C6.命题p:若平面α⊥β,平面β⊥γ,则必有α∥γ;命题q:若平面α上不共线的三点到平面β的距离相等,则必有α∥β.对以上两个命题,下列结论中正确的是( ) A.命题“p且q”为真 B.命题“p或綈q”为假C.命题“p或q”为假 D.命题“綈p且綈q”为假【解析】命题p,命题q皆为假,所以命题C正确.【答案】 C7.如图,已知△ABC 为直角三角形,其中∠ACB =90°,M 为AB 的中点,PM 垂直于△ABC 所在的平面,那么( )A .PA =PB >PCB .PA =PB <PCC .PA =PB =PCD .PA ≠PB ≠PC【解析】 ∵M 为AB 的中点,△ACB 为直角三角形,∴BM =AM =CM ,又PM ⊥平面ABC ,∴Rt △PMB ≌Rt △PMA ≌Rt △PMC ,故PA =PB =PC .【答案】 C二、填空题8.m 、n 是不同的直线,α、β、γ是不同的平面,有以下四个命题:①若α∥β,α∥γ,则β∥γ;②若α⊥β,m ∥α,则m ⊥β;③若m ⊥α,m ∥β,则α⊥β;④若m ∥n ,n ⊂α,则m ∥α.其中真命题的序号是________.【解析】 由平面平行的传递性知①正确,由面面垂直的判定定理知③正确.【答案】 ①③9.P 为△ABC 所在平面外一点,AC =2a ,连接PA 、PB 、PC ,得△PAB 和△PBC 都是边长为a 的等边三角形,则平面ABC 和平面PAC 的位置关系为________.【解析】如图所示,由题意知PA =PB =PC =AB =BC =a ,取AC 中点D ,连接PD 、BD ,则PD ⊥AC ,BD ⊥AC ,则∠BDP 为二面角P -AC -B 的平面角,又∵AC =2a ,∴PD =BD =22a , 在△PBD 中,PB 2=BD 2+PD 2,∴∠PDB =90°.【答案】 垂直10.(精选考题·四川高考)如图所示,二面角α-l -β的大小是60°,线段AB ⊂α,B ∈l ,AB 与l 所成的角为30°,则AB 与平面β所成的角的正弦值是________________________________________________________________________.【解析】 如图,过点A 作平面β的垂线,垂足为C ,在β内过C 作l 的垂线,垂足为D ,连接AD ,由线面垂直关系可知AD ⊥l ,故∠ADC 为二面角α-l -β的平面角,∴∠ADC =60°.连接CB ,则∠ABC 为AB 与平面β所成的角.设AD =2,则AC =3,CD =1,AB =AD sin30°=4,∴sin ∠ABC =AC AB =34. 【答案】34 三、解答题11.如图所示,在四棱锥P -ABCD 中,PA ⊥底面ABCD ,AB ⊥AD ,AC ⊥CD ,∠ABC =60°,PA =AB =BC ,E 是PC 的中点.求证:(1)CD ⊥AE ;(2)PD ⊥平面ABE .【证明】 (1)在四棱锥P -ABCD 中,∵PA ⊥底面ABCD ,CD ⊂平面ABCD ,∴PA ⊥CD .∵AC ⊥CD ,PA ∩AC =A ,∴CD ⊥平面PAC .而AE ⊂平面PAC ,∴CD ⊥AE .(2)由PA =AB =BC, ∠ABC =60°,可得AC =PA .∵E 是PC 的中点,∴AE ⊥PC .由(1)知,AE ⊥CD ,且PC ∩CD =C ,∴AE ⊥平面PCD ,而PD ⊂平面PCD ,∴AE ⊥PD .∵PA ⊥底面ABCD ,∴PA ⊥AB .又∵AB ⊥AD 且PA ∩AD =A ,∴AB ⊥平面PAD ,而PD ⊂平面PAD ,∴AB ⊥PD .又∵AB ∩AE =A ,∴PD ⊥平面ABE .12.如图,在四棱锥P -ABCD 中,PD ⊥平面ABCD ,PD =DC =BC =1,AB =2,AB ∥DC ,∠BCD =90°.(1)求证:PC ⊥BC ;(2)求点A 到平面PBC 的距离.【解析】 (1)证明:∵PD ⊥平面ABCD ,BC ⊂平面ABCD ,∴PD ⊥BC .由∠BCD =90°,得BC ⊥DC .又PD ∩DC =D ,∴BC ⊥平面PCD .∵PC ⊂平面PCD ,∴PC ⊥BC .(2)如图,连接AC .设点A 到平面PBC 的距离为h .∵AB ∥DC ,∠BCD =90°,∴∠ABC =90°.从而由AB =2,BC =1,得△ABC 的面积S △ABC =1.由PD ⊥平面ABCD 及PD =1,得三棱锥P -ABC 的体积V =13S △ABC ·PD =13.∵PD ⊥平面ABCD ,DC ⊂平面ABCD ,∴PD ⊥DC .又PD =DC =1,∴PC =PD 2+DC 2= 2.由PC ⊥BC ,BC =1,得△PBC 的面积S △PBC =22.由V =13S △PBC h =13×22h =13,得h = 2.因此点A 到平面PBC 的距离为 2.。
