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- 2021-06-17 发布
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专题04立体几何
核心考点一平行关系的证明
平行关系包括直线与直线平行、直线与平面平行及平面与平面平行,平行关系的证明一般作为解答题的第一问,难度中等或中等以下,解答此类问题要注意步骤的规范.
【经典示例】如图所示,四边形ABCD与四边形ADEF都为平行四边形,M,N,G分别是AB,AD,EF的中点.求证:
(1)BE∥平面DMF;
(2)平面BDE∥平面MNG.
答题模板
证明BE∥平面DMF的步骤
第一步,在平面DMF内找出一条直线MO与BE平行;
第二步,指出 BE平面DMF,MO平面DMF;
第三步,由线面平行的判断定理得BE∥平面DMF.
【满分答案】证明 (1)如图所示,设DF与GN交于点O,连接AE,则AE必过点O,
连接MO,则MO为△ABE的中位线,
所以BE∥MO.
因为BE平面DMF,MO平面DMF,
所以BE∥平面DMF.
(2)因为N,G分别为平行四边形ADEF的边AD,EF的中点,
所以DE∥GN.
因为DE平面MNG,GN平面MNG,
所以DE∥平面MNG.
因为M为AB的中点,
所以MN为△ABD的中位线,
所以BD∥MN.
因为BD平面MNG,MN平面MNG,
所以BD∥平面MNG.
因为DE与BD为平面BDE内的两条相交直线,
所以平面BDE∥平面MNG.
【解题技巧】
1.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);[来源: ]
(4)利用面面平行的性质(α∥β,a⊄α,a⊄β,a∥α⇒a∥β).
2. 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.
3. 平行关系之间的转化
在证明线面、面面平行时,一般遵循从“低维”到“高维”的转化,即从“线线平行”到“线面平行”,再到“面面平行”;而在应用性质定理时,其顺序恰好相反,但也要注意,转化的方向是由题目的具体条件而定的,不可过于“模式化”.
模拟训练
1.如图所示,斜三棱柱ABC-A1B1C1中,点D,D1分别为AC,A1C1上的点.
(1)当等于何值时,BC1∥平面AB1D1?
(2)若平面BC1D∥平面AB1D1,求的值.
由棱柱的性质知,四边形A1ABB1为平行四边形,
∴点O为A1B的中点.
在△A1BC1中,点O,D1分别为A1B,A1C1的中点,
∴OD1∥BC1.
又∵OD1平面AB1D1,BC1平面AB1D1,
∴BC1∥平面AB1D1.
∴当=1时,BC1∥平面AB1D1.
(2)由平面BC1D∥平面AB1D1,
且平面A1BC1∩平面BC1D=BC1,
平面A1BC1∩平面AB1D1=D1O,
得BC1∥D1O,同理AD1∥DC1,
∴=,=,
又∵=1,∴=1,即=1.
核心考点二垂直关系的证明
平行关系包括直线与直线垂直、直线与平面垂直及平面与平面垂直,垂直关系的证明一般作为解答题的第一问,难度中等或中等以下,解答此类问题要注意步骤的规范.
【经典示例】如图所示,在四棱锥PABCD中,PA⊥底面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.
答题模板
证明PD⊥平面ABE(线面垂直)的步骤:
第一步,证明AE⊥PD,AB⊥PD(在平面ABE内找出两条直线与AD垂直);.
第二步,指出AB∩AE=A (两直线相交);.
第三步,利用线面垂直的判定定理确定PD⊥平面ABE.
【满分答案】(1)在四棱锥PABCD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.
【解题技巧】
1.证明线面垂直的常用方法及关键
(1)证明直线和平面垂直的常用方法有:①判定定理;②垂直于平面的传递性(a∥b,a⊥α⇒b⊥α);③面面平行的性质(a⊥α,α∥β⇒a⊥β);④面面垂直的性质.
(2)证明线面垂直的关键是证线线垂直,而证明线线垂直则需借助线面垂直的性质.因此,判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的基本思想.
2. 判定面面垂直的方法
①面面垂直的定义;
②面面垂直的判定定理(a⊥β,a⊂α⇒α⊥β).
(2)在已知平面垂直时,一般要用性质定理进行转化.
