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- 2021-06-16 发布
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第四节 直线、平面平行的判定与性质
☆☆☆2017考纲考题考情☆☆☆
考纲要求
真题举例
命题角度
1.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线面平行的有关性质与判定定理;
2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些有关空间图形的平行关系的简单命题。
2016,全国卷Ⅰ,11,5分(面面平行性质、线线角)
2016,全国卷Ⅱ,14,5分(线面平行性质)
2016,北京卷,17,14分(线面平行、垂直的判定)
2014,全国卷Ⅱ,18(Ⅰ),12分(线面平行的判定与性质)
1.直线、平面平行的判定及其性质是高考中的重点考查内容,涉及线线平行、线面平行、面面平行的判定及其应用等内容;
2.题型主要以解答题的形式出现,解题要求有较强的推理论证能力,广泛应用转化与化归的思想。
微知识 小题练
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1.直线与平面平行
(1)判定定理
文字语言
图形语言
符号语言
判定定理
如果平面外的一条直线和这个平面内的一条直线平行,那么这条直线和这个平面平行(简记为线线平行⇒线面平行)。
⇒l∥α
(2)性质定理
文字语言
图形语言
符号语言
性质定理
如果一条直线和一个平面平行,经过这条直线的平面和这个平面相交,那么这条直线就和交线平行(简记线面平行⇒线线平行)。
⇒a∥b
2.平面与平面平行
(1)判定定理
文字语言
图形语言
符号语言
判定定理
如果一个平面内有两条相交的直线都平行于另一个平面,那么这两个平面平行(简记为“线面平行⇒面面平行”)
(2)两平面平行的性质定理
文字语言
图形语言
符号语言
性质定理
如果两平行平面同时和第三个平面相交,那么它们的交线平行
3.平行关系中的两个重要结论
(1)垂直于同一条直线的两个平面平行,即若a⊥α,a⊥β,则α∥β。
(2)平行于同一平面的两个平面平行,即若α∥β,β∥γ,则α∥γ。
微点提醒
1.推证线面平行时,一定要说明一条直线在平面外,一条直线在平面内。
2.推证面面平行时,一定要说明一个平面内的两条相交直线平行于另一个平面。
3.利用线面平行的性质定理把线面平行转化为线线平行时,必须说明经过已知直线的平面与已知平面相交,则该直线与交线平行。
小|题|快|练
一 、走进教材
1.(必修2P61A组T1(1)改编)下列命题中正确的是( )
A.若a,b是两条直线,且a∥b,那么a平行于经过b的任何平面
B.若直线a和平面α满足a∥α,那么a与α内的任何直线平行
C.平行于同一条直线的两个平面平行
D.若直线a,b和平面α满足a∥b,a∥α,b⊄α,则b∥α
【解析】 A错误,因a可能在经过b的平面内;B错误,a与α内的直线平行或异面;C错误,两个平面可能相交;D正确,由a∥α,可得a平行于经过直线a的平面与α的交线c,即a∥c,又a∥b,所以b∥c,b⊄α,c⊂α,所以b∥α。故选D。
【答案】 D
2.(必修2P56练习T2)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E是DD1的中点,则BD1与平面ACE的位置关系为________。
【解析】 连接BD,设BD∩AC=O,连接EO,在△BDD1中,点E,O分别是DD1,BD的中点,则EO∥BD1,又因为EO⊂平面ACE,BD1⊄平面AEC,所以BD1∥平面ACE。
【答案】 平行
二、双基查验
1.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∥α B.l⊥α
C.l与α相交且不垂直 D.l∥α或l⊂α
【解析】 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。故选D。
【答案】 D
2.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】 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,故选D。
【答案】 D
3.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.0个 B.1个
C.2个 D.3个
【解析】 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。故选A。
【答案】 A
4.已知平面α∥β,直线a⊂α,有下列命题:
①a与β内的所有直线平行;
②a与β内无数条直线平行;
③a与β内的任意一条直线都不垂直。
其中真命题的序号是________。