【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B1BDD11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】图9-43图9−44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*巩固知识典型例题【知识巩固】例2长方体ABCD-A1B1C1D1中(如图9−45),直线AA1与平面ABCD垂直吗?为什么?图9−45解因为长方体ABCD-A1B1C1D1中,侧面ABB1A1、AA1D1D都是长方形,所以AA1⊥AB,AA1⊥AD.且AB和AD是平面ABCD内的两条相交直线.由直线与平面垂直的判定定理知,直线AA1⊥平面ABCD.图9−46[小提示]在实际生活中,我们采用如图9−46所示的“合页型折纸”检验直线与平面垂直,就是直线与平面垂直方法的应用.【做一做】图9−48α,所以AB∥CD.因为BD 确定平面β,在平面β内,过点A作中,因为AE=BD=5 cm,图9−52C1D1中,B1B⊥平面ABCD1,因此AC⊥平面BB1D1D,内,所以平面B1AC与平面B1BDD图9−54AD.又由于BD⊥AB,所以在直角三角形2222BD,3425+=+=cm).第2题图【教师教学后记】。
第五节 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: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两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直⎭⎪⎬⎪⎫a ,b ⊂αa ∩b =Ol ⊥a l ⊥b⇒l ⊥α 性质定理 垂直于同一个平面的两条直线平行⎭⎪⎬⎪⎫a ⊥αb ⊥α⇒a ∥b⎣⎢⎡⎦⎥⎤❶如果一条直线与平面内再多(即无数条)的直线垂直,但这些直线不相交就不能说明这条直线与此平面垂直. 2.平面与平面垂直的判定定理与性质定理文字语言 图形语言符号语言判定定理一个平面过另一个平面的垂线❷,则这两个平面垂直⎭⎪⎬⎪⎫l ⊂βl ⊥α⇒α⊥β 性质定理两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直⎭⎪⎬⎪⎫α⊥βl ⊂βα∩β=a l ⊥a ⇒l ⊥α[❷要求一平面只需过另一平面的垂线.]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.考点一直线与平面垂直的判定与性质[典例]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.[证明](1)在四棱锥PABCD中,∵P A⊥底面ABCD,CD⊂底面ABCD,∴P A⊥CD,又∵AC⊥CD,且P A∩AC=A,∴CD⊥平面P AC.∵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.∵PD⊂平面PCD,∴AE⊥PD.∵P A⊥底面ABCD,AB⊂底面ABCD,∴P A⊥AB.又∵AB⊥AD,且P A∩AD=A,∴AB⊥平面P AD,∵PD⊂平面P AD,∴AB⊥PD.又∵AB∩AE=A,∴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. [题组训练]1.(2019·安徽知名示范高中联考)如图,在直三棱柱ABC A 1B 1C 1中,AB =BC =BB 1,AB 1∩A 1B =E ,D 为AC 上的点,B 1C ∥平面A 1BD .(1)求证:BD ⊥平面A 1ACC 1;(2)若AB =1,且AC ·AD =1,求三棱锥A BCB 1的体积. 解: (1)证明:如图,连接ED ,∵平面AB 1C ∩平面A 1BD =ED ,B 1C ∥平面A 1BD , ∴B 1C ∥ED , ∵E 为AB 1的中点, ∴D 为AC 的中点, ∵AB =BC ,∴BD ⊥AC .∵A 1A ⊥平面ABC ,BD ⊂平面ABC ,∴A 1A ⊥BD . 又∵A 1A ,AC 是平面A 1ACC 1内的两条相交直线, ∴BD ⊥平面A 1ACC 1.(2)由AB =1,得BC =BB 1=1,由(1)知AD =12AC ,又AC ·AD =1,∴AC 2=2,∴AC 2=2=AB 2+BC 2,∴AB ⊥BC , ∴S △ABC =12AB ·BC =12,∴V A BCB 1=V B 1ABC =13S △ABC ·BB 1=13×12×1=16.2.