课时跟踪检测(四十五) 直线、平面垂直的判定与性质

高考数学一轮复习直线、平面垂直的判定与性质课时跟踪检测理湘教版(分Ⅰ、Ⅱ卷，共2页)第Ⅰ卷：夯基保分卷1．在空间中，给出下面四个命题：①过一点有且只有一个平面与已知直线垂直；②若平面外两点到平面的距离相等，则过两点的直线必平行于该平面；③垂直于同一条直线的两条直线互相平行；④若两个平面相互垂直，则一个平面内的任意一条直线必定垂直于另一个平面内的无数条直线．其中正确的命题是( )A．①②B．②③C．③④D．①④2．(2014·南昌模拟)设a，b是夹角为30°的异面直线，则满足条件“a⊂α，b⊂β，且α⊥β”的平面α，β( )A．不存在B．有且只有一对C．有且只有两对D．有无数对3．已知在空间四边形ABCD中，AD⊥BC，AD⊥BD，且△BCD是锐角三角形，则必有( ) A．平面ABD⊥平面ADC B．平面ABD⊥平面ABCC．平面ADC⊥平面BDC D．平面ABC⊥平面BDC4.如图，直三棱柱ABC­A1B1C1中，侧棱长为2，AC＝BC＝1，∠ACB＝90°，D是A1B1的中点，F是BB1上的动点，AB1，DF交于点E.要使AB1⊥平面C1DF，则线段B1F的长为( )A.12B．1C.32D．25.如图所示，在四棱锥P­ABCD中，PA⊥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)6．假设平面α∩平面β＝EF，AB⊥α，CD⊥β，垂足分别为B，D，如果增加一个条件，就能推出BD⊥EF，现有下面四个条件：①AC⊥α；②AC与α，β所成的角相等；③AC与BD在β内的射影在同一条直线上；④AC∥EF.其中能成为增加条件的是________．(把你认为正确的条件序号都填上)7．(2013·辽宁高考)如图，AB 是圆O 的直径，PA 垂直圆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：QG ∥平面PBC .8．(2013·北京高考)如图，在四棱锥P ­ABCD 中，AB ∥CD ，AB⊥AD ，CD ＝2AB ，平面PAD ⊥底面ABCD ，PA ⊥AD ，E 和F 分别为CD 和PC 的中点．求证：(1)PA ⊥底面ABCD ；(2)BE ∥平面PAD ；(3)平面BEF ⊥平面PCD .第Ⅱ卷：提能增分卷1．如图1，在边长为1的等边三角形ABC 中，D ，E 分别是AB ，AC 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.图1 图2(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 .2．如图，在三棱锥A ­BOC 中，AO ⊥平面COB ，∠OAB ＝∠OAC ＝π6，AB ＝AC ＝2，BC ＝2，D 、E 分别为AB 、OB 的中点．(1)求证：CO ⊥平面AOB ；(2)在线段CB 上是否存在一点F ，使得平面DEF ∥平面AOC ，若存在，试确定F 的位置；若不存在，请说明理由．3.如图，在正三棱柱ABC ­A 1B 1C 1中，点D 在边BC 上，AD ⊥C 1D .(1)求证：AD ⊥平面BCC 1B 1；(2)设E 是B 1C 1上的一点，当B 1E EC 1的值为多少时，A 1E ∥平面ADC 1？请给出证明．答 案第Ⅰ卷：夯基保分卷1．选D 易知①④正确；对于②，过两点的直线可能与平面相交；对于③，垂直于同一条直线的两条直线可能平行，也可能相交或异面．故选D.2．选D 过直线a 的平面α有无数个，当平面α与直线b 平行时，两直线的公垂线与b 确定的平面β⊥α，当平面α与b 相交时，过交点作平面α的垂线与b 确定的平面β⊥α.故选D.3．选C ∵AD ⊥BC ，AD ⊥BD ，BC ∩BD ＝B ，∴AD ⊥平面BDC ，又AD ⊂平面ADC ，∴平面ADC ⊥平面BDC .故选C.4．选A 设B 1F ＝x ，因为AB 1⊥平面C 1DF ，DF ⊂平面C 1DF ，所以AB 1⊥DF .由已知可以得A 1B 1＝2，设Rt△AA 1B 1斜边AB 1上的高为h ，则DE ＝12h .又2×2＝h 22＋22，所以h ＝233，DE ＝33.在Rt△DB 1E 中，B 1E ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫222－⎝ ⎛⎭⎪⎫332＝66.由面积相等得66×x 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫222＝22x ，得x ＝12. 5．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)6．解析：如果AB 与CD 在一个平面内，可以推出EF 垂直于该平面，又BD 在该平面内，所以BD ⊥EF .故要证BD ⊥EF ，只需AB ，CD 在一个平面内即可，只有①③能保证这一条件．答案：①③7．证明：(1)证明：由AB 是圆O 的直径，得AC ⊥BC .由PA ⊥平面ABC ，BC ⊂平面ABC ，得PA ⊥BC .又PA ∩AC ＝A ，PA ⊂平面PAC ，AC ⊂平面PAC ，所以BC ⊥平面PAC .(2)连OG 并延长交AC 于M ，连接QM ，QO ，由G 为△AOC 的重心，得M 为AC 中点．由Q 为PA 中点，得QM ∥PC .又O 为AB 中点，得OM ∥BC .因为QM ∩MO ＝M ，QM ⊂平面QMO ，MO ⊂平面QMO ，BC ∩PC ＝C ，BC ⊂平面PBC ，PC ⊂平面PBC ，所以平面QMO ∥平面PBC .因为QG ⊂平面QMO ，所以QG ∥平面PBC .8．证明：(1)因为平面PAD ⊥底面ABCD ，且PA 垂直于这两个平面的交线AD ，所以PA ⊥底面ABCD .(2)因为AB ∥CD ，CD ＝2AB ，E 为CD 的中点，所以AB ∥DE ，且AB ＝DE .所以ABED 为平行四边形．所以BE ∥AD .又因为BE ⊄平面PAD ，AD ⊂平面PAD ，所以BE ∥平面PAD .(3)因为AB ⊥AD ，而且ABED 为平行四边形．所以BE ⊥CD ，AD ⊥CD ，由(1)知PA ⊥底面ABCD ，所以PA ⊥CD ，因为PA ∩AD ＝A ，所以CD ⊥平面PAD .所以CD ⊥PD .因为E 和F 分别是CD 和PC 的中点，所以PD ∥EF ，所以CD ⊥EF .又EF ∩BE ＝E ，所以CD ⊥平面BEF .所以平面BEF ⊥平面PCD .第Ⅱ卷：提能增分卷1．解：(1)证明：如图1，在等边三角形ABC 中，AB ＝AC .∵AD ＝AE ，∴AD DB ＝AE EC，∴DE ∥BC ， ∴DG ∥BF ，如图2，DG ⊄平面BCF ，BF ⊂平面BCF ，∴DG ∥平面BCF .同理可证GE ∥平面BCF .∵DG ∩GE ＝G ，∴平面GDE ∥平面BCF ，∴DE ∥平面BCF .(2)证明：如图1，在等边三角形ABC 中，F 是BC 的中点，∴AF ⊥FC ，∴BF ＝FC ＝12BC ＝12. 在图2中，∵BC ＝22，∴BC 2＝BF 2＋FC 2， ∴∠BFC ＝90°，∴FC ⊥BF .∵BF ∩AF ＝F ，∴CF ⊥平面ABF .(3)∵AD ＝23，∴BD ＝13，AD ∶DB ＝2∶1， 在图2中，AF ⊥FC ，AF ⊥BF ，∴AF ⊥平面BCF ，由(1)知平面GDE ∥平面BCF ， ∴AF ⊥平面GDE .在等边三角形ABC 中，AF ＝32AB ＝32， ∴FG ＝13AF ＝36，DG ＝23BF ＝23×12＝13＝GE ，∴S △DGE ＝12DG ·EG ＝118， ∴V F ­DEG ＝13S △DGE ·FG ＝3324. 2．解：(1)证明：因为AO ⊥平面COB ，所以AO ⊥CO ，AO ⊥BO .即△AOC 与△AOB 为直角三角形．又因为∠OAB ＝∠OAC ＝π6，AB ＝AC ＝2， 所以OB ＝OC ＝1.由OB 2＋OC 2＝1＋1＝2＝BC 2，可知△BOC 为直角三角形．所以CO ⊥BO ，又因为AO ∩BO ＝O ，所以CO ⊥平面AOB .(2)在段线CB 上存在一点F ，使得平面DEF ∥平面AOC ，此时F 为线段CB 的中点． 如图，连接DF ，EF ，因为D 、E 分别为AB 、OB 的中点，所以DE ∥OA .又DE ⊄平面AOC 上，所以DE ∥平面AOC .因为E 、F 分别为OB 、BC 的中点，所以EF ∥OC .又EF ⊄平面AOC ，所以EF ∥平面AOC ，又EF ∩DE ＝E ，EF ⊂平面DEF ，DE ⊂平面DEF ，所以平面DEF ∥平面AOC .3．解：(1)证明：在正三棱柱中，CC 1⊥平面ABC ，AD ⊂平面ABC ，∴AD ⊥CC 1. 又∵AD ⊥C 1D ，CC 1∩C 1D ＝C 1，CC 1⊂平面BCC 1B 1，C 1D ⊂平面BCC 1B 1，∴AD ⊥平面BCC 1B 1.(2)由(1)，得AD ⊥BC .在正三角形ABC 中，D 是BC 的中点．当B1EEC1＝1，即E为B1C1的中点时，A1E∥平面ADC1.证明如下，作图如图所示．事实上，正三棱柱ABC­A1B1C1中，四边形BCC1B1是矩形，且D，E分别是BC，B1C1的中点，所以B1B∥DE，B1B＝DE.又∵B1B∥AA1，且B1B＝AA1，∴DE∥AA1，且DE＝AA1.∴四边形ADEA1为平行四边形，∴EA1∥AD.而A1E⊄平面ADC1，AD⊂平面ADC1，故A1E∥平面ADC1.。

课时规范练41直线、平面垂直的判定与性质基础巩固组1.如图,在直角梯形ABCD中,AB∥CD,∠BCD=90°,BC=CD,AE=BE,ED⊥平面ABCD.(1)若M是AB的中点,求证:平面CEM⊥平面BDE;(2)若N为BE的中点,求证:CN∥平面ADE.2.如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1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.3.如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面ABCD是直角梯形,∠ADC=90°,AD∥BC,AB⊥AC,AB=AC=,点E在AD上,且AE=2ED.(1)已知点F在BC上,且CF=2FB,求证:平面PEF⊥平面PAC;(2)若△PBC的面积是梯形ABCD面积的,求点E到平面PBC的距离.〚导学号21500561〛4.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为棱C1D1的中点,F为棱BC的中点.(1)求证:AE⊥DA1;(2)在线段AA1上求一点G,使得AE⊥平面DFG.综合提升组5.如图,Rt△ABC中,∠ACB=90°,BC=2AC=4,D,E分别是AB,BC边的中点,沿DE将△BDE折起至△FDE,且∠CEF=60°.(1)求四棱锥F-ADEC的体积;(2)求证:平面ADF⊥平面ACF.6.如图①,五边形ABCDE中,ED=EA,AB∥CD,CD=2AB,∠EDC=150°.如图②,将△EAD沿AD折到△PAD的位置,得到四棱锥P-ABCD,点M为线段PC的中点,且BM⊥平面PCD.图①图②(1)求证:平面PAD⊥平面ABCD;(2)若四棱锥P-ABCD的体积为2,求四面体BCDM的体积.7.如图,四棱锥P-ABCD的底面是边长为1的正方形,侧棱PA⊥底面ABCD,且PA=2,E是侧棱PA上的动点.(1)求四棱锥P-ABCD的体积.(2)如果E是PA的中点,求证:PC∥平面BDE.(3)是否不论点E在侧棱PA的任何位置,都有BD⊥CE?证明你的结论.〚导学号21500562〛创新应用组8.如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为正方形,PA⊥底面ABCD,AD=AP=2,AB=2,E为棱PD中点.(1)求证:PD⊥平面ABE;(2)求四棱锥P-ABCD外接球的体积.9.如图①,在平面六边形ABFCDE中,四边形ABCD是矩形,且AB=4,BC=2,AE=DE=,BF=CF=,点M,N分别是AD,BC的中点,分别沿直线AD,BC将△ADE,△BCF翻折成如图②的空间几何体ABCDEF.(1)利用下面的结论1或结论2,证明:E,F,M,N四点共面;结论1:过空间一点作已知直线的垂面,有且只有一个;结论2:过平面内一条直线作该平面的垂面,有且只有一个.(2)若二面角E-AD-B和二面角F-BC-A都是60°,求三棱锥E-BCF的体积.图①图②〚导学号21500563〛参考答案课时规范练41直线、平面垂直的判定与性质1.证明 (1)∵ED⊥平面ABCD,∴ED⊥AD,ED⊥BD,ED⊥CM.∵AE=BE,∴Rt△ADE≌Rt△BDE,∴AD=BD.连接DM,则DM⊥AB,∵AB∥CD,∠BCD=90°,BC=CD,∴四边形BCDM是正方形,∴BD⊥CM.又DE⊥CM,BD∩DE=D,∴CM⊥平面BDE,∵CM⫋平面CEM,∴平面CEM⊥平面BDE.(2)由(1)知,AB=2CD,取AE中点G,连接NG,DG,在△EBA中,∵N为BE的中点,∴NG∥AB且NG=AB,又AB∥CD,且AB=2CD,∴NG∥CD,且NG=CD,∴四边形CDGN为平行四边形,∴CN∥DG.又CN⊈平面ADE,DG⫋平面ADE,∴CN∥平面ADE.2.证明 (1)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,A1C1∥AC.在△ABC中,因为D,E分别为AB,BC的中点,所以DE∥AC,于是DE∥A1C1.又因为DE⊈平面A1C1F,A1C1⫋平面A1C1F,所以直线DE∥平面A1C1F.(2)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,A1A⊥平面A1B1C1.