【解析】 由面面平行和线面平行的性质可知,过a与β相交的平面与β的交线才与a平行,故①错误;②正确;平面β内的直线与直线a平行,异面均可,其中包括异面垂直,故③错误。
【答案】 ②
5.在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,O为底面ABCD的中心,P是DD1的中点,设Q是CC1上的点,则点Q满足条件________时,平面D1BQ∥平面PAO。
【解析】 如图所示,假设Q为CC1的中点,因为P为DD1的中点,所以QB∥PA。
连接DB,因为P,O分别是DD1,DB的中点,所以D1B∥PO,
又D1B⊄平面PAO,QB⊄平面PAO,所以D1B∥平面PAO,QB∥平面PAO,又D1B∩QB=B,所以平面D1BQ∥平面PAO。故Q为CC1的中点时,有平面D1BQ∥平面PAO。
【答案】 Q为CC1的中点
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考点一
线面平行的判定及性质
【典例1】 如图,四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,AB=BC=AD,E,F,H分别为线段AD,PC,CD的中点,AC与BE交于O点,G是线段OF上一点。
(1)求证:AP∥平面BEF;
(2)求证:GH∥平面PAD。
【证明】 (1)连接EC,
∵AD∥BC,BC=AD,
∴BC綊AE,
∴四边形ABCE是平行四边形,∴O为AC的中点。
又∵F是PC的中点,
∴FO∥AP,
FO⊂平面BEF,AP⊄平面BEF,∴AP∥平面BEF。
(2)连接FH,OH,
∵F,H分别是PC,CD的中点,
∴FH∥PD,∴FH∥平面PAD。
又∵O是AC的中点,H是CD的中点,
∴OH∥AD,∴OH∥平面PAD。
又FH∩OH=H,∴平面OHF∥平面PAD。
又∵GH⊂平面OHF,
∴GH∥平面PAD。
反思归纳 判断或证明线面平行的常用方法
1.利用线面平行的定义(无公共点);
2.利用线面平行的判定定理(a⊄α,b⊂α,a∥b⇒a∥α);
3.利用面面平行的性质定理(α∥β,a⊂α⇒a∥β);
4.利用面面平行的性质(α∥β,a⊄α,a⊄β,a∥α⇒a∥β)。
【变式训练】 如图所示,四边形ABCD是平行四边形,点P是平面ABCD外一点,M是PC的中点,在DM上取一点G,过G和AP作平面交平面BDM于GH。求证:AP∥GH。
【证明】 如图所示,连接AC交BD于点O,连接MO,
∵四边形ABCD是平行四边形,
∴O是AC的中点,又M是PC的中点,
∴AP∥OM。
又MO⊂平面BMD,PA⊄平面BMD,
∴PA∥平面BMD。
∵平面PAHG∩平面BMD=GH,
且PA⊂平面PAHG,
∴PA∥GH。
考点二
面面平行的判定与性质
【典例2】 (2016·山东高考)在如图所示的几何体中,D是AC的中点,EF∥DB。
(1)已知AB=BC,AE=EC。求证:AC⊥FB;
(2)已知G,H分别是EC和FB的中点。求证:GH∥平面ABC。
【证明】 (1)因为EF∥DB,所以EF与DB确定平面BDEF,连接DE。
因为AE=EC,D为AC的中点,
所以DE⊥AC。
同理可得BD⊥AC。
又BD∩DE=D,
所以AC⊥平面BDEF,
因为FB⊂平面BDEF,
所以AC⊥FB。
(2)设FC的中点为I,连接GI,HI。
在△CEF中,因为G是CE的中点,
所以GI∥EF。
又EF∥DB,所以GI∥DB。
在△CFB中,因为H是FB的中点,
所以HI∥BC,
又HI∩GI=I,
所以平面GHI∥平面ABC。
因为GH⊂平面GHI,所以GH∥平面ABC。
反思归纳 证明面面平行的方法
(1)面面平行的定义;
(2)面面平行的判定定理:如果一个平面内有两条相交直线都平行于另一个平面,那么这两个平面平行;
(3)利用垂直于同一条直线的两个平面平行;
(4)两个平面同时平行于第三个平面,那么这两个平面平行;
(5)利用“线线平行”、“线面平行”、“面面平行”的相互转化。
【变式训练】 (2016·衡水模拟)如图所示的几何体ABCDFE中,△ABC,△DFE都是等边三角形,且所在平面平行,四边形BCED是边长为2的正方形,且所在平面垂直于平面ABC。
(1)求几何体ABCDFE的体积;
(2)证明:平面ADE∥平面BCF。
【解析】 (1)取BC的中点O,ED的中点G,连接AO,OF,FG,AG。
∵AO⊥BC,AO⊂平面ABC,平面BCED⊥平面ABC,
∴AO⊥平面BCED。同理FG⊥平面BCED。∵AO=FG=,
∴VABCDFE=2VF—BCED=×4××2=。
(2)证明:由(1)知AO∥FG,AO=FG,
∴四边形AOFG为平行四边形,∴AG∥OF。
又∵DE∥BC,DE∩AG=G,DE⊂平面ADE,AG⊂平面ADE,FO∩BC=O,FO⊂平面BCF,BC⊂平面BCF,
∴平面ADE∥平面BCF。
【答案】 (1) (2)见解析
考点三
平行关系中的探索性问题