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.证明:(1)如图所示,取AB的中点E,连接SE,DE,在Rt△ABC中,D,E分别为AC,AB的中点.∴DE∥BC,∴DE⊥AB,∵SA=SB,∴SE⊥AB.又SE∩DE=E,∴AB⊥平面SDE.又SD⊂平面SDE,∴AB⊥SD.在△SAC中,∵SA=SC,D为AC的中点,∴SD⊥AC.又AC∩AB=A,∴SD⊥平面ABC.(2)∵AB=BC,∴BD⊥AC,由(1)可知,SD⊥平面ABC,又BD⊂平面ABC,∴SD⊥BD,又SD∩AC=D,∴BD⊥平面SAC.考点二面面垂直的判定与性质[典例](2018·江苏高考)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.[证明](1)在平行六面体ABCDA1B1C1D1中,AB∥A1B1.因为AB⊄平面A1B1C,A1B1⊂平面A1B1C,所以AB∥平面A1B1C.(2)在平行六面体ABCDA1B1C1D1中,四边形ABB1A1为平行四边形.又因为AA1=AB,所以四边形ABB1A1为菱形,因此AB1⊥A1B.因为AB1⊥B1C1,BC∥B1C1,所以AB1⊥BC.因为A1B∩BC=B,A1B⊂平面A1BC,BC⊂平面A1BC,所以AB1⊥平面A1BC.因为AB1⊂平面ABB1A1,所以平面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[题组训练]1.(2019·武汉调研)如图,三棱锥P ABC 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 .证明:取AC 的中点O ,连接BO ,PO . 因为△ABC 是边长为2的正三角形, 所以BO ⊥AC ,BO = 3.因为P A ⊥PC ,所以PO =12AC =1.因为PB =2,所以OP 2+OB 2=PB 2,所以PO ⊥OB . 因为AC ∩OP =O , 所以BO ⊥平面P AC . 又OB ⊂平面ABC , 所以平面P AC ⊥平面ABC .2.(2018·安徽淮北一中模拟)如图,四棱锥P ABCD 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 .证明:(1)取PC 的中点G ,连接FG ,EG , ∵F 为PD 的中点,G 为PC 的中点, ∴FG 为△CDP 的中位线, ∴FG ∥CD ,FG =12CD .∵四边形ABCD 为矩形,E 为AB 的中点, ∴AE ∥CD ,AE =12CD .∴FG =AE ,FG ∥AE , ∴四边形AEGF 是平行四边形,∴AF ∥EG ,又EG ⊂平面PEC ,AF ⊄平面PEC ,∴AF∥平面PEC.(2)∵P A=AD,F为PD中点,∴AF⊥PD,∵P A⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD,∴P A⊥CD,又∵CD⊥AD,AD∩P A=A,∴CD⊥平面P AD,∵AF⊂平面P AD,∴CD⊥AF.又PD∩CD=D,∴AF⊥平面PCD.由(1)知EG∥AF,∴EG⊥平面PCD,又EG⊂平面PEC,∴平面PEC⊥平面PCD.[课时跟踪检测]A级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∥βC.a⊂α,b⊥β,α∥βD.a⊂α,b∥β,α⊥β解析:选C对于C项,由α∥β,a⊂α可得a∥β,又b⊥β,得a⊥b,故选C.2.(2019·湘东五校联考)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.①③解析:选A对于①,若α∥β,m⊥α,l⊂β,则m⊥l,故①正确,排除B.对于④,若m∥l,m⊥α,则l⊥α,又l⊂β,所以α⊥β.故④正确.故选A.3.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 ACC.AC⊥PB D.PC⊥BC解析:选C由P A⊥平面ACB⇒P A⊥BC,故A不符合题意;由BC⊥P A,BC⊥AC,P A∩AC=A,可得BC⊥平面P AC,所以BC⊥PC,故B、D不符合题意;AC⊥PB显然不成立,故C符合题意.4.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内部解析:选A因为AB⊥AC,BD⊥AC,AB∩BD=B,所以AC⊥平央ABD,又AC⊂平面ABC,所以平面ABC⊥平面ABD,所以点D在平面ABC内的射影H必在直线AB上.