因为A1C1⫋平面A1B1C1,所以A1A⊥A1C1.又因为A1C1⊥A1B1,A1A⫋平面ABB1A1,A1B1⫋平面ABB1A1,A1A∩A1B1=A1,所以A1C1⊥平面ABB1A1.因为B1D⫋平面ABB1A1,所以A1C1⊥B1D.又因为B1D⊥A1F,A1C1⫋平面A1C1F,A1F⫋平面A1C1F,A1C1∩A1F=A1,所以B1D⊥平面A1C1F.因为B1D⫋平面B1DE,所以平面B1DE⊥平面A1C1F.3.(1)证明∵AB⊥AC,AB=AC,∴∠ACB=45°.∵底面ABCD是直角梯形,∠ADC=90°,AD∥BC,∴∠ACD=45°,∴AD=CD,∴BC=2AD.∵AE=2ED,CF=2FB,∴AE=BF=AD,∴四边形ABFE是平行四边形,∴AB∥EF.又AB⊥AC,∴AC⊥EF.∵PA⊥底面ABCD,∴PA⊥EF.∵PA∩AC=A,∴EF⊥平面PAC.∵EF⫋平面PEF,∴平面PEF⊥平面PAC.(2)解∵PA⊥底面ABCD,且AB=AC,∴PB=PC,取BC的中点G,连接AG,则AG⊥BC,AG=CD=1.设PA=x,连接PG,则PG=,∵△PBC的面积是梯形ABCD面积的倍,∴×2×PG=×(1+2)×1,即PG=2,求得x=,∵AD∥BC,AD⊈平面PBC,BC⫋平面PBC,∴AD∥平面PBC,∴点E到平面PBC的距离即是点A到平面PBC的距离,∵V A-PBC=V P-ABC,S△PBC=2S△ABC,∴点E到平面PBC的距离为PA=.4.(1)证明连接AD1,BC1(图略).由正方体的性质可知,DA1⊥AD1,DA1⊥AB,又AB∩AD1=A,∴DA1⊥平面ABC1D1.∵AE⫋平面ABC1D1,∴AE⊥DA1.(2)解所求点G即为点A1,证明如下:由(1)可知AE⊥DA1,取CD的中点H,连接AH,EH(图略),由DF⊥AH,DF⊥EH,AH∩EH=H, 可得DF⊥平面AHE.∵AE⫋平面AHE,∴DF⊥AE.又DF∩A1D=D,∴AE⊥平面DFA1,即AE⊥平面DFG.5.解 (1)∵D,E分别是AB,BC边的中点,∴DE AC,DE⊥BC,DE=1.依题意,DE⊥EF,BE=EF=2,∵EF∩EC=E,∴DE⊥平面CEF,∵DE⫋平面ACED,∴平面ACED⊥平面CEF.作FM⊥EC于M,则FM⊥平面ACED,∵∠CEF=60°,∴FM=,梯形ACED的面积S=(AC+ED)×EC=(1+2)×2=3.四棱锥F-ADEC的体积V=Sh=×3×.(2)(方法一)如图,取线段AF,CF的中点N,Q,连接DN,NQ,EQ,则NQ AC,∴NQ DE,四边形DEQN是平行四边形,DN∥EQ.∵EC=EF,∠CEF=60°,∴△CEF是等边三角形,EQ⊥FC,又DE⊥平面CEF,∴DE⊥EQ,∴AC⊥EQ,∵FC∩AC=C,∴EQ⊥平面ACF,∴DN⊥平面ACF,又DN⫋平面ADF,∴平面ADF⊥平面ACF.(方法二)连接BF,∵EC=EF,∠CEF=60°,∴△CEF是边长为2等边三角形.∵BE=EF,∴∠EBF=∠CEF=30°,∴∠BFC=90°,BF⊥FC.∵DE⊥平面BCF,DE∥AC,∴AC⊥平面BCF.∵BF⫋平面BCF,∴AC⊥BF,又FC∩AC=C,∴BF⊥平面ACF,又BF⫋平面ADF,∴平面ADF⊥平面ACF.6.(1)证明取PD的中点N,连接AN,MN,则MN∥CD,且MN=CD,又AB∥CD,AB=CD, ∴MN∥AB,MN=AB,∴四边形ABMN是平行四边形,∴AN∥BM,又BM⊥平面PCD,∴AN⊥平面PCD,∴AN⊥PD,AN⊥CD,由ED=EA,即PD=PA,及N为PD的中点,得△PAD为等边三角形,∴∠PDA=60°,又∠EDC=150°,∴∠CDA=90°,∴CD⊥AD,又AN∩AD=A,∴CD⊥平面PAD,又CD⫋平面ABCD,∴平面PAD⊥平面ABCD.(2)解设四棱锥P-ABCD的高为h,四边形ABCD的面积为S,则V P-ABCD=Sh=2,又S△BCD=S,四面体BCDM的底面BCD上的高为, ∴四面体BCDM的体积V BCDM=×S△BCD×Sh=.7.(1)解∵PA⊥底面ABCD,∴PA为此四棱锥底面上的高.∴V四棱锥P-ABCD=S正方形ABCD×PA=×12×2=.(2)证明连接AC交BD于点O,连接OE.∵四边形ABCD是正方形,∴AO=OC.又AE=EP,∴OE∥PC.又PC⊈平面BDE,OE⫋平面BDE,∴PC∥平面BDE.(3)解不论点E在侧棱PA的任何位置,都有BD⊥CE.证明如下:∵四边形ABCD是正方形,∴BD⊥AC.∵PA⊥底面ABCD,∴PA⊥BD.又PA∩AC=A,∴BD⊥平面PAC.∵CE⫋平面PAC,∴BD⊥CE.8.(1)证明∵PA⊥底面ABCD,AB⊂底面ABCD,∴PA⊥AB,又底面ABCD为矩形,∴AB⊥AD,又PA⫋平面PAD,AD⫋平面PAD,PA∩AD=A,∴AB⊥平面PAD,又PD⫋平面PAD,∴AB⊥PD,AD=AP,E为PD中点,∴AE⊥PD,AE∩AB=A,AE⫋平面ABE,AB⫋平面ABE,∴PD⊥平面ABE.(2)解四棱锥P-ABCD外接球球心是线段BD和线段PA的垂直平分线交点O,由已知BD===4,设M为BD中点,∴AM=2,OM=AP=1,∴OA===3,∴四棱锥P-ABCD外接球的体积是πOA3=36π.9.(1)证明由题意,点E在底面ABCD的射影在MN上,可设为点P,同理,点F在底面ABCD的射影在MN上,可设为点Q,则EP⊥平面ABCD,FQ⊥平面ABCD,∴平面EMP⊥平面ABCD,平面FNQ⊥平面ABCD,又MN⫋平面ABCD,MN⫋平面EMP,MN⫋平面FNQ,由结论2:过平面内一条直线作该平面的垂面,有且只有一个,得到E,F,M,N四点共面.(2)解∵二面角E-AD-B和二面角F-BC-A都是60°,∴∠EMP=∠FNQ=60°,∴EP=EM·sin 60°=,∴三棱锥E-BCF的体积V E-BCF=V ABCDEF-V E-ABCD=2××3-×(4×2)×.。

人教版高中数学必修二第2章 点、直线、平面之间的位置关系2.3 直线、平面垂直的判定及其性质2.3.3 直线与平面垂直的性质学案【学习目标】1．理解直线和平面垂直的性质定理，并能用文字、符号和图形语言描述定理．(重点)2．能够灵活地应用线面垂直的性质定理证明相关问题．(重点、难点)3．理解并掌握“平行”与“垂直”之间的相互转化．(重点)【要点梳理 夯实基础】知识点 直线与平面垂直的性质定理阅读教材P 70的内容，完成下列问题． 文字语言垂直于同一个平面的两条直线平行 符号语言 ⎭⎪⎬⎪⎫a ⊥αb ⊥α⇒a ∥b 图形语言作用①线面垂直⇒线线平行 ②作平行线[思考辨析 学练结合]1. (1)垂直于同一平面的两条垂线一定共面吗？[答案] 共面.由线面垂直的性质定理可知这两条直线是平行的，故能确定一个平面.(2)过一点有几条直线与已知平面垂直？[答案] 有且仅有一条.假设过一点有两条直线与已知平面垂直，由直线与平面垂直的性质定理可得这两条直线平行，即无公共点，这与过同一点相矛盾，故只有一条直线.2. 判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)垂直于同一条直线的两个平面互相平行．( )(2)垂直于同一平面的两条直线互相平行．()(3)一条直线在平面内，另一条直线与这个平面垂直，则这两条直线互相垂直．()[解析]由线面垂直的定义和性质可知(1)、(2)、(3)均正确．[答案](1)√(2)√(3)√【合作探究析疑解难】考点1 线面垂直性质定理的应用[典例1] 如图所示，在正方体ABCD-A1B1C1D1中，M是AB上一点，N是A1C的中点，MN⊥平面A1DC.求证：(1)MN∥AD1；(2)M是AB的中点．[分析](1)要证线线平行，则先证线面垂直，即证AD1⊥平面A1DC.(2)可证ON＝AM，ON＝12AB.[解答](1)∵ADD1A1为正方形，∴AD1⊥A1D.又∵CD⊥平面ADD1A1.∴CD⊥AD1.∵A1D∩CD＝D，∴AD1⊥平面A1DC. 又∵MN⊥平面A 1DC，∴MN∥AD1.(2)连接ON，在△A1DC中，A1O＝OD，A1N＝NC.∴ON＝12DC＝12AB，∴ON∥AM.又∵MN∥OA，∴四边形AMNO为平行四边形，∴ON＝AM.∵ON＝12AB，∴AM＝12AB，∴M是AB的中点．[方法总结]1．直线与平面垂直的性质定理是线线、线面垂直以及线面、面面平行的相互转化的桥梁，因此必须熟练掌握这些定理，并能灵活地运用它们．2．当题中垂直条件很多，但又需证平行关系时，就要考虑垂直的性质定理，从而完成垂直向平行的转化．[跟踪练习]1．如图，已知平面α∩平面β＝l，EA⊥α，垂足为A，EB⊥β，垂足为B，直线a⊂β，a⊥AB.求证：a∥l.[证明]因为EA⊥α，α∩β＝l，即l⊂α，所以l⊥EA.同理l⊥EB.又EA∩EB＝E，所以l⊥平面EAB.因为EB⊥β，a⊂β，所以EB⊥a，又a⊥AB，EB∩AB＝B，所以a⊥平面EAB.由线面垂直的性质定理，得a∥l.考点2 条件开放题[典例2] 如图，在直四棱柱A1B1C1D1－ABCD中，当底面四边形ABCD满足什么条件时，有A1C⊥B1D1？(注：写出一个你认为正确的条件即可，不必考虑所有可能的情形)[解]因为BD∥B1D1，所以要使A1C⊥B1D1，需A1C⊥BD.又因为A1A⊥平面ABCD，A1A⊥BD，A1A∩A1C＝A1，所以BD⊥平面A1AC.因为AC⊂平面A1AC，所以AC⊥BD.由以上分析，知要使A1C⊥B1D1，需使AC⊥BD或任何能推导出AC⊥BD的条件，如四边形ABCD是正方形、菱形等.[解题感悟]此题是对条件开放的，因此解决此类问题时一般从结论入手，分析得到该结论所需的条件，逐步使问题简化，最终得证.这种解决问题的技巧在今后的学习中经常会用到，注意掌握.【学习检测巩固提高】1. 如图，正方体A1B1C1D1－ABCD中，EF与异面直线AC、A1D都垂直相交. 求证：EF∥BD1.[证明]如图所示，连接AB1、B1D1、B1CC、BD，∵DD1⊥平面ABCD，AC⊂平面ABCD，∴DD1⊥AC.又AC⊥BD，DD1∩BD＝D，∴AC⊥平面BDD1B1，又BD1⊂平面BDD1B1，∴AC⊥BD1.同理可证BD1⊥B1C，又AC∩B1C＝C，∴BD1⊥平面AB1C.∵EF⊥A1D，A1D∥B1C，∴EF⊥B1C.又∵EF⊥AC，AC∩B1C＝C，∴EF⊥平面AB1C，∴EF∥BD1.2. 如图，已知α∩β＝AB，PQ⊥α于点Q，PO⊥β于点O，OR⊥α于点R.求证：QR⊥AB.[证明]如图，因为α∩β＝AB，PO⊥β于点O，所以PO⊥AB.因为PQ⊥α于点Q，所以PQ⊥AB.因为PO∩PQ＝P，所以AB⊥平面PQO.因为OR⊥α于点R，所以PQ∥OR.因为PQ与OR确定平面PQRO，QR⊂平面PQRO，AB⊥平面PQRO，所以AB⊥QR.[解题感悟]证明线线平行常有如下方法：(1)利用线线平行定义：证共面且无公共点；(2)利用三线平行公理：证两线同时平行于第三条直线；(3)利用线面平行的性质定理：把证线线平行转化为证线面平行；(4)利用线面垂直的性质定理：把证线线平行转化为证线面垂直；(5)利用面面平行的性质定理：把证线线平行转化为证面面平行. 3．AB，EF⊥FB，∠BFC＝90°，BF＝FC，H为BC的中点．(1)求证：FH∥平面EDB；(2)求证：AC⊥平面EDB；(3)求四面体B－DEF的体积．(1)证明如图，设AC与BD交于点G，则G为AC的中点．连接EG，GH，由于H为BC的中点，故GH=12AB．又EF=12AB，∴EF綊GH．∴四边形EFHG为平行四边形．∴EG∥FH．而EG⊂平面EDB，FH⊄平面EDB，∴FH∥平面EDB．(2)证明由四边形ABCD为正方形，得AB⊥BC．又EF∥AB，∴EF⊥BC．而EF⊥FB，∴EF⊥平面BFC．∴EF⊥FH．∴AB⊥FH．又BF＝FC，H为BC的中点，∴FH⊥BC．∴FH⊥平面ABCD．∴FH⊥AC．又FH∥EG，∴AC⊥EG．又AC⊥BD，EG∩BD＝G，∴AC⊥平面EDB．(3)解∵EF⊥FB，∠BFC＝90°∴BF⊥平面CDEF．∴BF为四面体B－DEF的高．又BC ＝AB ＝2，∴BF ＝FC ＝2．V B －DEF ＝13×12×1×2×2＝13．人教版高中数学必修二第2章 点、直线、平面之间的位置关系2.3.3 直线与平面垂直的性质课时检测一、选择题1．下列说法正确的是( )A ．若l 上有无数个点不在平面α内，则l ∥αB ．若直线l 与平面α垂直，则l 与α内的任一直线垂直C ．若E 、F 分别为△ABC 中AB 、BC 边上的中点，则EF 与经过AC 边的所有平面平行D ．两条垂直的直线中有一条和一个平面平行，则另一条和这个平面垂直[解析] 由线面垂直的定义知B 正确．[答案] B2．在空间中，下列命题正确的是( )A.垂直于同一条直线的两直线平行B.平行于同一条直线的两个平面平行C.垂直于同一平面的两个平面平行D.垂直于同一平面的两条直线平行[解析] A 项中垂直于同一条直线的两直线可能平行、异面或相交； B 项中平行于同一条直线的两个平面可能平行或相交；C 项中垂直于同一平面的两个平面可能平行或相交；D 项正确.[答案] D3．过平面外一点P ：①存在无数条直线与平面α平行；②存在无数条直线与平面α垂直；③有且只有一条直线与平面α平行；④有且只有一条直线与平面α垂直，其中真命题的个数是( )A ．1B ．2C ．3D ．4[答案] B4．若M 、n 表示直线，α表示平面，则下列命题中，正确命题的个数为( )① ⎭⎪⎬⎪⎫m ∥n m ⊥α⇒n ⊥α； ②⎭⎪⎬⎪⎫m ⊥αn ⊥α⇒M ∥n ；③ ⎭⎪⎬⎪⎫m ⊥αn ∥α⇒M ⊥n; ④⎭⎪⎬⎪⎫m ∥αm ⊥n ⇒n ⊥α． A ．1 B ．2 C ．3 D ．4[解析] ①②③正确，④中n 与面α可能有：n ⊂α或n ∥α或相交(包括n ⊥α)．[答案] C5．已知长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1，在平面AB 1上任取一点M ，作ME ⊥AB 于E ，则( )A ．