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  • 2021-06-19 发布

高二数学教案:第16讲 立体几何初步及异面直线

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辅导教案 学员姓名: 学科教师: 年 级: 辅导科目: 授课日期 ××年××月××日 时 间 A / B / C / D / E / F 段 主 题 立体几何初步及异面直线 教学内容 1. 学习使用图形语言、文字语言、符号语言准确描述三个公理; 2. 会作出异面直线成交并求解。 (以提问的形式回顾) 1. 点、线、面的集合表示: 图形 符号语言 文字语言(读法) A a 点 A 在直线 a 上 A a 点 A 不在直线 a 上 点 A 在平面 内 A  点 A 不在平面 内 b a A 直线 a 、b 交于 A 点 a 直线 a 在平面 内 a  直线 a 与平面 无公共点 A a A 直线 a 与平面 交于点 A  平面 、  相交于直线l 公理 1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线上所有的点都在这个平面内. 符号语言: 公理 2:如果两个平面有一个公共点,那么它们有且只有一条通过这个点的公共直线. 符号语言: 注意符号语言的应用,很多学生开始学习的时候会犯错误。 公理 3:经过不在同一直线上的三点,有且只有一个平面. 【推理模式】 A , B ,C 不共线 A , B ,C ,确定平面 ABC . 推论 1: 一条直线和直线外的一点确定一个平面. 【推理模式】 A l  存在唯一的平面 ,使得 A  ,l  . 推论 2:两条相交直线确定一个平面. 【推理模式】 a b P  存在唯一的平面 ,使得 a ,b  . 推论 3:两条平行直线确定一个平面. 【推理模式】 / /a b  存在唯一的平面 ,使得 a ,b  . 公理 4:平行于同一条直线的两条直线互相平行。 符号表示为:设 a、b、c 是三条直线 a∥b c∥b 强调:公理 4 实质上是说平行具有传递性,在平面、空间这个性质都适用。 公理 4 作用:判断空间两条直线平行的依据。 2. 空间的两条直线有哪些位置关系? 相交直线:同一平面内,有且只有一个公共点; 平行直线:同一平面内,没有公共点; 异面直线: 不同在任何一个平面内,没有公共点 (采用教师引导,学生轮流回答的形式) 例 1. 在长方体 1 1 1 1ABCD A B C D 中,点 P 是棱 1 1A B 的中点,画出点 P , B , 1C 所确定的平面与长方体表面 的交线. 解题思路:根据两点确定一条直线与公理一 =>a∥c 试一试:如图,在长方体 1111 DCBAABCD  中,P 为棱 1BB 的中点,画出由 , ,A C P 三点所确定的平面 与 长方体表面的交线 例 2. 已知 a ,b , c , d 是两两相交且不共点的四条直线,求证: a ,b , c , d 共面. 证明思路:分两种情况讨论,一种是两两相交交点不同,一种是有三个交点重合,再根据公理三的推论. 试一试:已知直线 a ,b , c 两两相交且不共面.求证: a ,b , c 相交于一点. 证明思路:反证法. 例3. 已知: / / / /a b c , a l A ,b l B , c l C . 求证: a ,b , c 共面. 【分析】根据推论3,推论2,以及点,线,面的关系, 先由两条直线确定一个平面, 再证出另外的两条也在这个平面上. 【点评】证明线线共面要用到公理3的几个推论. 试一试:证明:两直线 a ,b 平行,直线 c 与 a ,b 相交,则:直线 a ,b , c 三线共面(要求写处已知、求 证、证明) 分析:这种题目首先要根据所给的图形写出符合条件的已知,求证,再根据条件进行证明,首先两条平行线 确定一个平面,再说明两个交点在平面上,根据一条直线有两个点在平面上知道直线在平面上,得到三线在 同一个平面上. 