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PDFB.DF⊥平面P AEC.平面PDF⊥平面P AED.平面PDE⊥平面ABC解析:选D因为BC∥DF,DF⊂平面PDF,BC⊄平面PDF,所以BC∥平面PDF,故选项A正确.在正四面体中,AE⊥BC,PE⊥BC,AE∩PE=E,所以BC⊥平面P AE,又DF∥BC,则DF⊥平面P AE,从而平面PDF⊥平面P AE.因此选项B、C均正确.6.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.解析:∵PC⊥平面ABC,∴PC垂直于直线AB,BC,AC.∵AB⊥AC,AB⊥PC,AC∩PC=C,∴AB⊥平面P AC,又∵AP⊂平面P AC,∴AB⊥AP,与AP垂直的直线是AB.答案:317.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________.解析:①正确;②正确;满足③的α与β不一定垂直,所以③错误;直线l⊥α的充要条件是l与α内的两条相交直线垂直,所以④错误.故所有的真命题的序号是①②.答案:①②8.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________.解析:如图所示,因为AA1∥平面α,平面α∩平面AA1B1B=EH,所以AA1∥EH.同理AA1∥GF,所以EH∥GF,又ABCA1B1C1是直三棱柱,易知EH=GF=AA1,所以四边形EFGH是平行四边形,故①正确;若平面α∥平面BB1C1C,由平面α∩平面A1B1C1=GH,平面BCC1B1∩平面A1B1C1=B1C1,知GH∥B1C1,而GH∥B1C1不一定成立,故②错误;由AA1⊥平面BCFE,结合AA1∥EH知EH⊥平面BCFE,又EH⊂平面α,所以平面α⊥平面BCFE,故③正确.答案:①③9.(2019·太原模拟)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.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=23.10.如图,在直三棱柱ABC A 1B 1C 1中,D ,E 分别为AB ,BC 的中点,点F 在侧棱B 1B 上,且B 1D ⊥A 1F ,A 1C 1⊥A 1B 1.求证:(1)直线DE ∥平面A 1C 1F ; (2)平面B 1DE ⊥平面A 1C 1F .证明:(1)在直三棱柱ABC A 1B 1C 1中,AC ∥A 1C 1, 在△ABC 中,因为D ,E 分别为AB ,BC 的中点. 所以DE ∥AC ,于是DE ∥A 1C 1,又因为DE ⊄平面A 1C 1F ,A 1C 1⊂平面A 1C 1F , 所以直线DE ∥平面A 1C 1F .(2)在直三棱柱ABC A 1B 1C 1中,AA 1⊥平面A 1B 1C 1, 因为A 1C 1⊂平面A 1B 1C 1,所以AA 1⊥A 1C 1,又因为A 1C 1⊥A 1B 1,A 1B 1∩AA 1=A 1,AA 1⊂平面ABB 1A 1,A 1B 1⊂平面ABB 1A 1, 所以A 1C 1⊥平面ABB 1A 1, 因为B 1D ⊂平面ABB 1A 1, 所以A 1C 1⊥B 1D ,又因为B 1D ⊥A 1F ,A 1C 1∩A 1F =A 1,A 1C 1⊂平面A 1C 1F ,A 1F ⊂平面A 1C 1F , 所以B 1D ⊥平面A 1C 1F , 因为直线B 1D ⊂平面B 1DE , 所以平面B 1DE ⊥平面A 1C 1F .B 级1.(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P A =PC =AC =4,O 为AC 的中点, 所以PO ⊥AC ,且PO =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 =12AC =2.所以PO 2+OB 2=PB 2,所以PO ⊥OB . 又因为AC ∩OB =O ,所以PO ⊥平面ABC . (2)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 =423,∠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455.2.(2019·河南中原名校质量考评)如图,在四棱锥P ABCD 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 .