2018-2019学年人教A版高中数学必修二同步学习讲义:第二章 点、直线、平面之间的位置关系2.1.2

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数学 2.1.2 空间中直线与直线之间的位置关系 学习目标 1.了解空间中两条直线的位置关系.2.理解异面直线的概念、画法.3.理解并掌握公理4及等角定理.4.掌握异面直线所成角的概念及异面直线垂直的概念,能求出一些较特殊的异面直线所成的角.

知识点一 空间两直线的位置关系 思考 在同一平面内,两条直线有几种位置关系? 观察下面两个图形,你能找出既不平行又不相交的两条直线吗?

答案 平行与相交. 教室内的日光灯管所在直线与黑板的左右两侧所在的直线;六角螺母中直线AB与CD. 梳理 异面直线的概念 (1)定义:不同在任何一个平面内的两条直线. (2)异面直线的画法(衬托平面法) 如图(1)(2)所示,为了表示异面直线不共面的特点,作图时,通常用一个或两个平面来衬托.

(3)判断两直线为异面直线的方法 ①定义法;②两直线既不平行也不相交. (4)空间两条直线的三种位置关系 ①从是否有公共点的角度来分:

 没有公共点

 平行

异面有且仅有一个公共点——相交 数学 ②从是否共面的角度来分:

 在同一平面内

 平行

相交不同在任何一个平面内——异面

知识点二 平行公理(公理4) 思考 在平面内,直线a,b,c,若a∥b,b∥c则a∥c.该结论在空间中是否成立? 答案 成立. 梳理 平行公理的内容 (1)文字表述:平行于同一条直线的两条直线互相平行.

(2)符号表示: a∥bb∥c⇒a∥c. 知识点三 等角定理 思考 观察图,在长方体ABCD—A′B′C′D′中,∠ADC与∠A′D′C′,∠ADC与∠D′A′B′的两边分别对应平行,

这两组角的大小关系如何? 答案 从图中可以看出,∠ADC=∠A′D′C′,∠ADC+∠D′A′B′=180°. 梳理 空间中如果两个角的两边分别对应平行,则这两个角相等或互补. 知识点四 异面直线所成的角 思考 在长方体A1B1C1D1—ABCD中,BC1∥AD1,则“直线BC1与直线BC所成的角”与“直线AD1与直线BC所成的角”是否相等?

答案 相等. 梳理

定义 前提 两条异面直线a,b

作法 经过空间任一点O作直线a′∥a,b′∥b 数学 结论 我们把a′与b′所成的锐角(或直角)叫做异面直线a与b所成的角(或夹角) 范围 记异面直线a与b所成的角为θ,则0°特殊情况 当θ=90°时,a与b互相垂直,记作a⊥b.

类型一 异面直线的判断 例1 如图所示,点P,Q,R,S分别在正方体的四条棱上,且是所在棱的中点,则直线PQ与RS是异面直线的是( )

答案 C 解析 本题容易错选A或B或D.不能严格根据异面直线的定义对两直线的位置关系作出正确判断,仅凭主观臆测和对图形的模糊认识作出选择.A,B中,PQ∥RS,D中,PQ和RS相交.故选C. 反思与感悟 判断两直线是否为异面直线,只需判断它们是否相交、平行.只要既不相交,也不平行,就是异面直线. 跟踪训练1 如图是一个正方体的展开图,如果将它还原成正方体,那么AB,CD,EF,GH这四条线段所在直线是异面直线的有几对?分别是哪几对?

解 还原的正方体如图所示,是异面直线的共三对,分别为AB与CD,AB与GH,EF与GH. 类型二 公理4及等角定理的应用 数学 例2 已知E,E′分别是正方体ABCD-A′B′C′D′的棱AD,A′D′的中点. (1)求证:四边形BB′E′E为平行四边形; (2)求证:∠BEC=∠B′E′C′. 证明 (1)如图所示,因为E,E′分别是AD,A′D′的中点,所以AE∥A′E′,且AE=A′E′.

所以四边形AEE′A′是平行四边形. 所以AA′∥EE′,且AA′=EE′. 又因为AA′∥BB′,且AA′=BB′, 所以EE′∥BB′,且EE′=BB′. 所以四边形BEE′B′是平行四边形. (2)由(1)知,四边形BB′E′E为平行四边形,所以BE∥B′E′. 同理可证CE∥ C′E′. 又∠BEC与∠B′E′C′的两边方向相同, 所以∠BEC=∠B′E′C′. 引申探究 本例2中取C′D′的中点G′,求证四边形ACG′E′为梯形.

