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- 2021-06-16 发布
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【知识要点】
一、四种距离的定义及常见求法
1、线线距:线线距指的是两条平行直线之间的距离,其中一条直线上的任意一点到
另外一条直线的距离.
常见求法:(1)几何法:在其中一条直线上任意取一点,然后作另外一条直线的垂线段,
求垂线段的长度.(2)向量法: ,其中 , 是 的方
向向量
2、异面直线间的距离:异面直线 间的距离为 间的公垂线段的长.
常见求法①几何法:先证线段 为异面直线 的公垂线段,然后求出 的长即
可.②向量法:如下图所示, 是两异面直线, 是 和 的法向量,点 ,
则异面直线 与 之间的距离是 ;
3、直线到平面的距离:只存在于直线和平面平行之间,为直线上任意一点到平面间的
距离.
常见求法:(1)几何法:找 作 证(定义) 求(解三角形);(2)向量法.利用
直线 与平面 之间的距离公式: ,其中 是平面 的法向量
ba, ba,
ba,
n
n
nEF
d
⋅
=
2
2| | | |
AB ad AB a
⋅= −
,A a B b∈ ∈ a a
AB AB
,a b a b ,E a F b∈ ∈
a b
→ → →
a α
| |
AB n
d n
⋅
=
,A a B α∈ ∈ n α
a
b
E
F
4、平面与平面间的距离:只存在于两个平行平面之间,为一个平面上任意一点到另一
个平面的距离.
常见求法(1)几何法:找 作 证(定义) 求(解三角形);(2)向量法.一般
利用两平行平面 之间的距离 ,其中 是平面 的法向量
二、上面四种距离都是对应图形上两点间的最短距离.所以均可以用求函数的最小值法求各
距离..
三、上面四种距离是可以相互转化的,最终都可以转化成点点距 求解.
四、在上面四种距离的解法中,最常用的是几何的方法和向量的方法.
【方法讲评】
两平行直线的距离
方法一 几何法
使用情景 直线和直线的距离比较容易作出.
解题步骤 找 作 证(定义) 求(解三角形)
方法二 向量法
使用情景
直线和直线的距离不容易作出,根据已知条件比较容易建立坐标系,写出点的
坐标.
解题步骤
建立空间直角坐标系 求直线的方向向量 求 代入公式
,其中 , 是 的方向向量
由于高考关于立体几何中两平行线间的距离考得相当少,几乎不考,所以这里不再赘述.
异面直线间的距离
方法一 几何法
使用情景 异面直线的公垂线段存在或比较容易作出.
解题步骤 证线段 为异面直线 的公垂线段 求出 的长即可.
方法二 向量法
使用情景 异面直线的公垂线段不存在或不容易作出,根据已知条件比较容易建立坐标系,
ba,
→ → →
,α β
| |
AB n
d n
⋅
=
,A Bα β∈ ∈ n α
→ → →
→ a → AB →
2
2| | | |
AB ad AB a
⋅= −
,A a B b∈ ∈ a a
AB → AB
写出点的坐标.
解题步骤
建立空间直角坐标系 求 和 的法向量 ( 是两异面直线) 求向量
( ) 代入异面直线 和 之间的距离公式
【例 1】已知正四棱柱 ,点 在棱 上,截面 ,且面
与底面 所成的角为 , ,求:
(1)截面 的面积;(2)异面直线 与 之间的距离;(3)三棱锥 的体
积.
(3)连结 交 于 ,交 于 ,推证出 ⊥面
∴ 是三棱锥 的高,得
n
nEF
d
⋅
=
→ a b n ,a b →
EF ,E a F b∈ ∈ → a b
1 1 1 1ABCD A B C D− E 1D D 1||EAC D B
EAC ABCD 045 AB a=
EAC 1 1A B AC 1B EAC−
1B D 1BD P EO Q 1B D EAC
1B Q 1B EAC− 1
3
2B Q a=
A B
C
D O
S
x
y
z
图 1
【点评】本题就是利用利用几何法求两异面直线的距离,先证明 是异面直线
与 间的公垂线,再求 .学 .
【 反 馈 检 测 1 】 直 三 棱 柱 的 底 面 为 等 腰 直 角 三 角 形 ,
, , 点到 的距离为 = , 为 的中点.
(1)求证: ⊥平面 ;
(2)求异面直线 与 之间的距离;
(3)求二面角 的平面角的正切.
【例 2】如图 1,正四棱锥 的高 ,底边长 .求异面直线 和
之间的距离?
【解析】
2
3
S ABCD− 2SO = 2AB = BD SC
32
4
2
2
3
2
2
3
1
1
aaaV EACB =⋅⋅=−
1A A 1 1A B
AC 1A A
1 1 1ABC A B C− ABC
090ACB∠ = 1AC = C 1AB CE D AB
1AB CED
1AB CD
1B AC B− −
【点评】由于本题已知条件适用于建立空间直角坐标系,所以选用向量的方法求两异面
直线间的距离.
【反馈检测 2】已知正方体 的棱长为 2,点 为棱 的中点,求:
(Ⅰ) 与平面 所成角的余弦值;(Ⅱ)二面角 的余弦值;
(Ⅲ)异面直线 与 之间的距离.
直线到平面的距离
方法一 几何法
使用情景 直线上一点在平面的射影位置比较容易确定.
解题步骤 找 作 证(定义) 求(解三角形)
1 1 1 1ABCD A B C D− E AB
1D E 1BC D 1D BC C− −
1 1B D 1BC
→ → →
方法二 向量法
使用情景
直线上的点在平面内的射影位置不好确定,根据已知条件比较容易建立坐标系,
写出点的坐标.
解题步骤
建立空间直角坐标系 求平面 的法向量 求平面的斜向量 的坐标
( ) 代入公式 ,即得直线 到平面 的距离.
【例 3】在直三棱柱 中, , ,求:
(1)异面直线 与 所成角的大小; (2)直线 到平面 的距离.
【点评】线面距离往往转化成点面距离 处理,最后可能转化为空间几何体的体积求得,
体积法不用作垂线. 学 .
n
nAB
d
⋅
=
→ α → AB
,A l B α∈ ∈ → l α
1 1 1ABC - A B C 90 ABC =∠ ° 11, 2AB = BC = BB =
1 1B C 1AC 1 1B C BCA1
【反馈检测 3】已知正三棱柱 的底面边长为 8,对角线 ,D 是
的中点.(1)求点 到直线 的距离.(2)求直线 到平面 的距离.
【例 4 】如图①在直角 梯形 中, ,
, , , 分别是线段 、 , 的
中点,现将 折起,使平面 ⊥平面 (如图②)
(1)求证 ∥平面 ;(2)求直线 与平面 之间的距离;
(3)在线段 上确定一点 ,使 ⊥平面 ,试给出证明.
111 CBAABC − 101 =CB
1B 1AB BDC1AC AC
ABCP ||BC AP
AB BC⊥ CD AP⊥ 2AD DC PD= = = , ,E F G PC PD BC
PDC∆ PDC ABCD
AP EFG AP EFG
PB Q PC ADQ
B
A C
D
1A
1B
1C
(2)由(1)知 ∥平面 ,则 到平面 的距离为点 到平面 的距离
平面 的法向量 , (2,0,0), (1,2,0) , =(-1,2,0)
所以点 到平面 的距离为| |= =
∴ 到平面 的距离为
(3)假设在线段 上存在一点 ,使 ⊥平面 ,
【点评】本题就是把直线到平面的距离转化成点到平面的距离,再利用公式求解.
AP EFG AP EFG A EFG
EFG (1,0,1)n = A G AG∴
A EFG
n
nAG ⋅
101
001
++
++−
2
2
AP EFG 2
2
PB Q PC ADQ
平面到平面的距离
方法一 几何法
使用情景 一个平面内的点在另外一个平面的射影位置比较容易确定.
解题步骤 找 作 证(定义) 求(解三角形)
方法二 向量法
使用情景
一个平面内的点在另外一个平面内的射影位置不好确定,根据已知条件比较容
易建立坐标系,写出点的坐标.
解题步骤
建立空间直角坐标系 求平面 的法向量 求平面的斜向量 的坐标
( ) 代入公式 ,即得平面 到平面 的距离.
【例 5】 在长方体 ABCD—A1B1C1D1 中,AB=4,BC=3,CC1=2,如图:
(1)求证:平面 A1BC1∥平面 ACD1;
(2)求(1)中两个平行平面间的距离;
(3)求点 B1 到平面 A1BC1 的距离.
n
nAB
d
⋅
=
→ → →
→ α → AB
,A Bα β∈ ∈ → α β
D1 C1
B1A1
D C
BA
(3)解:由于线段 B1D1 被平面 A1BC1 所平分,则 B1、D1 到平面 A1BC1 的距离相等,则
由(2)知点 B1 到平面 A1BC1 的距离等于 .
【点评】(1)立体几何图形必须借助面的衬托,点、线、面的位置关系才能显露地“立”
起 .在具体的问题中,证明和计算经常依附于某种特殊的辅助平面即基面.这个辅助平面的获
取正是解题的关键所在,通过对这个平面的截得,延展或构造,纲举目张,问题就迎刃而解
了.(2)本题中求面面距利用到了转化的思想,把面面距灵活地转化成了点面距.
【反馈检测 4】已知 是两条异面直线, 是三个互相平行的平面, 分别
交 于 和 , , , ,又 与 成 角,则
与 的距离是__________;
=__________
61
6112
1 2,l l , ,α β γ 1 2,l l
, ,α β γ , ,A B C , ,D E F 4AB = 12BC = 10DF = 1l α 030 β
γ
DE
高中数学常见题型解法归纳及反馈检测第 57 讲:
空间线线距、异面直线间的距离、线面距和面面距的求法参
考答案
【反馈检测 1 答案】(Ⅰ)证明见解析(Ⅱ) (Ⅲ)
(3)连结 ,易证 ⊥ ,又 ⊥ , ∴ 是二面角 的平
面角.
在 Rt△ 中, = , , ∴
∴ , ∴ ,
∴ . 所以二面角 的平面角的正切值为
【反馈检测 2 答案】(1) ;(2) ;(3) .学 .
【反馈检测 2 详细解析】建立坐标系如图,则 、 , ,
1
2
2
3
260cos
1
21 ==AB 2)()( 22
11 =−= ABABBB
2.
1B C 1B C AC BC AC 1B CB∠ 1B AC B− −
CEA CE 1BC AC= = 0
1 60B AC∠ =
1
1tan 2BBB CB BC
∠ = = 1B AC B− − 2.
3
9
3
3
1 1
1
2 3
3
AC BB
d
AC
= =
( )2,0,0A ( )2,2,0B ( )0,2,0C
, , , , ,
, , .
【反馈检测 3 答案】(1) ;(2) .
【反馈检测 3 详细解析】:(1)连结 BD, ,由三垂线定理可得:
,所以 就是 点到直线 AC 的距离.
在 中
. .
(2)因为 AC 与平面 BD 交于AC的中点D,设 ,则 //DE,所以
//平面 ,所以 到平面 的距离等于A点到平面 的距离,等于C点到平
面 的距离,也就等于三棱锥 的高.
13
1312
BDBRt 1∆ ,6810 2222
11 =−=−= BCCBBB
34=BD 2122
1
2
1 =+=∴ BBBDDB
( )1 2,0,2A ( )1 2,2,2B ( )1 0,0,2D ( )2,1,0E ( )1 2,2, 2AC = − −
( )1 2,1, 2D E = − ( )0,2,0AB = ( )1 0,0,2BB =
2 21
1B D
1B D AC⊥ 1B D 1B
1C 1 1B C BC E= 1AB 1AB
1BDC 1AB 1BDC 1BDC
1BDC 1C BDC−
【反馈检测 4 答案】 .
【反馈检测 4 详细解析】由直线与平面所成角的定义及平行平面距离定义易得 与 间距
离为 由面面平行的性质定理可得 = ,∴ = ,即 = ∴
.
6 25;
β γ
6 BC
AB
EF
DE
BCAB
AB
+ EFDE
DE
+ 124
4
+ 10
DE
=25DE