证明:(1)∵AB ∥CD ,CD =2AB ,E 是CD 的中点, ∴AB ∥DE 且AB =DE , ∴四边形ABED 为平行四边形,∴AD ∥BE ,又BE ⊄平面P AD ,AD ⊂平面P AD , ∴BE ∥平面P AD .(2)∵AB ⊥AD ,∴四边形ABED 为矩形, ∴BE ⊥CD ,AD ⊥CD ,∵平面P AD ⊥底面ABCD ,平面P AD ∩底面ABCD =AD ,P A ⊥AD , ∴P A ⊥底面ABCD , ∴P A ⊥CD ,又P A ∩AD =A , ∴CD ⊥平面P AD ,∴CD ⊥PD , ∵E ,F 分别是CD ,PC 的中点, ∴PD ∥EF ,∴CD ⊥EF ,又EF ∩BE =E , ∴CD ⊥平面BEF ,∵CD ⊂平面PCD ,∴平面BEF ⊥平面PCD .。
直线平面平行、垂直的判定及其性质知识点在几何学中,我们经常会遇到直线和平面之间的关系。
其中,直线与平面可以有平行关系或垂直关系。
本文将介绍直线和平面平行、垂直的判定方法,并讨论它们的性质。
一、直线和平面的基本概念回顾在论述直线和平面的平行、垂直关系之前,我们需要先回顾一些基本概念。
1. 直线直线是由无限多个点按一定方向排列而成的,没有始点和终点。
直线可由一个点和一个方向确定。
在数学中,直线通常用两个点A和B表示,记作AB。
2. 平面平面是二维几何体,具有无限多个点,且任意两点之间可以连成一条直线。
平面由三个非共线的点决定。
在数学中,我们通常用大写字母P、Q、R等表示平面上的点。
二、直线和平面的平行判定1. 平行直线与平面的关系如果一条直线与一个平面内的直线平行,那么它也与这个平面平行。
同样地,如果一条直线与一个平面内的直线垂直,那么它也与这个平面垂直。
2. 平行直线的判定方法直线之间的平行关系有多种判定方法。
下面介绍两种常见的方法:(1) 借助平面间的平行关系进行判定两条直线平行的充要条件是,它们在同一个平面内,且与该平面的一条直线平行。
(2) 借助直线的倾斜角进行判定两条直线平行的充要条件是,它们的倾斜角相等或互补。
三、直线和平面的垂直判定1. 垂直直线与平面的关系如果一条直线与一个平面内的直线垂直,那么它与这个平面垂直。
2. 垂直直线的判定方法直线与平面垂直的判定方法有多种。
下面介绍两种常见的方法:(1) 借助直线和平面的夹角进行判定直线与平面垂直的充要条件是,直线与平面内的两条相交直线成对应的垂直角。
(2) 借助直线的方向向量进行判定直线与平面垂直的充要条件是,直线的方向向量与平面的法向量垂直。
四、直线平面平行、垂直关系的性质1. 性质1:平行或垂直关系具有传递性若直线a与直线b平行,直线b与直线c平行,那么直线a与直线c也平行。
同样的,若直线m与直线n垂直,直线n与直线p垂直,那么直线m与直线p也垂直。
【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
*巩固知识典型例题
【知识巩固】
例2长方体ABCD-A1B1C1D1中(如图9−45),直线AA1与平面ABCD垂直吗?为什么?
图9−45
解因为长方体ABCD-A1B1C1D1中,侧面ABB1A1、AA1D1D都是长方形,所以AA1⊥AB,AA1⊥AD.且AB和AD是平面ABCD内的两条相交直线.由直线与平面垂直的判定定理知,直线AA1⊥平面ABCD.
图9−46
[小提示]
在实际生活中,我们采用如图9−46所示的“合页型折纸”检验直线与平面垂直,就是直线与平面垂直方法的应用.
【做一做】
如果只给一个卷尺,你能否判断操场中立的旗杆与底面垂直吗?
过 程
行为
行为
意图
间
如图9−47所示,设m α⊥,n α⊥,则 m ∥n .
[想一想]
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吗?为什么?
说明 引领 分析
理解
带领 学生 分析 32 *巩固知识 典型例题
【知识巩固】
例3 如图9−48,AB 和CD 都是平面α的垂线,垂足分别为B 、D ,A 、C 分别在平面α的两侧,AB =4 cm ,CD =8 cm ,BD =5 cm ,求AC 的长.
图9−48 解 因为AB ⊥α,CD ⊥α,所以 AB ∥CD .因为BD 在平面α内,AB ⊥
BD ,CD ⊥BD .设AB 与CD 确定平面β,在平面β内,过点A 作AE ∥BD ,直线
AE 与CD 交于点E .
在直角三角形ACE 中,因为AE =BD =5 cm ,
CE =CD +DE =CD +AB =8 + 4 =12(cm ),
所以 AC = 22AE CE + = 22
512+ =13(cm ).