【典例3】 (2016·北京高考)如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,AB∥DC,DC⊥AC。
(1)求证:DC⊥平面PAC;
(2)求证:平面PAB⊥平面PAC;
(3)设点E为AB的中点。在棱PB上是否存在点F,使得PA∥平面CEF?说明理由。
【解析】 (1)证明:因为PC⊥平面ABCD,
所以PC⊥DC。
又因为DC⊥AC,PC∩AC=C,
所以DC⊥平面PAC。
(2)证明:因为AB∥DC,DC⊥AC,所以AB⊥AC。
因为PC⊥平面ABCD,
所以PC⊥AB,又∵PC∩AC=C。
所以AB⊥平面PAC,AB⊂平面PAB。
所以平面PAB⊥平面PAC。
(3)棱PB上存在点F,使得PA∥平面CEF。证明如下:
如图,取PB中点F,连接EF,CE,CF。
又因为E为AB的中点,所以EF∥PA。
又因为PA⊄平面CEF,且EF⊂平面CEF,
所以PA∥平面CEF。
【答案】 (1)(2)见解析 (3)存在,理由见解析
反思归纳 解决探究性问题一般先假设求解的结果存在,从这个结果出发,寻找使这个结论成立的充分条件,如果找到了使结论成立的充分条件,则存在;如果找不到使结论成立的充分条件(出现矛盾),则不存在。而对于探求点的问题,一般是先探求点的位置,多为线段的中点或某个三等分点,然后给出符合要求的证明。
【变式训练】 如图,已知四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD为菱形。
(1)证明:平面AB1C∥平面DA1C1;
(2)在直线CC1上是否存在点P,使BP∥平面DA1C1?若存在,确定点P的位置;若不存在,说明理由。
【解析】 (1)证明:由棱柱ABCD-A1B1C1D1的性质知,AB1∥DC1,∵AB1⊄平面DA1C1,DC1⊂平面DA1C1,∴AB1∥平面DA1C1,
同理可证B1C∥平面DA1C1,而AB1∩B1C=B1,
由面面平行的判定定理知,平面AB1C∥平面DA1C1。
(2)存在这样的点P,使BP∥平面DA1C1。
∵A1B1綊AB綊DC,
∴四边形A1B1CD为平行四边形。
∴A1D∥B1C。
在C1C的延长线上取点P,使C1C=CP,连接BP,
∵B1B綊C1C,∴B1B綊CP,
∴四边形BB1CP为平行四边形,
则BP∥B1C,∴BP∥A1D,∴BP∥平面DA1C1。
【答案】 (1)见解析 (2)存在 P在C1C的延长线上,且C1C=CP
微考场 新提升
1.设α,β是两个不同的平面,m,n是平面α内的两条不同直线,l1,l2是平面β内的两条相交直线,则α∥β的一个充分不必要条件是( )
A.m∥l1且n∥l2 B.m∥β且n∥l2
C.m∥β且n∥β D.m∥β且l1∥α
解析 由m∥l1,m⊂α,l1⊂β,得l1∥α,同理l2∥α,又l1,l2相交,所以α∥β,反之不成立,所以m∥l1且n∥l2是α∥β的一个充分不必要条件。故选A。
答案 A
2.若平面α∥平面β,直线a∥平面α,点B∈β,则在平面β内且过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 当直线a在平面β内且过B点时,不存在与a平行的直线,故选A。
答案 A
3.已知不重合的直线a,b和平面α,
①若a∥α,b⊂α,则a∥b;
②若a∥α,b∥α,则a∥b;
③若a∥b,b⊂α,则a∥α;
④若a∥b,a⊂α,则b∥α或b⊂α。
其中命题正确的是________。(填序号)
解析 ①若a∥α,b⊂α,则a,b平行或异面;②若a∥α,b∥α,则a,b平行、相交、异面都有可能;③若a∥b,b⊂α,则a∥α或a⊂α。
答案 ④
4.给出下列关于互不相同的直线l,m,n和平面α,β,γ的三个命题:
①若l与m为异面直线,l⊂α,m⊂β,则α∥β;
②若α∥β,l⊂α,m⊂β,则l∥m;
③若α∩β=l,β∩γ=m,γ∩α=n,l∥γ,则m∥n。
其中真命题为________。
解析 ①中当α与β不平行时,也能存在符合题意的l,m。
②中l与m也可能异面。
③中⇒l∥m,同理l∥n,则m∥n,正确。
答案 ③
5.如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为正方形,PD⊥平面ABCD,PD=AB=2,E,F,G分别为PC,PD,BC的中点。
(1)求证:PA∥平面EFG;
(2)求三棱锥P-EFG的体积。
解析 (1)证明:如图,取AD的中点H,连接GH,FH。
∵E,F分别为PC,PD的中点,
∴EF∥CD。
∵G,H分别是BC,AD的中点,
∴GH∥CD。∴EF∥GH。
∴E,F,H,G四点共面。
∵F,H分别为DP,DA的中点,∴PA∥FH。
∵PA⊄平面EFG,FH⊂平面EFG,
∴PA∥平面EFG。
(2)∵PD⊥平面ABCD,CG⊂平面ABCD,
∴PD⊥CG。
又∵CG⊥CD,CD∩PD=D,
∴GC⊥平面PCD。
∵PF=PD=1,EF=CD=1,
∴S△PEF=EF·PF=。
又GC=BC=1,
∴VP-EFG=VG-PEF=××1=。
答案 (1)见解析 (2)