例 4. 如图,长方体 ABCD—A1B1C1D1 中,AA1=AB=2,AD=1,点 E、F、G 分别是 DD1、AB、CC1 的中点, P D 1 C 1 B 1 A 1 B D C A 则异面直线 A1E 与 GF 所成的角是( ) A. 5 15arccos B. 4  C. 5 10arccos D. 2  解:连 B1G,则 A1E∥B1G,知∠B1G F 就是异面直线 A1E 与 GF 所成的角.在 △B1GF 中,由余弦定理,得 cosB1GF= 2 2 2 2 2 2 1 1 1 ( 2) ( 3) ( 5) 2 2 2 3 B G GF B F B G GF       =0, 故∠B1G F=90°,应选(D). 试一试:如图,已知 1 1 1 1ABCD A B C D 是底面为正方形的长方体, 1 1 60AD A  o , 1 4AD  ,点 P 是 1AD 的 中点,求异面直线 1AA 与 1B P 所成的角(结果用反三角函数表示). B C D A1 P B1 C1 D1 . A 解:过点 P 作 1 1PE A D ,垂足为 E ,连结 1B E (如图),则 1PE AA∥ , 1B PE 是异面直线 1AA 与 1B P 所成的角. 在 1 1Rt AA D△ 中 ∵ 1 1 60AD A   ∴ 1 1 30A AD   1 1 1 1 1 1 22A B A D AD   , 1 1 1 1 12A E A D  , 2 2 1 1 1 1 5B E B A A E    .又 1 1 32PE AA  . ∴在 1Rt B PE△ 中, 1 1 5 15tan 33 B EB PE PE     1A 1B 1C1D A B CD E F G ∴异面直线 1AA 与 1B P 所成的角为 15arctan 3 . (学生统一完成,互相批改,教师针对重难点详细讲解) 1. 以下四个命题中,正确命题的个数是 1 不共面的四点中,其中任意三点不共线; ②若点 A 、 B 、C 、 D 共面,点 A 、 B 、C 、 E 共面,则 A 、 B 、C 、 D 、 E 共面; ③若直线 a ,b 共面,直线 a , c 共面,则直线b , c 共面; ④依次首尾相接的四条线段必共面. 【分析】对于①,利用反证法说明,对于②,考虑若A、B、C共线的情形;对于③,根据共面不具有传递性 进行判断;对于④,依据四边形四条边可以不在一个平面上进行判断. 【解析】 ①正确,可以用反证法证明:若其中任意三点共线,则四点必共面; ②不正确,从条件看出两平面有三个公共点 A 、 B 、C ,但是若 A 、 B 、C 共线,则结论不正确; ③不正确,共面不具有传递性; ④不正确,因为此时所得的四边形四条边可以不在一个平面上. 故答案为:1. 2. 已知平面 、  ,且 l   ,梯形 ABCD 中, AD ∥ BC ,且 AB  ,CD  . 求证: AB ,CD ,l 共点(相交于一点). 【分析】证明线共点的问题实质上是证明点在线上的问题,其基本理论是把直线看作两平面的交线,点看作 是两平面的公共点,由公理3得证. 【点评】所谓线共点问题就是证明三条或三条以上的直线交于一点. (1)证明三线共点的依据是公理3. (2)证明三线共点的思路是:先证两条直线交于一点,再证明第三条直线经过该点,把问题转化为证明点在 直线上的问题.实际上,点共线、线共点的问题都可以转化为点在直线上的问题来处理. 3. 如图,已知空间四边形 ABCD 中, E , H 分别是边 AB , AD 的中点, F ,G 分别是边 BC ,CD 的点,且 3 2 CD CG CB CF . 求证:三条直线 ACGHEF ,, 交于一点. 【分析】根据比例式可以得出平行,则可知 EHDF 为梯形, 根据推论可确定一个平面,只要用公理二即可证明. 