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 注意 观察 学生 是否 理解 知识 点 37 *运用知识 强化练习
1.一根旗杆AB 高8 m ,它的顶端A 挂两条10 m 的绳子,拉紧绳子并把它们的两个下端固定在地面上的C 、D 两点,并使点C 、D 与旗杆脚B 不共线,如果C 、D 与B 的距离都是6 m ,那么是否可以判定旗杆AB 与地面垂直,为什么? 2.如图所示,ABC ∆在平面α内,90BAC ∠=︒,且PA α⊥于A ,那么AC
与PB 是否垂直?为什么?
提问
巡视
指导
思考 解答
及时 了解 学生 知识 掌握 情况
42
α
图9−47
m
n
过 程
行为
行为
意图
间
*创设情境 兴趣导入
【知识回顾】
两个平面相交,如果所成的二面角是直二面角,那么称这两个平面互相垂直.平面α与平面β垂直,记作βα⊥.
画表示两个互相垂直平面的图形时,一般将两个平行四边形的一组对边画成垂直的位置,可以把直立的平面画成矩形(图9−49(1)),也可以把直立的平面画成平行四边形(图9−49(2)).
【做一做】 请动手画出图9−50中的两个图形. [实例]
建筑工人在砌墙时,把线的一端系一个铅锤,另一端用砖压在墙壁面上(图9−50),观察系有铅锤的线与墙面是否紧贴(在铅锤处应有一空隙),即判断所砌墙面是否经过地面的垂线,以此保证所砌的墙面与地面垂直.
图 9−50
质疑 引导 分析
观察 思考
带领 学生 分析
48 *动脑思考 探索新知
【新知识】
这种做法的依据是平面与平面垂直的判定方法:一个平面经过另一个平面的垂线则两个平面垂直.
如图9−51所示,如果AB β⊥,AB 在α内,那么αβ⊥.
讲解 说明 引领 分析
理解
带领 学生 分析
β
(2)
α
图9−49
过 程 行为 行为 意图 间
52
*巩固知识 典型例题
【知识巩固】
例4 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1(如图9−52)中,判断平面B 1AC 与平面B 1BDD 1是否垂直.
图9−52
解 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,B 1B ⊥平面ABCD ,所以BB 1⊥AC ,在底面正方形ABCD 中,BD ⊥AC ,因此AC ⊥平面BB 1D 1D ,
因为AC 在平面B 1AC 内,所以平面B 1AC 与平面B 1BDD 1垂直.
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
57 *创设情境 兴趣导入
【实验】
如图9−53所示,在正方体1A C 的侧面11A ABB 中,作1EE AB ,观察1
EE 与底面ABCD 的关系.
质疑 引导 分析
思考
带领 学生 分析
60
1
A 1
D 1
C 1
B A D
C
B
图9−53
E 1
E
图9−51
过 程
行为
行为
意图
间
*动脑思考 探索新知
【新知识】
可以看到,由于1EE AB ⊥,故11EE BB ∥,又1BB BC ⊥,因此1EE BC
⊥.这样,
1
EE 就与底面
ABCD 中的两条相交直线AB BC 、都垂直,所以1EE 与底面ABCD 垂直.
由大量的观察与实践,归纳出平面与平面垂直的性质:如果两个平面垂直,那么一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直.
讲解 说明 引领 分析 理解 记忆
带领 学生 分析
64 *巩固知识 典型例题
【知识巩固】
例5 如图9−54所示,平面α⊥平面β, AC 在平面α内,且AC ⊥AB ,BD 在平面β内,且BD ⊥AB ,AC =12 cm ,AB =3 cm ,BD =4 cm .求CD 的长.
图9−54
解 在平面β内,连结AD .又由于BD ⊥AB ,所以在直角三角形ABD 中,
222223425=+=+=AD AB BD ,
故 AD =5(cm ).
因为αβ⊥,AC 在平面α内,且AC ⊥AB ,AB 为平面α与β的交线,所以AC ⊥β.
因此CA ⊥AD .
在直角三角形ACD 中,
22222125169=+=+=CD AC AD ,
故 CD =13(cm ).
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 注意 观察 学生 是否 理解 知识 点
69 *运用知识 强化练习
1.如图所示,在长方体1111ABCD A B C D -中,与平面1AB 垂直的平面有
个,与平面1AB 垂直的棱有 条.
提问
思考 及时 了解 学生
【教师教学后记】。