证明 连接A′C′. ∵E′,G′分别为A′D′,C′D′的中点, ∴E′G′綊12A′C′. ∵AA′綊CC′, ∴四边形ACC′A′是平行四边形,

∴A′C′綊AC,∴E′G′綊12AC, ∴四边形ACG′E′是梯形. 数学 反思与感悟 (1)公理4的作用 公理4表明了平行线的传递性,它可以作为判断两直线平行的依据,同时也给出空间两直线平行的一种证明方法. (2)剖析“等角定理” ①如果一个角的两边与另一个角的两边分别平行,并且方向相同,那么这两个角相等. ②如果一个角的两边与另一个角的两边分别平行,并且其中一组方向相同,另一组方向相反,那么这两个角互补. ③如果一个角的两边与另一个角的两边分别平行,并且方向相反,那么这两个角相等. 跟踪训练2 如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F,G分别是AB,BB1,BC的中点.求证:△EFG∽△C1DA1.

证明 如图,连接B1C. 因为G,F分别为BC,BB1的中点, 所以GF綊12B1C.

又ABCD—A1B1C1D1为正方体, 所以CD綊AB,A1B1綊AB,

由公理4知CD綊A1B1,

所以四边形A1B1CD为平行四边形,

所以A1D綊B1C.又B1C∥FG,

由公理4知A1D∥FG.

同理可证:A1C1∥EG,DC1∥EF. 数学 又∠DA1C1与∠EGF,∠A1DC1与∠EFG,∠DC1A1与∠GEF的两边分别对应平行且均为锐角, 所以∠DA1C1=∠EGF,∠A1DC1=∠EFG,∠DC1A1=∠GEF. 所以△EFG∽△C1DA1.

类型三 求异面直线所成的角 例3 空间四边形ABCD中,AB=CD,且AB与CD所成锐角为30°,E,F分别为BC,AD的中点,求EF与AB所成角的大小. 解 如图所示,取AC的中点G,连接EG,FG,

则EG綊12AB,GF綊12CD,

由AB=CD知EG=FG, 从而可知∠GEF为EF与AB所成角,∠EGF或其补角为AB与CD所成角. ∵AB与CD所成角为30°, ∴∠EGF=30°或150°, 由EG=FG知△EFG为等腰三角形, 当∠EGF=30°时,∠GEF=75°, 当∠EGF=150°时,∠GEF=15°, 故EF与AB所成角的大小为15°或75°. 反思与感悟 求两条异面直线所成的角的一般步骤 (1)构造角:根据异面直线的定义,通过作平行线或平移平行线,作出异面直线夹角的相关角. (2)计算角:求角度,常利用三角形. (3)确定角:若求出的角是锐角或是直角,则它就是所求异面直线所成的角;若求出的角是钝角,则它的补角就是所求异面直线所成的角. 跟踪训练3 在空间四边形ABCD中,两条对边AB=CD=3,E,F分别是另外两条对边AD,数学 BC上的点,且AEED=BFFC=12,EF=5,求AB和CD所成角的大小. 解 如图,连接BD,过点E作AB的平行线交BD于O,连接OF.

因为EO∥AB, 所以BOOD=AEED=12, EOAB=DEDA=23.

又因为AB=3,所以EO=2. 又BFFC=12,所以BOOD=BFFC, 所以OF∥DC,所以OE与OF所成的角即为AB和CD的成的角,OFDC=BFBC=13.

因为DC=3,所以OF=1. 在△OEF中,OE2+OF2=5,EF2=(5)2=5, 所以OE2+OF2=EF2,∠EOF=90°, 所以AB和CD所成的角为90°.

1.空间两条互相平行的直线指的是( ) A.在空间没有公共点的两条直线 B.分别在两个平面内的两条直线 C.在两个不同的平面内且没有公共点的两条直线 D.在同一平面内且没有公共点的两条直线 答案 D 解析 由平行直线的定义可得. 2.若OA∥O′A′,OB∥O′B′,且∠AOB=130°,则∠A′O′B′为( ) A.130° B.50° C.130°或50° D.不能确定 答案 C 数学 解析 根据定理,∠A′O′B′与∠AOB相等或互补,即∠A′O′B′=130°或∠A′O′B′=50°. 3.分别和两条异面直线平行的两条直线的位置关系是( ) A.一定平行 B.一定相交 C.一定异面 D.相交或异面 答案 D 解析 画出图形,得到结论.

如图(1),分别与异面直线a,b平行的两条直线c和d是相交关系.如图(2),分别与异面直线a,b平行的两条直线c和d是异面关系.综上可知,应选D. 4.如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,判断下列直线的位置关系: (1)直线A1B与直线D1C的位置关系是________; (2)直线A1B与直线B1C的位置关系是________; (3)直线D1D与直线D1C的位置关系是________; (4)直线AB与直线B1C的位置关系是________.

答案 (1)平行 (2)异面 (3)相交 (4)异面 解析 (1)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,A1D1綊BC,所以四边形A1BCD1

为平行四边形,

所以A1B∥D1C.

(2)直线A1B与直线B1C不同在任何一个平面内. (3)直线D1D与直线D1C相交于点D1. (4)直线AB与直线B1C不同在任何一个平面内. 5.如图所示,在正方体ABCD—A1B1C1D1中.