在一个平面内作交线的垂线,转化为线面垂直,然后进一步转化为线线垂直.
3. 垂直关系之间的转化
在证明线面垂直、面面垂直时,一定要注意判定定理成立的条件.同时抓住线线、线面、面面垂直的转化关系,即:
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,若这样的直线在图中不存在,则可通过作辅助线来解决.
模拟训练
2.如图,在直三棱柱ABCA1B1C1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.
【解析】(1)在直三棱柱ABCA1B1C1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.
又因为B1D⊥A1F,A1C1平面A1C1F,A1F平面A1C1F,A1C1∩A1F=A1,
所以B1D⊥平面A1C1F.
因为直线B1D平面B1DE,所以平面B1DE⊥平面A1C1F.
核心考点三求几何体的体积
全国卷文科高考立体几何解答题第二问通常为几何体体积的计算,难度多为中等或中等以下,计算柱、锥、台体的体积,关键是根据条件找出相应的底面面积和高,应注意充分利用多面体的截面特别是轴截面,将空间问题转化为平面问题求解.
【经典示例】如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AD∥BC,AB=AD=AC=3,PA=BC=4,M为线段AD上一点,AM=2MD,N为PC的中点.
(1)证明:MN∥平面PAB;
(2)求四面体NBCM的体积.
答题模板
求三棱锥体积的步骤
第一步,确定几何体是三棱锥或把几何体分割为几个三棱锥;
第二步,确定棱锥的顶点及底面(注意一般以高与底面积比较容易求为原则);
第三步,求出高于底面积;
第四步,代入体积公式进行计算.
【满分答案】(1)由已知得AM=AD=2.
如图,取BP的中点T,连接AT,TN,
由N为PC中点知TN∥BC,TN=BC=2.
又AD∥BC,故TN=AM,TN∥AM,所以四边形AMNT为平行四边形,于是MN∥AT.
因为AT⊂平面PAB,MN平面PAB,
所以MN∥平面PAB.
(2)因为PA⊥平面ABCD,N为PC的中点,所以N到平面ABCD的距离为PA.
取BC的中点E,连接AE.
由AB=AC=3得AE⊥BC,AE==.
由AM∥BC得M到BC的距离为,
故S△BCM=×4×=2.[来源: ]
所以四面体N-BCM的体积VN-BCM=×S△BCM×=.
【解题技巧】
1.若所给定的几何体是可直接用公式求解的柱体、锥体或台体,则可直接利用公式进行求解.
2.求空间几何体体积的常用方法为割补法和等积变换法:①割补法:将这个几何体分割成几个柱体、锥体,分别求出柱体和锥体的体积,从而得出要求的几何体的体积;②等积变换法:特别的,对于三棱锥,由于其任意一个面均可作为棱锥的底面,从而可选择更容易计算的方式来求体积;利用“等积性”还可求“点到面的距离”.
3. “补形法”是立体几何中一种常见的重要方法,在解题时,把几何体通过“补形”
补成一个完整的几何体或置于一个更熟悉的几何体中,巧妙地破解空间几何体的体积等问题,常见的补形法有对称补形、联系补形与还原补形,对于还原补形,主要涉及台体中“还台为锥”,将不规则的几何体补成规则的几何体等.学%科网
模拟训练
3.如图所示,在空间几何体ADE-BCF中,四边形ABCD是梯形,四边形CDEF是矩形,且平面ABCD⊥平面CDEF,AD⊥DC,AB=AD=DE=2,EF=4,M是线段AE上的动点.
(1)试确定点M的位置,使AC∥平面MDF,并说明理由;
(2)在(1)的条件下,平面MDF将几何体ADE-BCF分成两部分,求空间几何体M-DEF与空间几何体ADM-BCF的体积之比.
(2)将几何体ADE-BCF补成三棱柱ADE-B′CF,如图所示,
三棱柱ADE-B′CF的体积为V=S△ADE·CD=.
×2×2×4=8,则几何体ADE-BCF的体积VADE-BCF=VADE-B′CF-VF-BB′C
=8-××2=.
因为三棱锥M-DEF的体积
VM-DEF=××1=,
所以VADM-BCF=-=,
所以两几何体的体积之比为∶=1∶4.