ME ⊥平面ACB ．ME ⊂平面ACC ．ME ∥平面ACD ．以上都有可能[解析] 由于ME ⊂平面AB 1，平面AB 1∩平面AC ＝AB ，且平面AB 1⊥平面AC ，ME ⊥AB ，则ME ⊥平面AC .[答案] A6．已知直线PG ⊥平面α于G ，直线EF ⊂α，且PF ⊥EF 于F ，那么线段PE ，PF ，PG 的大小关系是( )A ．PE >PG >PFB ．PG >PF >PEC ．PE >PF >PGD ．PF >PE >PG[解析] 由于PG ⊥平面α于G ，PF ⊥EF ，∴PG 最短，PF<PE ，∴有PG<PF<PE ．故选C ．[答案] C7．P A 垂直于以AB 为直径的圆所在平面，C 为圆上异于A ，B 的任一点，则下列关系不正确的是( )A ．P A ⊥BCB ．BC ⊥平面P ACC ．AC ⊥PBD ．PC ⊥BC[解析] PA ⊥平面ABC ，得PA ⊥BC ，A 正确；又BC ⊥AC ，∴BC ⊥面PAC ，∴BC ⊥PC ，B 、D 均正确．∴选C ．[答案] C8．关于直线m ，n 与平面α，β，有下列四个命题：①若m ∥α，n ∥β，且α∥β，则m ∥n ；②若m ⊥α，n ⊥β，且α⊥β，则m ⊥n ；③若m⊥α，n∥β，且α∥β，则m⊥n；④若m∥α，n⊥β，且α⊥β，则m∥n.其中真命题的序号是()A.①②B.③④C.①④D.②③[解析]①m，n可能异面、相交或平行，④m，n可能平行、异面或相交，所以①④错误.[答案] D9．下列命题：①垂直于同一直线的两条直线平行；②垂直于同一直线的两个平面平行；③垂直于同一平面的两条直线平行；④垂直于同一平面的两平面平行．其中正确的个数是()A．1 B．2 C．3 D．4[解析]由线线、线面垂直与平行的性质知②③正确，选B．[答案] B10．在△ABC所在的平面α外有一点P，且P A＝PB＝PC，则P在α内的射影是△ABC的()A．垂心B．内心C．外心D．重心[解析]设P在平面α内的射影为O，易证△PAO≌△PBO≌△PCO⇒AO＝BO＝CO．[答案] C11．已知三条相交于一点的线段P A、PB、PC两两垂直，点P在平面ABC外，PH⊥面ABC于H，则垂足H是△ABC的()A．外心B．内心C．垂心D．重心[解析]如图所示，由已知可得PA⊥面PBC，PA⊥BC，又PH⊥BC，∴BC⊥面APH，BC⊥AH．同理证得CH⊥AB，∴H为垂心．[答案] C12．如图所示，正方体ABCD－A1B1C1D1中，点P在侧面BCC1B1及其边界上运动，并且总是保持AP⊥BD1，则动点P的轨迹是()A．线段B1CB．线段BC1C．BB1的中点与CC1的中点连成的线段D．BC的中点与B1C1的中点连成的线段[解析]连接AC，AB1，B1C，∵BD⊥AC，AC⊥DD1，BD∩DD1＝D，∴AC⊥面BDD1，∴AC⊥BD1，同理可证BD1⊥B1C，∴BD1⊥面AB1C．∴P∈B1C时，始终AP⊥BD1，选A．[答案] A二、填空题13．线段AB在平面α的同侧，A、B到α的距离分别为3和5，则AB的中点到α的距离为________．[解析]由直线与平面垂直的性质定理知AB中点到α距离为以3和5为上、下底的直角梯形的中位线的长．[答案] 414．如果一条直线与一个平面垂直，那么，称此直线与平面构成一个“正交线面对”，在一个正方体中，由两个顶点确定的直线与含有四个顶点的平面构成的“正交线面对”的个数是________．[解析]正方体的一条棱长对应着2个“正交线面对”，12条棱长共对应着24个“正交线面对”；正方体的一条面对角线对应着1个“正交线面对”，12条面对角线对应着12个“正交线面对”，共有36个．[答案]3615．直线a和b在正方体ABCD－A1B1C1D1的两个不同平面内，使a∥b成立的条件是________．(只填序号)①a和b垂直于正方体的同一个面；②a和b在正方体两个相对的面内，且共面；③a和b平行于同一条棱；④a和b在正方体的两个面内，且与正方体的同一条棱垂直．[解析]①为直线与平面垂直的性质定理的应用，②为面面平行的性质，③为公理4的应用．[答案]①②③16．如图，▱ADEF的边AF⊥平面ABCD，且AF＝2，CD＝3，则CE＝________.[解析]因为AF⊥平面ABCD，所以ED⊥平面ABCD，所以△EDC为直角三角形，CE＝ED2＋CD2＝13.[答案]1317．如图所示，平面ABC⊥平面ABD，∠ACB＝90°，CA＝CB，△ABD是正三角形，O为AB中点，则图中直角三角形的个数为________．[解析]由题意知CO⊥AB，∴CO⊥面ABD，∴CO⊥OD，∴直角三角形为△CAO，△COB，△ACB，△AOD，△BOD，△COD．[答案] 6三、解答题18．如图所示，在正方体ABCD—A1B1C1D1中，M是AB上一点，N是A1C的中点，MN⊥平面A1DC．求证：(1)MN∥AD1；(2)M是AB的中点．[证明](1)∵ADD1A1为正方形，∴AD1⊥A1D．又∵CD⊥平面ADD1A1，∴CD⊥AD1．∵A1D∩CD＝D，∴AD1⊥平面A1DC．又∵MN⊥平面A1DC，∴MN∥AD1．(2)连接ON，在△A1DC中，A1O＝OD，A1N＝NC．∴ON綊12CD綊12AB，∴ON∥AM．又∵MN∥OA，∴四边形AMNO为平行四边形，∴ON＝AM．∵ON＝12AB，∴AM＝12AB，∴M是AB的中点．19．如图所示，设三角形ABC的三个顶点在平面α的同侧，AA′⊥α于A′，BB′⊥α于B′，CC′⊥α于C′，G、G′分别是△ABC和△A′B′C′的重心，求证：GG′⊥α．[证明]连接AG并延长交BC于D，连接A′G′并延长交B′C′于D′，连接DD′，由AA′⊥α，BB′⊥α，CC′⊥α，得AA′∥BB′∥CC′．∵D、D′分别为BC和B′C′的中点，∴DD′∥CC′∥BB′，∴DD′∥AA′，∵G、G′分别是△ABC和△A′B′C′的重心，∴AGGD＝A′G′G′D′，∴GG′∥AA′，又∵AA′⊥α，∴GG′⊥α．20．如图，△ABC为正三角形，EC⊥平面ABC，DB⊥平面ABC，CE＝CA＝2BD，M是EA的中点，N是EC的中点.求证：平面DMN∥平面ABC．[证明]∵M、N分别是EA与EC的中点，∴MN∥AC，又∵AC⊂平面ABC，MN⊄平面ABC，∴MN∥平面ABC，∵DB⊥平面ABC，EC⊥平面ABC，∴BD∥EC，四边形BDEC为直角梯形，∵N为EC中点，EC＝2BD，∴NC綊BD，∴四边形BCND为矩形，∴DN∥BC，又∵DN⊄平面ABC，BC⊂平面ABC，∴DN∥平面ABC，又∵MN∩DN＝N，∴平面DMN∥平面ABC．21．如图所示，在直三棱柱ABC－A1B1C1中，AC⊥BC，AC＝BC＝CC1，M，N 分别是A1B，B1C1的中点．(1)求证：MN⊥平面A1BC；(2)求直线BC1和平面A1BC所成的角的大小．(1)[证明]如图所示，由已知BC⊥AC，BC⊥CC1，得BC⊥平面ACC1A1．连接AC1，则BC⊥AC1．由已知，可知侧面ACC1A1是正方形，所以A1C⊥AC1．又BC∩A1C＝C，所以AC1⊥平面A1BC．因为侧面ABB1A1是正方形，M是A1B的中点，连接AB1，则点M是AB1的中点．又点N是B1C1的中点，则MN是△AB1C1的中位线，所以MN∥AC1．故MN⊥平面A1BC．(2)解如图所示，因为AC1⊥平面A1BC，设AC1与A1C相交于点D，连接BD，则∠C1BD为直线BC1和平面A1BC所成的角．设AC＝BC＝CC1＝a，则C1D＝22a，BC1＝2a．在Rt△BDC1中，sin∠C1BD＝C1DBC1＝12，所以∠C1BD＝30°，故直线BC1和平面A1BC所成的角为30°．。

课时作业45直线、平面垂直的判定及其性质1．(2019·广东广州模拟)设m，n是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面，下列命题中正确的是(B)A．若α⊥β，m⊂α，n⊂β，则m⊥nB．若m⊥α，m∥n，n∥β，则α⊥βC．若m⊥n，m⊂α，n⊂β，则α⊥βD．若α∥β，m⊂α，n⊂β，则m∥n解析：若α⊥β，m⊂α，n⊂β，则m与n相交、平行或异面，故A错误；∵m⊥α，m∥n，∴n⊥α，又∵n∥β，∴α⊥β，故B正确；若m⊥n，m⊂α，n⊂β，则α与β的位置关系不确定，故C错误；若α∥β，m⊂α，n⊂β，则m∥n或m，n异面，故D错误，故选B.2．(2019·河南安阳一模)已知a，b表示两条不同的直线，α，β表示两个不同的平面，下列说法错误的是(C)A．若a⊥α，b⊥β，α∥β，则a∥bB．若a⊥α，b⊥β，a⊥b，则α⊥βC．若a⊥α，a⊥b，α∥β，则b∥βD．若α∩β＝a，a∥b，则b∥α或b∥β解析：对于A，若a⊥α，α∥β，则α⊥β，又b⊥β，故a∥b，故A正确；对于B，若a⊥α，a⊥b，则b⊂α或b∥α，∴存在直线m⊂α，使得m∥b，又b⊥β，∴m⊥β，∴α⊥β.故B正确；对于C，若a⊥α，a⊥b，则b⊂α或b∥α，又α∥β，∴b⊂β或b∥β，故C错误；对于D，若α∩β＝a，a∥b，则b∥α或b∥β，故D正确，故选C.3．若平面α⊥平面β，平面α∩平面β＝直线l，则(D)A．垂直于平面β的平面一定平行于平面αB．垂直于直线l的直线一定垂直于平面αC．垂直于平面β的平面一定平行于直线lD．垂直于直线l的平面一定与平面α，β都垂直解析：对于A，垂直于平面β的平面与平面α平行或相交，故A 错误；对于B，垂直于直线l的直线与平面α垂直、斜交、平行或在平面α内，故B错误；对于C，垂直于平面β的平面与直线l平行或相交，故C错误．D正确．4．(2019·福建泉州一模)在下列四个正方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F，G均为所在棱的中点，过E，F，G作正方体的截面，则在各个正方体中，直线BD1与平面EFG不垂直的是(D)解析：如图，在正方体中，E，F，G，M，N，Q均为所在棱的中点，易知E ，F ，G ，M ，N ，Q 六个点共面，直线BD 1与平面EFMNQG 垂直，并且选项A 、B 、C 中的平面与这个平面重合，不满足题意，只有选项D 中的直线BD 1与平面EFG 不垂直，满足题意，故选D.5．如图，直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中，侧棱长为2，AC ＝BC ＝1，∠ACB ＝90°，D 是A 1B 1的中点，F 是BB 1上的动点，AB 1，DF 交于点E .要使AB 1⊥平面C 1DF ，则线段B 1F 的长为( A )A.12B ．1 C.32D ．2 解析：设B 1F ＝x ，因为AB 1⊥平面C 1DF ，DF ⊂平面C 1DF ，所以AB 1⊥DF .由已知可得A 1B 1＝2，设Rt △AA 1B 1斜边AB 1上的高为h ，则DE ＝12h .又2×2＝h 22＋(2)2，所以h ＝233，DE ＝33.在Rt △DB 1E 中，B 1E ＝ ⎝ ⎛⎭⎪⎫222－⎝ ⎛⎭⎪⎫332＝66. 由面积相等得66× x 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫222＝22x ，得x ＝12. 6．(2019·唐山一模)如图，在正方形ABCD 中，E ，F 分别是BC ，CD 的中点，G 是EF 的中点，现在沿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( B )A ．AG ⊥平面EFHB ．AH ⊥平面EFHC ．HF ⊥平面AEFD ．HG ⊥平面AEF 解析：根据折叠前、后AH ⊥HE ，AH ⊥HF 不变，又HE ∩HF ＝H ，∴AH ⊥平面EFH ，B 正确． ∵过A 只有一条直线与平面EFH 垂直，∴A 不正确．∵AG ⊥EF ，EF ⊥GH ，AG ∩GH ＝G ，∴EF ⊥平面HAG ，又EF ⊂平面AEF ，∴平面HAG ⊥平面AEF ，过H 作直线垂直于平面AEF ，一定在平面HAG 内，∴C 不正确．由条件证不出HG ⊥平面AEF ，∴D 不正确．7．如图所示，直线P A 垂直于⊙O 所成的平面，△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(B)A．①②B．①②③C．①D．②③解析：对于①，∵P A⊥平面ABC，∴P A⊥BC，∵AB为⊙O的直径，∴BC⊥AC，∵AC∩P A＝A，∴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，∴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．8．(2019·广州模拟)如图是一个几何体的平面展开图，其中四边形ABCD为正方形，E，F分别为P A，PD的中点，在此几何体中，给出下面四个结论：①直线BE与直线CF异面；②直线BE与直线AF异面；③直线EF∥平面PBC；④平面BCE⊥平面P AD.其中正确结论的个数是(B)A．1 B．2C．3 D．4解析：画出该几何体，如图所示，①因为E，F分别是P A，PD的中点，所以EF∥AD，所以EF∥BC，直线BE与直线CF是共面直线，故①不正确；②直线BE与直线AF满足异面直线的定义，故②正确；③由E，F分别是P A，PD的中点，可知EF∥AD，所以EF∥BC，因为EF⊄平面PBC，BC⊂平面PBC，所以直线EF∥平面PBC，故③正确；④因为BE与P A的关系不能确定，所以不能判定平面BCE⊥平面P AD，故④不正确．所以正确结论的个数是2.9．(2019·洛阳模拟)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DM ⊥PC(或BM⊥PC)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：∵P A⊥底面ABCD，∴BD⊥P A，连接AC，则BD⊥AC，且P A∩AC＝A，∴BD⊥平面P AC，∴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.10．(2019·兰州实战考试)α，β是两平面，AB，CD是两条线段，已知α∩β＝EF，AB⊥α于B，CD⊥α于D，若增加一个条件，就能得出BD⊥EF.现有下列条件：①AC⊥β；②AC与α，β所成的角相等；③AC与CD在β内的射影在同一条直线上；④AC∥EF.其中能成为增加条件的序号是①③.解析：由题意得，AB∥CD，∴A，B，C，D四点共面．①中，∵AC⊥β，EF⊂β，∴AC⊥EF，又∵AB⊥α，EF⊂α，∴AB⊥EF，∵AB∩AC＝A，∴EF⊥平面ABCD，又∵BD⊂平面ABCD，∴BD⊥EF，故①正确；②不能得到BD⊥EF，故②错误；③中，由AC与CD在β内的射影在同一条直线上可知平面ABCD ⊥β，又AB⊥α，AB⊂平面ABCD，∴平面ABCD⊥α.∵平面ABCD⊥α，平面ABCD⊥β，α∩β＝EF，∴EF⊥平面ABCD，又BD⊂平面ABCD，∴BD⊥EF，故③正确；④中，由①知，若BD⊥EF，则EF⊥平面ABCD，则EF⊥AC，故④错误，故填①③.11．(2018·全国卷Ⅲ)如图，矩形ABCD所在平面与半圆弧所在平面垂直，M是上异于C，D的点．(1)证明：平面AMD⊥平面BMC；(2)在线段AM上是否存在点P，使得MC∥平面PBD？说明理由．解：(1)证明：由题设知，平面CMD⊥平面ABCD，交线为CD.因为BC⊥CD，BC⊂平面ABCD，所以BC⊥平面CMD，故BC⊥DM.因为M为上异于C，D的点，且DC为直径，所以DM⊥CM.又BC∩CM＝C，所以DM⊥平面BMC.而DM⊂平面AMD，故平面AMD⊥平面BMC.(2)当P为AM的中点时，MC∥平面PBD.证明如下：连接AC交BD于O，如图．因为ABCD为矩形，所以O为AC中点．连接OP，因为P为AM中点，所以MC∥OP.MC⊄平面PBD，OP⊂平面PBD，所以MC∥平面PBD.12．(2018·北京卷)如图，在四棱锥P-ABCD中，底面ABCD为矩形，平面P AD⊥平面ABCD，P A⊥PD，P A＝PD，E，F分别为AD，PB的中点．(1)求证：PE⊥BC；(2)求证：平面P AB⊥平面PCD；(3)求证：EF∥平面PCD.证明：(1)因为P A＝PD，E为AD的中点，所以PE⊥AD.因为底面ABCD为矩形，所以BC∥AD，所以PE⊥BC.(2)因为底面ABCD为矩形，所以AB⊥AD.又因为平面P AD⊥平面ABCD，所以AB⊥平面P AD，所以AB⊥PD.又因为P A⊥PD，所以PD⊥平面P AB.所以平面P AB⊥平面PCD.(3)如图，取PC的中点G，连接FG，DG.因为F，G分别为PB，PC的中点，所以FG∥BC，FG＝12BC.因为四边形ABCD为矩形，且E为AD的中点，所以DE∥BC，DE＝12BC.所以DE∥FG，DE＝FG.所以四边形DEFG为平行四边形．所以EF∥DG.又因为EF⊄平面PCD，DG⊂平面PCD，所以EF∥平面PCD.13．(2019·山西临汾模拟)如图，已知四边形ABCD是边长为1的正方形，MD⊥平面ABCD，NB⊥平面ABCD，且MD＝NB＝1，E为MC的中点，则下列结论不正确的是(C)A．平面BCE⊥平面ABN B．MC⊥ANC．平面CMN⊥平面AMN D．平面BDE∥平面AMN解析：如图，分别过A，C作平面ABCD的垂线AP，CQ，使得AP＝CQ＝1，连接PM，PN，QM，QN，将几何体补成棱长为1的正方体．∴BC⊥平面ABN，又BC⊂平面BCE，∴平面BCE⊥平面ABN，故A正确；连接PB，则PB∥MC，显然，PB⊥AN，∴MC ⊥AN ，故B 正确；取MN 的中点F ，连接AF ，CF ，AC .∵△AMN 和△CMN 都是边长为2的等边三角形， ∴AF ⊥MN ，CF ⊥MN ，∴∠AFC 为二面角A -MN -C 的平面角，∵AF ＝CF ＝62，AC ＝2，∴AF 2＋CF 2≠AC 2，即∠AFC ≠π2， ∴平面CMN 与平面AMN 不垂直，故C 错误；∵DE ∥AN ，MN ∥BD ，DE ∩BD ＝D ，DE ，BD ⊂平面BDE ，MN ∩AN ＝N ，MN ，AN ⊂平面AMN ，∴平面BDE ∥平面AMN ，故D 正确．故选C.14．(2019·泉州模拟)点P 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的面对角线BC 1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①②④.解析：连接BD交AC于点O，连接DC1交D1C于点O1，连接OO1，则OO1∥BC1，所以BC1∥平面AD1C，动点P到平面AD1C的距离不变，所以三棱锥P-AD1C的体积不变．又因为V三棱锥P-AD1C＝V三棱锥A-D1PC，所以①正确；因为平面A1C1B∥平面AD1C，A1P⊂平面A1C1B，所以A1P∥平面ACD1，②正确；由于当点P在B点时，DB不垂直于BC1，即DP不垂直BC1，故③不正确；由于DB1⊥D1C，DB1⊥AD1，D1C∩AD1＝D1，所以DB1⊥平面AD1C.又因为DB1⊂平面PDB1，所以平面PDB1⊥平面ACD1，④正确．15．如图，在三棱柱ABC-A1B1C1中，侧棱AA1⊥底面ABC，M 为棱AC的中点．AB＝BC，AC＝2，AA1＝ 2.(1)求证：B1C∥平面A1BM；(2)求证：AC1⊥平面A1BM；(3)在棱BB1上是否存在点N，使得平面AC1N⊥平面AA1C1C？如果存在，求此时BNBB1的值；如果不存在，请说明理由．解：(1)证明：连接AB1与A1B，两线交于点O，连接OM，如图所示．在△B1AC中，∵M，O分别为AC，AB1的中点，∴OM∥B1C，又∵OM⊂平面A1BM，B1C⊄平面A1BM，∴B1C∥平面A1BM.(2)证明：∵侧棱AA1⊥底面ABC，BM⊂平面ABC，∴AA1⊥BM，又∵M为棱AC的中点，AB＝BC，∴BM⊥AC.∵AA1∩AC＝A，AA1，AC⊂平面ACC1A1，∴BM⊥平面ACC1A1，∴BM⊥AC1.∵AC＝2，∴AM＝1.又∵AA1＝2，∴在Rt△ACC1和Rt△A1AM中，tan∠AC1C＝tan∠A1MA＝2，∴∠AC1C＝∠A1MA，即∠AC1C＋∠C1AC＝∠A1MA＋∠C1AC＝90°，∴A1M⊥AC1.∵BM ∩A 1M ＝M ，BM ，A 1M ⊂平面A 1BM ， ∴AC 1⊥平面A 1BM .(3)当点N 为BB 1的中点，即BN BB 1＝12时， 平面AC 1N ⊥平面AA 1C 1C .证明如下：设AC 1的中点为D ，连接DM ，DN . ∵D ，M 分别为AC 1，AC 的中点，∴DM ∥CC 1，且DM ＝12CC 1.又∵N 为BB 1的中点，∴DM ∥BN ，且DM ＝BN ，∴四边形BNDM 为平行四边形， ∴BM ∥DN ，∵BM ⊥平面ACC 1A 1，∴DN ⊥平面AA 1C 1C .又∵DN ⊂平面AC 1N ，∴平面AC 1N ⊥平面AA 1C 1C .。

课时作业45直线、平面垂直的判定及其性质一、选择题1．设α，β为两个不同的平面，直线l⊂α，则“l⊥β”是“α⊥β”成立的(A)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解析：依题意，由l⊥β，l⊂α可以推出α⊥β；反过来，由α⊥β，l⊂α不能推出l⊥β.因此“l⊥β”是“α⊥β”成立的充分不必要条件，故选A.2．设α为平面，a，b为两条不同的直线，则下列叙述正确的是(B)A．若a∥α，b∥α，则a∥bB．若a⊥α，a∥b，则b⊥αC．若a⊥α，a⊥b，则b∥αD．若a∥α，a⊥b，则b⊥α解析：若a∥α，b∥α，则a与b相交、平行或异面，故A错误；易知B正确；若a⊥α，a⊥b，则b∥α或b⊂α，故C错误；若a∥α，a⊥b，则b∥α或b⊂α或b与α相交，故D错误．3．(2019·安徽池州联考)已知α，β是两个不同的平面，m，n是两条不同的直线，下列命题中错误的是(C)A．若m⊥α，m∥n，n⊂β，则α⊥βB．若α∥β，m⊥α，n⊥β，则m∥nC．若α∥β，m⊂α，n⊂β，则m∥nD．若α⊥β，m⊂α，α∩β＝n，m⊥n，则m⊥β解析：根据线面垂直的判定可知，当m⊥α，m∥n，n⊂β时可得n⊥α，则α⊥β，所以A不符合题意；根据面面平行的性质可知，若α∥β，m⊥α，n⊥β，则m⊥β，故m∥n，所以B不符合题意；根据面面平行的性质可知，m，n可能平行或异面，所以C符合题意；根据面面垂直的性质可知，若α⊥β，m⊂α，α∩β＝n，m⊥n，则m⊥β，所以D不符合题意．故选C.4.(2019·贵阳监测考试)如图，在三棱锥P-ABC中，不能证明AP ⊥BC的条件是(B)A．AP⊥PB，AP⊥PCB．AP⊥PB，BC⊥PBC．平面BPC⊥平面APC，BC⊥PCD．AP⊥平面PBC解析：A中，因为AP⊥PB，AP⊥PC，PB∩PC＝P，所以AP⊥平面PBC，又BC⊂平面PBC，所以AP⊥BC，故A能证明AP⊥BC；C中，因为平面BPC⊥平面APC，BC⊥PC，所以BC⊥平面APC，又AP⊂平面APC，所以AP⊥BC，故C能证明AP⊥BC；由A知D 能证明AP⊥BC；B中条件不能判断出AP⊥BC，故选B.5．(2019·福建宁德质检)如图，正方体ABCD-A1B1C1D1中，下面结论错误的是(D)A．BD∥平面CB1D1B．异面直线AD与CB1所成的角为45°C．AC1⊥平面CB1D1D．AC1与平面ABCD所成的角为30°解析：因为BD∥B1D1，所以BD∥平面CB1D1，A不符合题意；因为AD∥BC，所以异面直线AD与CB1所成的角为∠BCB1＝45°，B不符合题意；因为AC1⊥B1D1，AC1⊥B1C，所以AC1⊥平面CB1D1，C不符合题意；AC1与平面ABCD所成的角为∠CAC1≠30°，故选D.6．(2019·福建泉州质检)如图，在下列四个正方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F，G均为所在棱的中点，过E，F，G作正方体的截面，则在各个正方体中，直线BD1与平面EFG不垂直的是(D)解析：如图，在正方体中，E，F，G，M，N，Q均为所在棱的中点，且六点共面，直线BD1与平面EFMNQG垂直，并且选项A，B，C中的平面与这个平面重合，满足题意．对于选项D中图形，由于E，F为AB，A1B1的中点，所以EF∥BB1，故∠B1BD1为异面直线EF与BD1所成的角，且tan∠B1BD1＝2，即∠B1BD1不为直角，故BD1与平面EFG不垂直，故选D.7.三棱柱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(A)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中点，所以AE⊥BC，又B1C1∥BC，故AE与B1C1是异面直线，且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所在的平面与平面AB1E相交，且A1C1与交线有公共点，故错误．故选A.二、填空题8.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AB，BC，AC；与AP垂直的直线有AB.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.9．若α，β是两个相交平面，m为一条直线，则下列命题中，所有真命题的序号为②④.①若m⊥α，则在β内一定不存在与m平行的直线；②若m⊥α，则在β内一定存在无数条直线与m垂直；③若m⊂α，则在β内不一定存在与m垂直的直线；④若m⊂α，则在β内一定存在与m垂直的直线．解析：对于①，若m⊥α，如果α，β互相垂直，则在平面β内存在与m平行的直线，故①错误；对于②，若m⊥α，则m垂直于平面α内的所有直线，则β内与α、β的交线平行的直线都与m垂直，故在平面β内一定存在无数条直线与m垂直，故②正确；对于③④，若m⊂α，则在平面β内一定存在与m垂直的直线，故③错误，④正确．10．(2019·广东七校联考)如图，在矩形ABCD中，AB＝8，BC ＝4，E为DC边的中点，沿AE将△ADE折起，在折起过程中，下列结论中能成立的序号为④.①ED⊥平面ACD；②CD⊥平面BED；③BD⊥平面ACD；④AD ⊥平面BED.解析：因为在矩形ABCD中，AB＝8，BC＝4，E为DC边的中点，则折叠时，D点在平面BCE上的射影的轨迹为O1O2(如图)．因为折起过程中，DE与AC所成角不能为直角，所以DE不垂直于平面ACD，故①不符合；只有D点射影位于O2位置，即平面AED与平面AEB重合时，才有BE⊥CD，所以折起过程中CD不垂直于平面BED，故②不符合；折起过程中，BD与AC所成的角不能为直角，所以BD不垂直于平面ACD，故③不符合；因为AD⊥ED，并且在折起过程中，当点D的射影位于O点时，AD⊥BE，所以在折起过程中，AD⊥平面BED能成立，故④符合．三、解答题11．(2019·昆明市调研测试)如图，在三棱锥P -ABC 中，∠ABC ＝90°，平面P AB ⊥平面ABC ，P A ＝PB ，点D 在PC 上，且BD ⊥平面P AC .(1)证明：P A ⊥平面PBC ；(2)若AB BC ＝26，求三棱锥D -P AB 与三棱锥D -ABC 的体积比．解：(1)证明：因为BD ⊥平面P AC ，P A ⊂平面P AC ，所以BD ⊥P A ，因为∠ABC ＝90°，所以CB ⊥AB ，又平面P AB ⊥平面ABC ，平面P AB ∩平面ABC ＝AB ，所以CB ⊥平面P AB ，又P A ⊂平面P AB ，所以CB ⊥P A ，又CB ∩BD ＝B ，所以P A ⊥平面PBC .(2)因为三棱锥D -P AB 的体积V D -P AB ＝V A -PBD ＝13S △PBD ×P A ＝16×BD ×PD ×P A ，三棱锥D -ABC 的体积V D -ABC ＝V A -BCD ＝13S △BCD ×P A ＝16×BD ×CD ×P A ，所以V D -P AB V D -ABC＝PD CD . 设AB ＝2，BC ＝6，因为P A ⊥平面PBC ，PB ⊂平面PBC ，所以P A ⊥PB ，又P A ＝PB ，所以PB ＝2，在Rt △PBC 中，PC ＝BC 2＋PB 2＝22，又BD ⊥平面P AC ，PC ⊂平面P AC ，所以BD ⊥PC ，所以CD ＝BC 2PC ＝322，PD ＝22，所以PD CD ＝13，即三棱锥D -P AB 与三棱锥D -ABC 的体积比为13.12．(2019·河南郑州质检)在如图所示的五面体EF -ABCD 中，四边形ABCD 为菱形，且∠DAB ＝60°，EA ＝ED ＝AB ＝2EF ＝2，EF ∥AB ，M 为BC 的中点．(1)求证：FM ∥平面BDE ；(2)若平面ADE ⊥平面ABCD ，求F 到平面BDE 的距离．解：(1)证明：如图，取BD 中点O ，连接OM ，OE ，因为O ，M分别为BD ，BC 的中点，所以OM ∥CD ，且OM ＝12CD .因为四边形ABCD 为菱形，所以CD ∥AB .又EF ∥AB ，所以CD ∥EF .又AB ＝CD ＝2，所以EF ＝12CD .所以OM 綊EF ，所以四边形OMFE 为平行四边形，所以FM ∥OE .又OE ⊂平面BDE ，FM ⊄平面BDE ，所以FM ∥平面BDE .(2)由(1)知FM ∥平面BDE ，所以F 到平面BDE 的距离等于M 到平面BDE 的距离．如图，取AD 的中点H ，连接EH ，BH ，EM ，DM .因为四边形ABCD 为菱形，且∠DAB ＝60°，EA ＝ED ＝AB ＝2EF ，所以EH⊥AD，BH⊥AD.因为平面ADE⊥平面ABCD，平面ADE∩平面ABCD＝AD，所以EH⊥平面ABCD，EH⊥BH.因为EH＝BH＝3，所以BE＝ 6.所以S△BDE＝12×6×22－⎝⎛⎭⎪⎫622＝152.设F到平面BDE的距离为h，又因为S△BDM＝12S△BCD＝12×12×2×2×sin60°＝32，所以由V三棱锥E-BDM＝V三棱锥M-BDE，得13×3×32＝13×152h，解得h＝155.即F到平面BDE的距离为15 5.13．(2019·江西赣州联考)如图所示，正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1，线段B1D1上有两个动点E，F，且EF＝22，则下列结论：①EF∥平面ABCD；②平面ACF⊥平面BEF；③三棱锥E-ABF的体积为定值；④存在某个位置使得异面直线AE与BF所成的角为30°.其中正确的是①②③④.(写出所有正确的结论序号)解析：由正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1，线段B1D1上有两个动点E，F，且EF＝22知，在①中，由EF∥BD，且EF⊄平面ABCD，BD ⊂平面ABCD ，得EF ∥平面ABCD ，故①正确；在②中，如图，连接BD ，CF ，由AC ⊥BD ，AC ⊥DD 1，可知AC ⊥平面BDD 1B 1，而BE ⊂平面BDD 1B 1，BF ⊂平面BDD 1B 1，则AC ⊥平面BEF .又因为AC ⊂平面ACF ，所以平面ACF ⊥平面BEF ，故②正确；在③中，三棱锥E -ABF 的体积与三棱锥A -BEF 的体积相等，三棱锥A -BEF 的底面积和高都是定值，故三棱锥E -ABF 的体积为定值，故③正确；在④中，令上底面中心为O ，当E 与D 1重合时，此时点F 与O 重合，则两异面直线所成的角是∠OBC 1，可求解∠OBC 1＝30°，故存在某个位置使得异面直线AE 与BF 成角30°，故④正确．14．(2019·山东日照二模)如图，AB 是圆O 的直径，点C 是圆O 上异于A ，B 的点，PO 垂直于圆O 所在的平面，且PO ＝OB ＝1.(1)若D 为线段AC 的中点，求证：AC ⊥平面PDO ；(2)求三棱锥P -ABC 体积的最大值；(3)若BC ＝2，点E 在线段PB 上，求CE ＋OE 的最小值．解：(1)证明：在△AOC 中，因为OA ＝OC ，D 为AC 的中点，所以AC ⊥DO .又PO 垂直于圆O 所在的平面，所以PO ⊥AC .因为DO ∩PO ＝O ，所以AC ⊥平面PDO .(2)因为点C 在圆O 上，所以当CO ⊥AB 时，C 到AB 的距离最大，且最大值为1.又AB ＝2，所以△ABC 面积的最大值为12×2×1＝1.又因为三棱锥P -ABC 的高PO ＝1，故三棱锥P -ABC 体积的最大值为13×1×1＝13.(3)在△POB 中，PO ＝OB ＝1，∠POB ＝90°，所以PB ＝12＋12＝ 2.同理PC ＝2，所以PB ＝PC ＝BC .在三棱锥P -ABC 中，将侧面BCP 绕PB 旋转至平面BC ′P ，使之与平面ABP 共面，如图所示．当O ，E ，C ′共线时，CE ＋OE 取得最小值．又因为OP ＝OB ，C ′P ＝C ′B ，所以OC ′垂直平分PB ，即E 为PB 中点．从而OC ′＝OE ＋EC ′＝22＋62＝2＋62，即CE ＋OE 的最小值为2＋62.尖子生小题库——供重点班学生使用，普通班学生慎用15．如图，一张A 4纸的长、宽分别为22a,2a ，A ，B ，C ，D 分别是其四条边的中点．现将其沿图中虚线折起，使得P 1，P 2，P 3，P 4四点重合为一点P ，从而得到一个多面体．下列关于该多面体的命题，正确的是①②③④.(写出所有正确命题的序号)①该多面体是三棱锥；②平面BAD ⊥平面BCD ；③平面BAC⊥平面ACD；④该多面体外接球的表面积为5πa2.解析：由题意得该多面体是一个三棱锥，故①正确；∵AP⊥BP，AP⊥CP，BP∩CP＝P，∴AP⊥平面BCD，又∵AP⊂平面ABD，∴平面BAD⊥平面BCD，故②正确；同理可证平面BAC⊥平面ACD，故③正确；通过构造长方体可得该多面体的外接球半径R＝52a，所以该多面体外接球的表面积为5πa2，故④正确．综上，正确命题的序号为①②③④.第11页共11页。

直线、平面垂直的判定及其性质【课前回顾】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：．平面与平面垂直的判定定理与性质定理21．若l，m是两条不同的直线，m垂直于平面α，则“l⊥m”是“l∥α”的() 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解析：选B∵m⊥α，若l∥α，则必有l⊥m，即l∥α⇒l⊥m.但l⊥m⇒/ l∥α，∵l⊥m 时，l可能在α内．故“l⊥m”是“l∥α”的必要不充分条件．2．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( ) A ．若l ⊥β，则α⊥β B ．若α⊥β，则l ⊥m C ．若l ∥β，则α∥βD ．若α∥β，则l ∥m解析：选A ∵l ⊥β，l ⊂α，∴α⊥β(面面垂直的判定定理)，故A 正确．3．设m ，n 表示两条不同的直线，α，β表示两个不同的平面，下列命题为真命题的是( )A ．若m ⊥α，α⊥β，则m ∥βB ．若m ∥α，m ⊥β，则α⊥βC ．若m ⊥n ，m ⊥α，则n ∥αD ．若m ∥α，n ∥β，α⊥β，则m ⊥n解析：选B 对于A ，m 可以在β内，故A 错；对于C ，n 可以在α内，故C 错误；对于D ，m 与n 可以平行，故D 错．4．已知PD 垂直于正方形ABCD 所在的平面，连接PB ，PC ，PA ，AC ，BD ，则一定互相垂直的平面有________对．解析：由于PD ⊥平面ABCD ，故平面PAD ⊥平面ABCD ，平面PDB⊥平面ABCD ，平面PDC ⊥平面ABCD ，平面PDA ⊥平面PDC ，平面PAC ⊥平面PDB ，平面PAB ⊥平面PAD, 平面PBC ⊥平面PDC ，共7对．答案：7考点一 直线与平面垂直的判定与性质角度(一) 证明直线与平面垂直 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)1．如图所示，在四棱锥P -ABCD 中，AB ⊥平面PAD ，AB ∥CD ，PD ＝AD ，E 是PB 的中点，F 是DC 上的点，且DF ＝12AB ，PH 为△PAD 中AD 边上的高．求证： (1)PH ⊥平面ABCD ； (2)EF ⊥平面PAB . [学审题]①想到AB 与平面PAD 内所有的直线垂直；②想到△PAD 为等腰三角形，可取PA 的中点得垂线；③可证PH 与平面ABCD 内的两条相交直线垂直；④可利用线面垂直的判定定理证明，也可以转化为与EF 平行的某条直线与平面PAB 垂直的证明．证明：(1)因为AB ⊥平面PAD ，PH ⊂平面PAD ， 所以PH ⊥AB .因为PH 为△PAD 中AD 边上的高，所以PH ⊥AD . 因为AB ∩AD ＝A ，AB ⊂平面ABCD ，AD ⊂平面ABCD ， 所以PH ⊥平面ABCD .(2)如图，取PA 的中点M ，连接MD ，ME . 因为E 是PB 的中点， 所以ME 綊12AB .又因为DF 綊12AB ，所以ME 綊DF ，所以四边形MDFE 是平行四边形，所以EF ∥MD . 因为PD ＝AD ，所以MD ⊥PA . 因为AB ⊥平面PAD ，所以MD ⊥AB . 因为PA ∩AB ＝A ，所以MD ⊥平面PAB ， 所以EF ⊥平面PAB .角度(二) 利用线面垂直的性质证明线线垂直 证明线线垂直的4种方法(1)以算代证法：先平移到相交位置，再证明所构成的三角形的三边满足勾股定理． (2)利用线面垂直的性质：a ⊥α，b ⊂α⇒a ⊥b . (3)三垂线定理(垂影⇒垂斜)及其逆定理(垂斜⇒垂影)． (4)a ∥b ，b ⊥c ⇒a ⊥c .2.(2017·江苏高考)如图，在三棱锥A -BCD 中，AB ⊥AD ，BC ⊥BD ，平面ABD ⊥平面BCD ，点E ，F (E 与A ，D 不重合)分别在棱AD ，BD 上，且EF ⊥AD .求证：(1)EF ∥平面ABC ； (2)AD ⊥AC .证明：(1)在平面ABD 内，因为AB ⊥AD ，EF ⊥AD ， 所以EF ∥AB .又因为EF ⊄平面ABC ，AB ⊂平面ABC ，所以EF∥平面ABC.(2)因为平面ABD⊥平面BCD，平面ABD∩平面BCD＝BD，BC⊂平面BCD，BC⊥BD，所以BC⊥平面ABD.因为AD⊂平面ABD，所以BC⊥AD.又AB⊥AD，BC∩AB＝B，AB⊂平面ABC，BC⊂平面ABC，所以AD⊥平面ABC.又因为AC⊂平面ABC，所以AD⊥AC.【针对训练】1.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)由于AB＝BC，则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.2.如图所示，在四棱锥P-ABCD中，PA⊥平面ABCD，AB⊥AD，AC⊥CD，∠ABC＝60°，PA＝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，∵PA⊥平面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⊥平面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.考点二面面垂直的判定与性质1．证明面面垂直的2种方法(1)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．(2)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．2．三种垂直关系的转化线线垂直判定性质线面垂直判定性质面面垂直【典型例题】如图，四棱锥P-ABCD中，AB⊥AC，AB⊥PA，AB∥CD，AB＝2CD，E，F，G，M，N分别为PB，AB，BC，PD，PC的中点．求证：(1)CE∥平面PAD；(2)平面EFG⊥平面EMN.[学审题]①想到线面垂直的判定，可证线面垂直；或想到转化为证与其中一直线的平行线垂直；②想到平行公理，可转化为一直线与另一直线的平行线平行；③想到连中点得三角形中位线，可证线线平行；④要证CE∥平面PAD想到证CE与平面PAD中的一条直线平行，或证CE所在平面与平面PAD平行；⑤要证平面EFG⊥平面EMN想到证其中一平面内的直线与另一平面垂直．证明：(1)法一：如图，取PA的中点H，连接EH，DH.因为E 为PB 的中点， 所以EH ∥AB ，EH ＝12AB .又AB ∥CD ，CD ＝12AB ，所以EH ∥CD ，EH ＝CD ， 因此四边形DCEH 是平行四边形． 所以CE ∥DH .又DH ⊂平面PAD ，CE ⊄平面PAD ，所以CE ∥平面PAD . 法二：如图，连接CF .因为F 为AB 的中点， 所以AF ＝12AB .又CD ＝12AB ，所以AF ＝CD .又AF ∥CD ，所以四边形AFCD 为平行四边形．因此CF ∥AD . 又CF ⊄平面PAD ，AD ⊂平面PAD ， 所以CF ∥平面PAD .因为E ，F 分别为PB ，AB 的中点， 所以EF ∥PA .又EF ⊄平面PAD ，PA ⊂平面PAD ， 所以EF ∥平面PAD .因为CF ∩EF ＝F ，故平面CEF ∥平面PAD . 又CE ⊂平面CEF ，所以CE ∥平面PAD . (2)因为E ，F 分别为PB ，AB 的中点， 所以EF ∥PA .又AB ⊥PA ，所以AB ⊥EF . 同理可证AB ⊥FG .又EF ∩FG ＝F ，EF ⊂平面EFG ，FG ⊂平面EFG ， 因此AB ⊥平面EFG .又M ，N 分别为PD ，PC 的中点， 所以MN ∥CD .又AB ∥CD ，所以MN ∥AB ，所以MN⊥平面EFG.又MN⊂平面EMN，所以平面EFG⊥平面EMN.【针对训练】(2017·北京高考)如图，在三棱锥P-ABC中，PA⊥AB，PA⊥BC，AB⊥BC，PA＝AB＝BC＝2，D为线段AC的中点，E为线段PC上一点．(1)求证：PA⊥BD；(2)求证：平面BDE⊥平面PAC；(3)当PA∥平面BDE时，求三棱锥E-BCD的体积．解：(1)证明：因为PA⊥AB，PA⊥BC，AB∩BC＝B，所以PA⊥平面ABC.又因为BD⊂平面ABC，所以PA⊥BD.(2)证明：因为AB＝BC，D为AC的中点，所以BD⊥AC.由(1)知，PA⊥BD，又AC∩PA＝A，所以BD⊥平面PAC.因为BD⊂平面BDE，所以平面BDE⊥平面PAC.(3)因为PA∥平面BDE，平面PAC∩平面BDE＝DE，所以PA∥DE.因为D为AC的中点，所以DE＝12PA＝1，BD＝DC＝ 2.由(1)知，PA⊥平面ABC，所以DE⊥平面ABC.所以三棱锥E-BCD的体积V＝16BD·DC·DE＝13.考点三平面图形的翻折问题平面图形翻折为空间图形问题的解题关键是看翻折前后线面位置关系的变化，根据翻折的过程找到翻折前后线线位置关系中没有变化的量和发生变化的量，这些不变的和变化的量反映了翻折后的空间图形的结构特征．解决此类问题的步骤为：【典型例题】(2018·广州综合测试)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)求证：DE ∥平面BCF ； (2)求证：CF ⊥平面ABF ；(3)当AD ＝23时，求三棱锥F -DEG 的体积．[学审题]解：(1)所以AD AB ＝AEAC，所以DE ∥BC .因为DE ⊄平面BCF ，BC ⊂平面BCF ， 所以DE ∥平面BCF .(2)证明：在折叠前的图形中， 因为△ABC 为等边三角形，BF ＝CF ，所以AF ⊥BC ，则在折叠后的图形中，AF ⊥BF ，AF ⊥CF . 又BF ＝CF ＝12，BC ＝22，所以BC 2＝BF 2＋CF 2，所以BF ⊥CF .又BF ∩AF ＝F ，BF ⊂平面ABF ，AF ⊂平面ABF ， 所以CF ⊥平面ABF .(3)由(1)知，平面DEG ∥平面BCF ， 由(2)知，AF ⊥BF ，AF ⊥CF ， 又BF ∩CF ＝F ，所以AF ⊥平面BCF ， 所以AF ⊥平面DEG ，即GF ⊥平面DEG . 在折叠前的图形中，AB ＝1，BF ＝CF ＝12，AF ＝32.由AD ＝23，知AD AB ＝23，又DG ∥BF ，所以DG BF ＝AG AF ＝AD AB ＝23，所以DG ＝EG ＝23×12＝13，AG ＝23×32＝33，所以FG ＝AF －AG ＝36. 故三棱锥F ­DEG 的体积V ＝13S △DEG ·FG ＝13×12×⎝⎛⎭⎫132×36＝3324.【针对训练】1．(2018·合肥二检)如图1，在平面五边形ABCDE 中，AB ∥CE ，且AE ＝2，∠AEC ＝60°，CD ＝ED ＝7，cos ∠EDC ＝57.将△CDE 沿CE 折起，使点D 到P 的位置，且AP＝3，得到如图2所示的四棱锥P -ABCE .(1)求证：AP ⊥平面ABCE ；(2)记平面PAB 与平面PCE 相交于直线l ，求证：AB ∥l . 证明：(1)在△CDE 中，∵CD ＝ED ＝7，cos ∠EDC ＝57，由余弦定理得CE ＝2.连接AC ，∵AE ＝2，∠AEC ＝60°， ∴AC ＝2. 又AP ＝3，∴在△PAE 中，PA 2＋AE 2＝PE 2， 即AP ⊥AE . 同理，AP ⊥AC .∵AC ∩AE ＝A ，AC ⊂平面ABCE ，AE ⊂平面ABCE ， ∴AP ⊥平面ABCE .(2)∵AB ∥CE ，且CE ⊂平面PCE ，AB ⊄平面PCE ， ∴AB ∥平面PCE .又平面PAB ∩平面PCE ＝l ，∴AB ∥l .2．如图1，在直角梯形ABCD 中，AD ∥BC ，∠BAD ＝90°，AB ＝BC ＝12AD ＝a ，E是AD 的中点，O 是AC 与BE 的交点．将△ABE 沿BE 折起到图2中△A 1BE 的位置，得到四棱锥A 1-BCDE .(1)证明：CD ⊥平面A 1OC ；(2)当平面A 1BE ⊥平面BCDE 时，四棱锥A 1-BCDE 的体积为362，求a 的值． 解：(1)证明：在图1中，连接EC (图略)，因为AB ＝BC ＝12AD ＝a ，∠BAD ＝90°，AD ∥BC ，E 是AD 的中点，所以四边形ABCE 为正方形， 所以BE ⊥AC ，即在图2中，BE ⊥A 1O ，BE ⊥OC ， 又A 1O ∩OC ＝O ，从而BE ⊥平面A 1OC ， 又CD ∥BE ，所以CD ⊥平面A 1OC . (2)由已知，平面A 1BE ⊥平面BCDE ， 且平面A 1BE ∩平面BCDE ＝BE ， 又由(1)可知A 1O ⊥BE ， 所以A 1O ⊥平面BCDE ，即A1O是四棱锥A1-BCDE的高，由图1知，A1O＝22AB＝22a，平行四边形BCDE的面积S＝BC·AB＝a2，从而四棱锥A1-BCDE的体积V＝13×S×A1O＝13×a2×22a＝26a3，由26a3＝362，解得a＝6.【课后演练】1．设α，β为两个不同的平面，直线l⊂α，则“l⊥β”是“α⊥β”成立的()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解析：选A依题意，由l⊥β，l⊂α可以推出α⊥β；反过来，由α⊥β，l⊂α不能推出l⊥β.因此“l⊥β”是“α⊥β”成立的充分不必要条件，故选A.2．设α为平面，a，b为两条不同的直线，则下列叙述正确的是()A．若a∥α，b∥α，则a∥b B．若a⊥α，a∥b，则b⊥αC．若a⊥α，a⊥b，则b∥αD．若a∥α，a⊥b，则b⊥α解析：选B若a∥α，b∥α，则a与b相交、平行或异面，故A错误；易知B正确；若a⊥α，a⊥b，则b∥α或b⊂α，故C错误；若a∥α，a⊥b，则b∥α或b⊂α或b与α相交，故D错误．3．(2018·广州一模)设m，n是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面，下列命题中正确的是()A．若m⊂β，α⊥β，则m⊥αB．若m⊥α，m∥n，n∥β，则α⊥βC．若m⊥n，m⊂α，n⊂β，则α⊥βD．若α∥β，m⊂α，n⊂β，则m∥n解析：选B A中m与α的位置关系不能确定，故A错误；∵m⊥α，m∥n，∴n⊥α，又∵n∥β，∴α⊥β，故B正确；若m⊥n，m⊂α，n⊂β，则α与β的位置关系不确定，故C错误；若α∥β，m⊂α，n⊂β，则m与n平行或异面，故D错误．选B.4．(2018·天津模拟)设l是直线，α，β是两个不同的平面，则下列说法正确的是() A．若l∥α，l∥β，则α∥βB．若l∥α，l⊥β，则α⊥βC．若α⊥β，l⊥α，则l∥βD．若α⊥β，l∥α，则l⊥β解析：选B对于A，若l∥α，l∥β，则α∥β或α与β相交，故A错；易知B正确；对于C，若α⊥β，l⊥α，则l∥β或l⊂β，故C错；对于D，若α⊥β，l∥α，则l与β的位置关系不确定，故D错．选B.5.如图，在三棱锥D-ABC中，若AB＝CB，AD＝CD，E是AC的中点，则下列命题中正确的是()A．平面ABC⊥平面ABDB．平面ABD⊥平面BCDC．平面ABC⊥平面BDE，且平面ACD⊥平面BDED．平面ABC⊥平面ACD，且平面ACD⊥平面BDE解析：选C因为AB＝CB，且E是AC的中点，所以BE⊥AC，同理，DE⊥AC，由于DE∩BE＝E，于是AC⊥平面BDE.因为AC⊂平面ABC，所以平面ABC⊥平面BDE.又AC⊂平面ACD，所以平面ACD⊥平面BDE.故选C.6.(2018·广州模拟)如图是一个几何体的平面展开图，其中四边形ABCD为正方形，E，F分别为PA，PD的中点，在此几何体中，给出下面四个结论：①直线BE与直线CF异面；②直线BE与直线AF异面；③直线EF∥平面PBC；④平面BCE⊥平面PAD.其中正确结论的个数是()A．1 B．2C．3 D．4解析：选B画出该几何体，如图所示，①因为E，F分别是PA，PD的中点，所以EF∥AD，所以EF∥BC，直线BE与直线CF是共面直线，故①不正确；②直线BE与直线AF满足异面直线的定义，故②正确；③由E，F分别是PA，PD的中点，可知EF∥AD，所以EF∥BC，因为EF⊄平面PBC，BC⊂平面PBC，所以直线EF∥平面PBC，故③正确；④因为BE与PA的关系不能确定，所以不能判定平面BCE⊥平面PAD，故④不正确．所以正确结论的个数是2.7.如图，已知∠BAC＝90°，PC⊥平面ABC，则在△ABC，△PAC的边所在的直线中，与PC垂直的直线有____________；与AP垂直的直线有________．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PAC，又∵AP⊂平面PAC，∴AB⊥AP，与AP垂直的直线是AB.答案：AB，BC，AC AB8．若α，β是两个相交平面，m为一条直线，则下列命题中，所有真命题的序号为________．①若m⊥α，则在β内一定不存在与m平行的直线；②若m⊥α，则在β内一定存在无数条直线与m垂直；③若m⊂α，则在β内不一定存在与m垂直的直线；④若m⊂α，则在β内一定存在与m垂直的直线．解析：对于①，若m⊥α，如果α，β互相垂直，则在平面β内存在与m平行的直线，故①错误；对于②，若m⊥α，则m垂直于平面α内的所有直线，故在平面β内一定存在无数条直线与m垂直，故②正确；对于③④，若m⊂α，则在平面β内一定存在与m垂直的直线，故③错误，④正确．答案：②④9．在直三棱柱ABC-A1B1C1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________．∥平面α，平面α∩平面AA1B1B＝EH，解析：如图所示，因为AA所以AA1∥EH.同理AA1∥GF，所以EH∥GF，又ABC-A1B1C1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：①③10．(2018·武汉调研)在矩形ABCD中，AB<BC，现将△ABD沿矩形的对角线BD所在的直线进行翻折，在翻折的过程中，给出下列结论：①存在某个位置，使得直线AC与直线BD垂直；②存在某个位置，使得直线AB与直线CD垂直；③存在某个位置，使得直线AD与直线BC垂直．其中正确结论的序号是________．解析：①假设AC 与BD 垂直，过点A 作AE ⊥BD 于E ，连接CE .则 ⎭⎪⎬⎪⎫AE ⊥BD AC ⊥BD AE ∩AC ＝A ⇒BD ⊥平面AEC ⇒BD ⊥CE ，而在平面BCD 中，EC 与BD 不垂直，故假设不成立，①错误．②假设AB ⊥CD ，∵AB ⊥AD ，AD ∩CD ＝D ，∴AB ⊥平面ACD ，∴AB ⊥AC ，由AB <BC 可知，存在这样的等腰直角三角形，使AB ⊥CD ，故假设成立，②正确．③假设AD ⊥BC ，∵DC ⊥BC ，∴BC ⊥平面ADC ，∴BC ⊥AC ，即△ABC 为直角三角形，且AB 为斜边，而AB <BC ，故矛盾，假设不成立，③错误．答案：②11.如图，在斜三棱柱ABC -A 1B 1C 1中，∠BAC ＝90°，BC 1⊥AC ，则C 1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 连接AC 1(图略)，由AC ⊥AB ，AC ⊥BC 1，AB ∩BC 1＝B ，得AC ⊥平面ABC 1.∵AC ⊂平面ABC ，∴平面ABC 1⊥平面ABC .∴C 1在平面ABC 上的射影H 必在两平面的交线AB 上．12．如图所示，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，下列结论正确的是()A ．平面ABD ⊥平面ABCB ．平面ADC ⊥平面BDC C ．平面ABC ⊥平面BDCD ．平面ADC ⊥平面ABC解析：选D ∵在四边形ABCD 中，AD ∥BC ，AD ＝AB ，∠BCD ＝45°，∠BAD ＝90°，∴BD ⊥CD .又平面ABD ⊥平面BCD ，且平面ABD ∩平面BCD ＝BD ，故CD ⊥平面ABD ，则CD ⊥AB .又AD ⊥AB ，AD ∩CD ＝D ，AD ⊂平面ADC ，CD ⊂平面ADC ，故AB ⊥平面ADC . 又AB ⊂平面ABC ，∴平面ADC ⊥平面ABC .13.如图，在直三棱柱ABC -A1B 1C 1中，侧棱长为2，AC ＝BC ＝1，∠ACB ＝90°，D 是A 1B 1的中点，F 是BB 1上的动点，AB 1，DF 交于点E .要使AB 1⊥平面C 1DF ，则线段B 1F 的长为( )A.12B ．1 C.32 D ．2解析：选A 设B 1F ＝x ，因为AB 1⊥平面C 1DF ，DF ⊂平面C 1DF ，所以AB 1⊥DF .由已知可得A 1B 1＝2，设Rt △AA 1B 1斜边AB 1上的高为h ，则DE ＝12h . 又2×2＝h 22＋(2)2，所以h ＝233，DE ＝33. 在Rt △DB 1E 中，B 1E ＝ ⎝⎛⎭⎫222－⎝⎛⎭⎫332＝66. 由面积相等得66× x 2＋⎝⎛⎭⎫222＝22x ，解得x ＝12.14.如图所示，在四棱锥P -ABCD 中，PA ⊥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：连接AC ，则AC ⊥BD ，∵PA ⊥底面ABCD ，∴PA ⊥BD .又PA ∩AC ＝A ，∴BD ⊥平面PAC ，∴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 )15．(2018·兰州实战考试)α，β是两平面，AB ，CD 是两条线段，已知α∩β＝EF ，AB ⊥α于B ，CD ⊥α于D ，若增加一个条件，就能得出BD ⊥EF .现有下列条件：①AC ⊥β；②AC 与α，β所成的角相等；③AC 与CD 在β内的射影在同一条直线上；④AC ∥EF .其中能成为增加条件的序号是________．解析：由题意得，AB ∥CD ，∴A ，B ，C ，D 四点共面．①中，∵AC ⊥β，EF ⊂β，∴AC ⊥EF ，又∵AB ⊥α，EF ⊂α，∴AB ⊥EF ，∵AB ∩AC ＝A ，∴EF ⊥平面ABCD ，又∵BD ⊂平面ABCD ，∴BD ⊥EF ，故①正确；②不能得到BD ⊥EF ，故②错误；③中，由AC 与CD 在β内的射影在同一条直线上可知平面ABCD ⊥β，又AB ⊥α，AB ⊂平面ABCD ，∴平面ABCD ⊥α.∵平面ABCD ⊥α，平面ABCD ⊥β，α∩β＝EF ，∴EF ⊥平面ABCD ，又BD ⊂平面ABCD ，∴BD ⊥EF ，故③正确；④中，由①知，若BD ⊥EF ，则EF ⊥平面ABCD ，则EF ⊥AC ，故④错误，故填①③. 答案：①③16．(2017·全国卷Ⅰ)如图，在四棱锥P -ABCD 中，AB ∥CD ，且∠BAP ＝∠CDP ＝90°.(1)证明：平面PAB ⊥平面PAD ；(2)若PA ＝PD ＝AB ＝DC ，∠APD ＝90°，且四棱锥P -ABCD的体积为83，求该四棱锥的侧面积． 解：(1)证明：由∠BAP ＝∠CDP ＝90°，得AB ⊥AP ，CD ⊥PD .因为AB ∥CD ，所以AB ⊥PD .又AP ∩PD ＝P ，所以AB ⊥平面PAD .又AB ⊂平面PAB ，所以平面PAB ⊥平面PAD .(2)如图所示，在平面PAD 内作PE ⊥AD ，垂足为E .由(1)知，AB ⊥平面PAD ，故AB ⊥PE ，可得PE ⊥平面ABCD .设AB ＝x ，则由已知可得AD ＝2x ，PE ＝22x . 故四棱锥P -ABCD 的体积V P -ABCD ＝13AB ·AD ·PE ＝13x 3.由题设得13x 3＝83，故x ＝2. 从而PA ＝PD ＝AB ＝DC ＝2，AD ＝BC ＝22，PB ＝PC ＝2 2.可得四棱锥P -ABCD 的侧面积为12PA ·PD ＋12PA ·AB ＋12PD ·DC ＋12BC 2sin 60°＝6＋2 3. 17．(2017·山东高考)由四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1截去三棱锥C 1-B 1CD 1后得到的几何体如图所示．四边形ABCD 为正方形，O 为AC 与BD 的交点，E 为AD 的中点，A 1E ⊥平面ABCD .(1)证明：A 1O ∥平面B 1CD 1；(2)设M 是OD 的中点，证明：平面A 1EM ⊥平面B 1CD 1.证明：(1)取B 1D 1的中点O 1，连接CO 1，A 1O 1，因为ABCD -A 1B 1C 1D 1是四棱柱，所以A 1O 1∥OC ，A 1O 1＝OC ，因此四边形A 1OCO 1为平行四边形，所以A 1O ∥O 1C ，因为O 1C ⊂平面B 1CD 1，A 1O ⊄平面B 1CD 1，所以A 1O ∥平面B 1CD 1.(2)因为E ，M 分别为AD ，OD 的中点，所以EM ∥AO .因为AO ⊥BD ，所以EM ⊥BD .又A 1E ⊥平面ABCD ，BD ⊂平面ABCD ，所以A 1E ⊥BD ，因为B 1D 1∥BD ，所以EM ⊥B 1D 1，A 1E ⊥B 1D 1，又A 1E ⊂平面A 1EM ，EM ⊂平面A 1EM ，A 1E ∩EM ＝E ，所以B 1D 1⊥平面A 1EM ，又B1D1⊂平面B1CD1，所以平面A1EM⊥平面B1CD1.。

第4讲直线、平面垂直的判定与性质基础巩固题组(建议用时：40分钟)一、选择题1．已知平面α⊥平面β，α∩β＝l，点A∈α，A∉l，直线AB∥l，直线AC⊥l，直线m∥α，m∥β，则下列四种位置关系中，不一定成立的是() A．AB∥m B．AC⊥mC．AB∥βD．AC⊥β解析如图所示，AB∥l∥m；AC⊥l，m∥l⇒AC⊥m；AB∥l⇒AB∥β，只有D不一定成立，故选D.答案D2．设a是空间中的一条直线，α是空间中的一个平面，则下列说法正确的是() A．过a一定存在平面β，使得β∥αB．过a一定存在平面β，使得β⊥αC．在平面α内一定不存在直线b，使得a⊥bD．在平面α内一定不存在直线b，使得a∥b解析当a与α相交时，不存在过a的平面β，使得β∥α，故A错误；直线a与其在平面α内的投影所确定的平面β满足β⊥α，故选B；平面α内的直线b只要垂直于直线a在平面α内的投影，则就必然垂直于直线a，故C错误；当a与α平行时，在平面α内存在直线b，使得a∥b，故D错误．答案B3.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所在平面，那么() A．P A＝PB＞PCB．P A＝PB＜PCC．P A＝PB＝PCD．P A≠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P A＝PB＝PC.答案C4．(2015·青岛质量检测)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A中，两直线可以平行、相交或异面，故不正确；B中，两直线平行，故不正确；C中，由α∥β，a⊂α可得a∥β，又b⊥β，得a⊥b，故正确；D 中，两直线可以平行，相交或异面，故不正确．答案C5.(2015·深圳调研)如图，在四面体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⊂平面ABC，所以平面ABC⊥平面BDE.又由于AC⊂平面ACD，所以平面ACD⊥平面BDE，所以选C.答案C二、填空题6. 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，且P A∩AC＝A，∴BC⊥平面P AC，∴BC⊥AF.∵AF⊥PC，且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①②③7．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)8．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)．解析假如①③④为条件，即m⊥n，n⊥β，m⊥α成立，过m上一点P作PB∥n，则PB⊥m，PB⊥β，设垂足为B.又设m⊥α，垂足为A，过P A，PB 的平面与α，β的交线l交于点C.因为l⊥P A，l⊥PB，所以l⊥平面P AB，所以l⊥AC，l⊥BC.所以∠ACB是二面角α－l－β的平面角．由m ⊥n ，显然P A ⊥PB ，所以∠ACB ＝90°，所以α⊥β.由①③④⇒②成立．反过来，如果②③④成立，与上面证法类似可得①成立．答案 ①③④⇒②(②③④⇒①)三、解答题9.(2014·包头市学业水平测试)如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AA 1＝2AC ＝2BC ，D 是棱AA 1的中点，CD⊥B 1D .(1)证明：CD ⊥B 1C 1；(2)平面CDB 1分此棱柱为两部分，求这两部分体积的比．(1)证明 由题设知，三棱柱的侧面为矩形，由于D 为AA 1的中点，故DC ＝DC 1，又AA 1＝2A 1C 1，可得DC 21＋DC 2＝CC 21，所以CD ⊥DC 1，而CD ⊥B 1D ，B 1D ∩C 1D ＝D ，所以CD ⊥平面B 1C 1D ，因为B 1C 1⊂平面B 1C 1D ，所以CD ⊥B 1C 1.(2)解 由(1)知B 1C 1⊥CD ，且B 1C 1⊥C 1C ，C 1C ∩CD ＝C ，则B 1C 1⊥平面ACC 1A 1，设V 1是平面CDB 1上方部分的体积，V 2是平面CDB 1下方部分的体积，则V 1＝VB 1－CDA 1C 1＝13×S 梯形CDA 1C 1×B 1C 1＝13×32B 1C 31＝12B 1C 31.V 总＝VABC －A 1B 1C 1＝12AC ×BC ×CC 1＝B 1C 31，V 2＝V 总－V 1＝12B 1C 31＝V 1，故V 1V 2＝1∶1. 10.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.证明(1)因为平面P AD⊥底面ABCD，且P A垂直于这两个平面的交线AD，所以P A⊥底面ABCD.(2)因为AB∥CD，CD＝2AB，E为CD的中点，所以AB∥DE，且AB＝DE.所以四边形ABED为平行四边形．所以BE∥AD.又因为BE⊄平面P AD，AD⊂平面P AD，所以BE∥平面P AD.(3)因为AB⊥AD，而且ABED为平行四边形，所以BE⊥CD，AD⊥CD.由(1)知P A⊥底面ABCD.所以P A⊥CD，又P A∩AD＝A.所以CD⊥平面P AD.从而CD⊥PD.又E，F分别是CD和PC的中点，所以PD∥EF.故CD⊥EF，由EF，BE⊂平面BEF，且EF∩BE＝E.所以CD⊥平面BEF.又CD⊂平面PCD，所以平面BEF⊥平面PCD.能力提升题组(建议用时：25分钟)11.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A12．(2014·衡水中学模拟)如图，正方体AC1的棱长为1，过点A作平面A1BD的垂线，垂足为点H.则以下命题中，错误的命题是()A．点H是△A1BD的垂心B．AH垂直于平面CB1D1C．AH延长线经过点C1D．直线AH和BB1所成角为45°解析对于A，由于AA1＝AB＝AD，所以点A在平面A1BD上的射影必到点A1，B，D的距离相等，即点H是△A1BD的外心，而A1B＝A1D＝BD，故点H是△A1BD的垂心，命题A是真命题；对于B，由于B1D1∥BD，CD1∥A1B，故平面A1BD∥平面CB1D1，而AH⊥平面A1BD，从而AH⊥平面CB1D1，命题B是真命题；对于C，由于AH⊥平面CB1D1，因此AH的延长线经过点C1，命题C是真命题；对于D，由C知直线AH即是直线AC1，又直线AA1∥BB1，因此直线AC1和BB1所成的角就等于直线AA1与AC1所成的角，即∠A1AC1，而tan∠A1AC1＝21＝2，因此命题D是假命题．答案D13．(2014·河南师大附中二模)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)．解析 由P A ⊥平面ABC ，AE ⊂平面ABC ，得P A ⊥AE ，又由正六边形的性质得AE ⊥AB ，P A ∩AB ＝A ，得AE ⊥平面P AB ，又PB ⊂平面P AB ，∴AE ⊥PB ，①正确；又平面P AD ⊥平面ABC ，∴平面ABC ⊥平面PBC 不成立，②错；由正六边形的性质得BC ∥AD ，又AD ⊂平面P AD ，∴BC ∥平面P AD ，∴直线BC ∥平面P AE 也不成立，③错；在Rt △P AD 中，P A ＝AD ＝2AB ，∴∠PDA ＝45°，∴④正确．答案 ①④14．如图，四棱锥P －ABCD 中，底面ABCD 为菱形，P A ⊥底面ABCD ，AC ＝22，P A ＝2，E 是PC 上的一点，PE ＝2EC .(1)证明：PC ⊥平面BED ；(2)设二面角A －PB －C 为90°，求PD 与平面PBC所成角的大小．(1)证明 因为底面ABCD 为菱形，所以BD ⊥AC .又P A ⊥底面ABCD ，所以P A ⊥BD ，因为AC ∩P A ＝A ，所以BD ⊥平面P AC ，所以BD ⊥PC .如图，设AC ∩BD ＝F ，连接EF .因为AC ＝22，P A ＝2，PE ＝2EC ，故PC ＝23，EC ＝233，FC ＝2，从而PC FC ＝6，AC EC ＝ 6.所以PC FC ＝AC EC ，又∠FCE ＝∠PCA ，所以△FCE ∽△PCA ，∠FEC ＝∠P AC ＝90°.由此知PC ⊥EF .又BD ∩EF ＝F ，所以PC ⊥平面BED .(2)解 在平面P AB 内过点A 作AG ⊥PB ，G 为垂足． 因为二面角A －PB －C 为90°，所以平面P AB ⊥平面PBC .又平面P AB ∩平面PBC ＝PB ，故AG ⊥平面PBC ，AG ⊥BC .因为BC 与平面P AB 内两条相交直线P A ，AG 都垂直， 故BC ⊥平面P AB ，于是BC ⊥AB ，所以底面ABCD 为正方形，AD ＝2，PD ＝P A 2＋AD 2＝2 2.设D 到平面PBC 的距离为d .因为AD ∥BC ，且AD ⊄平面PBC ，BC ⊂平面PBC ，故AD ∥平面PBC ，A ，D 两点到平面PBC 的距离相等， 即d ＝AG ＝ 2.设PD 与平面PBC 所成的角为α，则sin α＝d PD ＝12.所以PD 与平面PBC 所成的角为30°.。

课时跟踪检测（四十三）直线、平面垂直的判定及其性质（一）普通高中适用作业A级一一基础小题练熟练快1 .设a,卩为两个不同的平面，直线I ? a ,则“ I丄卩”是“ a丄卩”成立的（）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解析：选A依题意，由I丄卩，I ? a可以推出a丄卩；反过来，由a丄卩，I ? a 不能推出I丄卩.因此“ I丄卩”是“ a丄卩”成立的充分不必要条件，故选 A.2. 设a为平面，a, b为两条不同的直线，则下列叙述正确的是（）A.若a//a, b//a，贝U a// b B .若a 丄a, a// b,贝U b丄aC.若a丄a, a丄b,贝U b/ a D .若a/a, a丄b,贝U b丄a解析：选B若a// a , b// a，则a与b相交、平行或异面，故A错误；易知B正确；若a丄a , a 丄b,贝y b// a或b? a,故C错误；若a//a, a丄b,贝U b / a或b? a或b与a相交，故D错误.3. （2018 •广州一模）设m n是两条不同的直线， a ,卩是两个不同的平面，下列命题中正确的是（）A. 若n? 3 , a丄卩，贝y mL aB. 若ml a , n/ n, n // 3 ,贝U a 丄3C. 若ml n, n? a , n? 3,贝U a丄3D. 若 a / 3 , m? a , n? 3 ,贝U m/ n解析：选B A中m与a的位置关系不能确定，故A错误；T mL a , m〃n,：n 丄a,又n// 3 ,「・a丄3，故B正确；若ml n, m? a , n? 3 ,则a与3的位置关系不确定，故C错误；若a// 3，m? a , n? 3，则m与n平行或异面，故D错误.选B.4.（2018 •天津模拟）设I是直线，a , 3是两个不同的平面，则下列说法正确的是（）A.若I // a , I // 3 ,则 a / 3 B .若I // a , I 丄 3 ,贝a 丄3C.若 a L 3 ，I 丄a,贝U I // 3 D .若 a 丄3，I 〃a,则I 丄3解析：选B对于A,若I // a , I // 3 ,贝U a // 3或a与3相交，故A错；易知B 正确；对于C,若a L 3 , I丄a,贝U I //3或I? 3,故C错；对于D,若a丄3 , I // a , 则I与3的位置关系不确定，故D 错.选B.5. 如图，在三棱锥D-ABC中，若AB= CB AD= CD E是AC的中点，则下列命题中正确的是（）/ '■*、A. 平面ABC平面ABDB. 平面ABD平面BCDC. 平面ABC平面BDE且平面ACD_平面BDED. 平面ABCL平面ACD且平面ACD_平面BDE解析：选C 因为AB= CB且E是AC的中点，所以BE! AC同理，DEI AC由于DEH BE=E,于是ACL平面BDE因为AC?平面ABC所以平面ABCL平面BDE又AC?平面ACD所以平面ACD_平面BDE故选C.6.（2018 •广州模拟）如图是一个几何体的平面展开图，其中四边形ABCD^正方形，E, F分别为PA PD的中点，在此几何体中，给出下面四个结论：①直线BE与直线CF异面；②直线BE与直线AF异面；③直线EF//平面PBC④平面BCEL平面PAD其中正确结论的个数是（）A. 1C. 3解析：选B画出该几何体，如图所示，①因为E, F分别是PAPD的中点，所以EF// AD所以EF/ BC直线BE与直线CF是共面直线，故①不正确；②直线BE与直线AF满足异面直线的定义，故②正确；③ 由E, F分别是PA PD的中点，可知EF/ AD所以EF/ BC因为EF?平面PBC BC?平面PBC所以直线EF/平面PBC故③正确；④因为BE与PA的关系不能确定，所以不能判定平面BCEL平面PAD故④不正确•所以正确结论的个数是 2.7.如图，已知/ BAC= 90°，PC L平面ABC则在△ ABC △ PAC的边所在的直线中，与PC垂直的直线有_________________ ;与AP垂直的直线有解析：••• PC L平面ABC••• PC垂直于直线AB BC AC••• ABL AC，AB丄PC A8 PC= C,• ABL平面PAC又AF?平面PAC• ABLAP,与AP垂直的直线是AB答案：AB BC, ACAB&若a ,卩是两个相交平面，m为一条直线，则下列命题中，所有真命题的序号为①若mLa,则在②若mLa,则在③若m?a,则在④若m?a,则在解析: :对于①，若内一定不存在与m平行的直线;内一定存在无数条直线与m垂直;内不一定存在与m垂直的直线;内一定存在与m垂直的直线.mL a ,如果a ,卩互相垂直，则在平面卩内存在与m平行的直线,故①错误；对于②，若mi a ,则m垂直于平面a内的所有直线，故在平面卩内一定存在无数条直线与m垂直，故②正确；对于③④，若n? a ,则在平面卩内一定存在与m垂直的直线，故③错误，④正确.答案：②④9.在直三棱柱ABGABC中，平面a与棱AB AC, AC, AB分别交于点E, F, G H且直线AA//平面a .有下列三个命题：①四边形EFG是平行四边形；②平面 a // 平面BCCB;③平面a丄平面BCFE其中正确命题的序号是____________解析：如图所示，因为AA //平面a ,平面a门平面AABB= EH所以AA/ EH同理AA/ GF,所以EH// GF又ABGA B C是直三棱柱，易知EH= GF= AA,所以四边形EFGH是平行四边形，故①正确；若平面 a //平面BBCQ,由平面a门平面A B i C i = GH平面BCCB门平面A i B C = BC , 知GH/ B i C i ,而GH/ B C不一定成立，故②错误；由AA丄平面BCFE结合AA / EH知EHL平面BCFE又EH?平面a ,所以平面a丄平面BCFE故③正确.答案：①③1 0.（20 1直线进行翻折，在翻折的过程中，给出下列结论:①存在某个位置，使得直线AC与直线BD垂直;②存在某个位置，使得直线AB与直线CD垂直;③存在某个位置，使得直线AD与直线BC垂直.其中正确结论的序号是AEL BD 解析：①假设AC与BD垂直，过点A作AEL BD于E,连接CE则ACL BD ? BDAE n AC= A 丄平面AEC BDL CE而在平面BCD中 , EC与BD不垂直，故假设不成立，①错误.②假设AE L CD T A吐AD ADH CD= D,••• ABL 平面 ACD••• ABLAC 由 AB <BC 可知，存在这样的等腰直角三角形， 使ABL CD 故假设成立，②正确. ③假设AD L BC•/ DC L BC • BC L 平面 ADC• BC L AC 即厶ABC 为直角三角形，且 AB 为斜边, 而A 扌BC 故矛盾，假设不成立，③错误. 答案：②B 级一一中档题目练通抓牢ABGABC 中，/ BAC= 90°, BC L AC 贝U C 在)B.直线BC 上C. 直线AC 上D. A ABC 内 部解析：选 A 连接 AC （图略），由AC L AB ACL BC , ABA BC = B 得 ACL 平面 ABC vAC ?平面ABC 二平面ABC L 平面 ABC • C 在平面ABC 上的射影 H 必在两平面的交线 AB 上.2.如图所示，在四边形 ABCD 中 , AD// BC AD= AB / BCD= 45°, / BAD= 90° .将厶ADE 沿 BD 折起，使平面 ABDL 平面BCD 构成三棱锥 A BCD 则在三棱锥 A BCD 中,下列结论正确的是（）ABCD 中 , AD// BC AD= AB / BCD= 45°, / BAD= 90° ,BD L CD又平面ABDL 平面BCD 且平面 ABD A 平面BCD= BD 故CDL 平面ABD 贝U CDL AB又 AD L AB AD A CD= D, AD ?平面 ADC CD ?平面 ADC 故 ABL 平面 ADC 又AB ?平面ABC •平面ADCL 平面ABC1.如图，在斜三棱柱 底面ABC 上的射影H 必在（A.直线AB 上A.平面 ABDL 平面 ABC B .平面ADCL 平面BDC C.平面 ABC L 平面BDCD .平面ADCL 平面 ABC解析：选D •••在四边形3.如图，在直二棱柱ABC - ABC中，侧棱长为2, AC= BC= 1，/ ACB=90°, D是AB的中点，F是BB上的动点，AB, DF交于点E要使AB丄平面CDF贝熾段BF的长为（）1A.2C.2解析：选 A 设BF= x，因为AB丄平面CDF DF?平面CDF,所以AB丄DF.由已知可得AB =护,1设Rt△ AAB斜边AB上的高为h,贝U D吕尹又2X ,-'2= h ；22+—2一2，所以h=孚，Dm#.在Rt△ DBE 中，BE=寸¥ 2—芈2=罟.由面积相等得普x2+卑2=乌彳，解得x=2.4.如图所示，在四棱锥P-ABCD中，PAL底面ABCD且底面各边都要填写一个你认为是正确的条件即可）相等，M是PC上的一动点，当点M满足 _____ 时，平面MB L平面PCD只解析：连接AC则AC L BD•/ PAL底面ABCD 二PA! BD又PA O AC= A,「. BD丄平面PAC••• BDL PC•••当DML PC或BM L PC时，即有PC丄平面MBD而PC?平面PCD•平面MB!平面PCD答案：DM L PC（或BM L PC5. （2018 •兰州实战考试）a ,卩是两平面，AB CD是两条线段，已知 a O卩=EF, ABL a于B, CDL a于D,若增加一个条件，就能得出BDL EF.现有下列条件：① ACL卩；②AC与a ,卩所成的角相等；③ AC与CD在卩内的射影在同一条直线上；④ AC// EF其中能成为增加条件的序号是___________ .解析：由题意得，AB// CD • A, B, C, D四点共面.①中，••• AC L 3 , EF? 3 , • AC L EF,又T ABL a , EF? a ,••• ABL EF,T ABH AC= A,A EF丄平面ABCD又••• BD?平面ABCD：BD L EF,故①正确；②不能得到BD L EF,故②错误；ABC L 卩，又AE L a , AB③中，由AC与CD在卩内的射影在同一条直线上可知平面平面ABCD二平面ABC丄a . •平面ABC丄a ,平面ABC L卩，a H卩=EF, • EF丄平面ABCD又BD?平面ABCD •- BD L EF,故③正确；④中，由①知，若BD L EF,则EFL平面ABCD则EFL AC故④错误，故填①③答案：①③6. (2017 •全国卷I )如图，在四棱锥P-ABCD中 , AB// CD且/ BAF^Z CD2 90°.(1) 证明：平面PABL平面PAD(2) 若PA= PD= AB= DC Z APD= 90°,且四棱锥R ABCD勺体8积为3,求该四棱锥的侧面积.解：⑴证明：由Z BAP=Z CDP= 90° ,得ABL AP CDL PD因为AB// CD所以AB± PD又APH PD= P,所以ABL平面PAD又A田平面PAB所以平面PABL平面PAD⑵如图所示,在平面PAD内作PEL AD垂足为E由(1)知，AB L平面PAD故ABL PE可得PEL平面ABCD设AB= x,则由已知可得AD= ：2X , PE=~22X.故四棱锥P-ABCD勺体积1 1 3V P-ABCD= A D・ PE= 3X3.1 8由题设得3X3= 3,故X = 2.3 3从而PA= PD= AB= DC= 2 , AD= BC= 2 2 , PB= PC= 2_：2.可得四棱锥P-ABC啲侧面积为2P A- PD^ 2P A- AB^ ^PD- DO *BC sin 60 ° = 6+ 2：3.7. (2017 •山东高考)由四棱柱 ABCDAiBCD 截去三棱锥 C -BCD 后得到的几何体如图⑵设M 是OD 的中点，证明：平面 AEML 平面BCD.因为ABCDA i B i CD 是四棱柱,所以 AO // OC A i O = OC因此四边形AOCC 为平行四边形，所以 AO// OC,因为OC ?平面BCD, AC ?平面BCD ,所以A i O//平面BCD .⑵ 因为E, M 分别为AD OD 的中点,所以EM/ AO因为AOL BD,所以EM L BD又AE 丄平面 ABCD BD ?平面ABCD所以A i E L BD因为 B i D // BD ,所以 EM L B i D , A i E L B i D ,又 A i E ?平面 A i EM EM ?平面 A i EM A i E H EM= E ,所以B i D 丄平面A EM又B i D ?平面B CD ,所以平面A i EM L 平面B CD .C 级一一重难题目自主选做i .(20 i 8 •湖北七市(州)联考)《九章算术》是我国古代内容极为丰富的数学名著，书中将底面为直角三角形的直棱柱称为堑堵，将底面为矩形的棱台称为刍童.在如图所示的堑堵 ABMDCP 与刍童ABCDA i B i C D所示.四边形 ABC ［为正方形, E 为AD 的中点, AE 丄平面ABCD(1)证明: AO//平面O 为AC 与 BD 的交点,证明：(1)取BD 的中点1 d_________的组合体中，AB= AD AB = AD.台体体积公式：V= g S'+{§飞+ S)h,其中S', S分别为台体上、下底面的面积，h为台体的高.⑴证明：直线BC L平面MAC(2)若AB= 1, AD = 2, MA=73,三棱锥A-ABD的体积V'= 辔,求该组合体的体积.解：⑴ 证明：由题意可知ABMDCP是底面为直角三角形的直棱柱，•••AC L平面MAB ••• AD丄MA又MA_ AB ADn AB- A, AD?平面ABCD AB?平面ABCD•MAL平面ABCD •- MAL BD又AB= AD •四边形ABC西正方形，• BD L AC又MA C AC=代 MA 平面MAC AC?平面MAC•BC丄平面MAC⑵设刍童ABCDABCD的高为h ,则三棱锥A-ABD的体积V'= 3x l x 2X 2X h=3 2• h= ;3 ,故该组合体的体积V= l x i x .：3X 1+ 3x（12+ 22+，讦X22）x .'3 = ¥ + 号=卫討.2.如图，已知三棱柱ABCA' B' C'的侧棱垂直于底面，AB= AC,/ BAC= 90°，点M N分别为A B和B C'的中点.(1) 证明：MN/平面AA C C;(2) 设AB=入AA ,当入为何值时，CNL平面A MN试证明你的结论.解：(1)证明：如图，取A B'的中点E,连接ME NE因为M, N分别为A B和B C的中点，所以NE/ A C , ME // AA'.又A ' C' ?平面AA C' C, AA' ?平面AA C C,所以M曰平面AA C C, NE//平面AA' C C,又因为M C NE=E,所以平面MN/平面AA' C' C,因为MN平面MNE所以M/平面AA C' C⑵连接BN设AA = a,贝U AB=入AA'=入a,由题意知BC=®a, CN k BN^、J a2+ ?入2a2,因为三棱柱ABCA' B' C的侧棱垂直于底面，所以平面A B C丄平面BB' C C.因为AB= AC,点N是B C的中点，所以A B = A C , A N丄B C ,所以A NX平面BB C C,所以CNL A N要使CNL平面A MN只需CNL BN即可，所以CN+ BN= BC,即卩2 a2+1 入2a2= 2 入2a2, 解得入=2，故当入=,2时，CNL平面A MN。