【点评】公理二提供了证明直线共点的问题,只要找出两个平面相交,而某个点同时在两个平面内,则肯定 在交线上. 4. 如图,四面体 SABC 的各棱长都相等,如果 E、F 分别为 SC、AB 的中点,求异面直线 EF 与 SA 所成的角° 解:如图,取 AC 的中点 D,连接 DE、DF,∠EDF 为异面直线 EF 与 SA 所成的角 设棱长为 2,则 DE=1,DF=1,而 ED⊥DF,∴∠EDF=45°, 5. 在空间四边形 ABCD 中,AD=BC=2,E,F 分别为 AB、CD 的中点,EF= 3 ,求 AD、BC 所成角的大小. 解:设 BD 的中点 G,连接 FG,EG。在△EFG 中 EF= 3 FG=EG=1 ∴∠EGF=120° ∴AD 与 BC 成 60°的角。 6. 如图, PA  平面 ABC , 90ACB   且 PA AC BC a   ,则异面直线 PB 与 AC 所成角的正切值。 P B C A 解:将此多面体补成正方体 ' ' 'DBCA D B C P , PB 与 AC 所成的角的大小即此正方体主对角线 PB 与棱 BD 所成角的大小,在 Rt△PDB 中,即 tan 2PDDBA DB    . 1D 1B 1CP D B C A 本节课主要知识点:空间平面的基本性质,通过公理及推论进行证明,异面直线成角的求解 【巩固练习】 1. 给出下列四个命题: ①如果两个平面有三个公共点,那么这两个平面重合; ②两条直线可以确定一个平面; ③若 lMlMM  则,,,  ; ④空间中,相交于同一点的三条直线在同一平面内. 其中真命题的个数为 . 【分析】根据平面的基本性质,结合一些特殊情形,如:两个平面有三个共线公共点,那么这两个平面不一 定重合,对于两条异面直线不在同一个平面内,借助于在正方体中,从一个顶点出发的三条线不共面等等即 可判断. 【答案】1. 2. 如图,A1B1C1—ABC 是直三棱柱(三侧面为矩形),∠BCA=90°,点 D1、F1 分别是 A1B1、A1C1 的中点 若 BC=CA=CC1,则 BD1 与 AF1 所成角的余弦值是( ) 30 1 30 15( ) ( ) ( ) ( )10 2 15 10A B C D 3. 如图的正方体中,E 是 A′D′的中点 (1)图中哪些棱所在的直线与直线 BA′成异面直线? (2)求直线 BA′和 CC′所成的角的大小; (3)求直线 AE 和 CC′所成的角的正切值; (4)求直线 AE 和 BA′所成的角的余弦值 BA A B CD CD FE 解:(1) ∵ A平面 BC′,又点 B 和直线 CC′都在平面 BC′内,且 BCC′, ∴ 直线 BA′与 CC′是异面直线 同理,正方体 12 条棱中的 C′D′、DD′、DC、AD、B′C′所在的直线都和直线 BA′ 成异面直线 (2)∵ CC′∥BB′, ∴ BA′和 BB′所成的锐角就是 BA′和 CC′所成的角 ∵ ∠A′BB′=45° ∴ BA′和 CC′所成的角是 45° (3)∵ AA′∥BB′∥CC′,故 AE 和 AA′所成的锐角∠A′AE 是 AE 和 CC′ 所成的角 在 Rt△AA′E 中,tan∠A′AE= A E AA   = 2 1 ,所以 AE 和 CC′所成角的正切值是 2 1 (4)取 B′C′的中点 F,连 EF、BF,则有 EF ∥ =AB ∥ =AB, ∴ ABFE 是平行四边形,从而 BF ∥ =AE, 即 BF∥AE 且 BF=AE. ∴ BF 与 BA′所成的锐角∠A′BF 就是 AE 和 BA′所成的角 设正方体各棱长为 2,连 A′F,利用勾股定理求出△A′BF 的各边长分别为 A′B=2 2 ,A′F=BF= 5 ,由余弦定理得: cos∠A′BF= 5 10 5222 )5()5()22( 222    【预习思考】 1. 直线与平面有三种位置关系,分别是什么? 2. 线面垂直的判定定理: 3. 线面垂直的性质定理: