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- 2021-06-30 发布
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[
最新考纲展示
]
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、面垂直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空间图形垂直关系的简单命题.
第五节 直线、平面垂直的判定及其性质
直线与平面垂直的判定及性质
1
.直线和平面垂直的定义
直线
l
与平面
α
内的
直线都垂直,就说直线
l
与平面
α
互相垂直.
任意一条
2
.直线与平面垂直的判定定理及推论
3.
直线与平面垂直的性质定理
____________________[
通关方略
]____________________
1
.直线与平面垂直的定义常常逆用,即
a
⊥
α
,
b
⊂
α
⇒
a
⊥
b
.
2
.若平行直线中一条垂直于平面,则另一条也垂直于该平面.
3
.垂直于同一条直线的两个平面平行.
4
.过一点有且只有一条直线与已知平面垂直.
5
.过一点有且只有一个平面与已知直线垂直.
1
.给出下列四个命题:
①
垂直于同一平面的两条直线相互平行;
②
垂直于同一平面的两个平面相互平行;
③
若一个平面内有无数条直线与另一个平面都平行,那么这两个平面相互平行;
④
若一条直线垂直于一个平面内的任一直线,那么这条直线垂直于这个平面.
其中真命题的个数是
(
)
A
.
1
B
.
2
C
.
3 D
.
4
解析:
命题
①
,
④
为真,命题
②
,
③
为假,故选
B.
答案:
B
2
.设
l
,
m
,
n
为三条不同的直线,
α
,
β
为两个不同的平面,下列命题中正确的是
(
)
A
.若
l
⊥
α
,
m
∥
β
,
α
⊥
β
,则
l
⊥
m
B
.若
m
⊂
α
,
n
⊂
α
,
l
⊥
m
,
l
⊥
n
,则
l
⊥
α
C
.若
l
∥
m
,
m
∥
n
,
l
⊥
α
,则
n
⊥
α
D
.若
m
∥
α
,
n
∥
β
,
α
∥
β
,则
m
∥
n
解析:
A
项中,
l
∥
β
或
l
⊂
β
,
m
与
l
可能异面或相交,故
A
错误;
B
项中,若
m
∥
n
,则无法得出
l
⊥
α
,故
B
错误;
C
项中,由
l
∥
m
及
m
∥
n
,可得
l
∥
n
,又
l
⊥
α
,所以
n
⊥
α
,故
C
正确;
D
项中,
m
与
n
可能相交或异面,故
D
错误.故选
C.
答案:
C
平面与平面垂直的判定及性质
1
.平面与平面垂直的判定定理
2
.平面与平面垂直的性质定理
3.
垂直关系的转化
____________________[
通关方略
]____________________
1
.两个平面互相垂直是两个平面相交的特殊情形.
2
.由平面和平面垂直的判定定理可知,要证明平面与平面垂直,可转化为从现有直线中寻找平面的垂线,即证明线面垂直.
3
.平面和平面垂直的判定定理的两个条件:
l
⊂
α
,
l
⊥
β
,缺一不可.
3
.
(2014
年郑州模拟
)
设
a
、
b
是两条不同的直线,
α
、
β
是两个不同的平面,则下列四个命题:
①
若
a
⊥
b
,
a
⊥
α
,
b
⊄
α
,则
b
∥
α
;
②
若
a
∥
α
,
a
⊥
β
,则
α
⊥
β
;
③
若
a
⊥
β
,
α
⊥
β
,则
a
∥
α
或
a
⊂
α
;
④
若
a
⊥
b
,
a
⊥
α
,
b
⊥
β
,则
α
⊥
β
.
其中正确命题的个数为
(
)
A
.
1
B
.
2
C
.
3
D
.
4
解析:
通过线面垂直及平行的判定定理和性质定理,可以判断四个命题都正确,故选
D.
答案:
D
4.
如图,在正四面体
P
-
ABC
中,
D
、
E
、
F
分别是
AB
、
BC
、
CA
的中点,下面四个结论不成立的是
(
)
A
.
BC
∥
平面
PDF
B
.
DF
⊥
平面
PAE
C
.平面
PDF
⊥
平面
PAE
D
.平面
BDE
⊥
平面
ABC
解析:
因
BC
∥
DF
,所以
BC
∥
平面
PDF
,
A
成立;易证
BC
⊥
平面
PAE
,
BC
∥
DF
,所以结论
B
、
C
均成立;点
P
在底面
ABC
内的射影为
△
ABC
的中心,不在中位线
DE
上,故结论
D
不成立.
答案:
D
垂直关系的基本问题
【
例
1】
(1)
设
a
,
b
是夹角为
30°
的异面直线,则满足条件
“
a
⊂
α
,
b
⊂
β
,且
α
⊥
β
”
的平面
α
,
β
(
)
A
.不存在
B
.有且只有一对
C
.有且只有两对
D
.有无数对
(2)
已知直线
l
⊥
平面
α
,直线
m
⊂
平面
β
,有下列命题:
①
α
∥
β
⇒
l
⊥
m
;
②
α
⊥
β
⇒
l
∥
m
;
③
l
∥
m
⇒
α
⊥
β
;
④
l
⊥
m
⇒
α
∥
β
.
其中,正确的命题序号有
________
.
[
解析
]
(1)
过直线
a
的平面
α
有无数个.当平面
α
与直线
b
平行时,两直线的公垂线与
b
确定的平面
β
⊥
α
;当平面
α
与
b
相交时,过交点作平面
α
的垂线与
b
确定的平面
β
⊥
α
,故选
D.
(2)
①
正确,
∵
l
⊥
α
,
α
∥
β
,
∴
l
⊥
β
,又
m
⊂
β
,
∴
l
⊥
m
;
②
错误;
l
,
m
还可以垂直,斜交或异面;
③
正确;
∵
l
⊥
α
,
l
∥
m
,
∴
m
⊥
α
,又
m
⊂
β
,
∴
α
⊥
β
;
④
错误;
α
与
β
可能相交.
[
答案
]
(1)D
(2)
①③
反思总结
解决垂直关系的基本问题要注意
(1)
紧扣垂直关系的判定定理与性质定理.
(2)
借助于图形去判断.
(3)
举反例排除去判断.
变式训练
1
.
(2014
年惠州调研
)
设
α
,
β
为不重合的平面,
m
,
n
为不重合的直线,则下列命题正确的是
(
)
A
.若
α
⊥
β
,
α
∩
β
=
n
,
m
⊥
n
,则
m
⊥
α
B
.若
m
⊂
α
,
n
⊂
β
,
m
⊥
n
,则
n
⊥
α
C
.若
n
⊥
α
,
n
⊥
β
,
m
⊥
β
,则
m
⊥
α
D
.若
m
∥
α
,
n
∥
β
,
m
⊥
n
,则
α
⊥
β
解析:
与
α
,
β
两垂直相交平面的交线垂直的直线
m
,可与
α
平行,故
A
错误;对
B
,存在
n
∥
α
的情况,故
B
错误;对
D
,存在
α
∥
β
的情况,故
D
错误;由
n
⊥
α
,
n
⊥
β
,可知
α
∥
β
,又
m
⊥
β
,所以
m
⊥
α
,故
C
正确,选
C.
答案:
C
直线与平面垂直的判定与性质
[
解析
]
(1)
证明:
因为
BC
=
CD
,即
△
BCD
为等腰三角形,
又
∠
ACB
=
∠
ACD
,故
BD
⊥
AC
.
因为
PA
⊥
底面
ABCD
,所以
PA
⊥
BD
.
从而
BD
与平面
PAC
内两条相交直线
PA
,
AC
都垂直,所以
BD
⊥
平面
PAC
.
解析:
由条件知,
BD
⊥
平面
PAC
,所以
PC
⊥
BD
.
又
BC
=
DC
,故过
D
作
DF
⊥
PC
,连接
BF
,则
BF
⊥
PC
,
∴
存在点
F
使
PC
⊥
面
BDF
.
反思总结
证明直线和平面垂直的常用方法有
(1)
利用判定定理;
(2)
利用判定定理的推论
(
a
∥
b
,
a
⊥
α
⇒
b
⊥
α
)
;
(3)
利用面面平行的性质
(
a
⊥
α
,
α
∥
β
⇒
a
⊥
β
)
;
(4)
利用面面垂直的性质.
当两个平面垂直时,在一个平面内垂直于交线的直线垂直于另一个平面.
解析:
(1)
证明:因为
AB
=
AC
,
D
是
BC
的中点,所以
AD
⊥
BC
.
①
又在直三棱柱
ABC
-
A
1
B
1
C
1
中,
BB
1
⊥
平面
ABC
,而
AD
⊂
平面
ABC
,所以
AD
⊥
BB
1
.
②
由
①
,
②
得
AD
⊥
平面
BB
1
C
1
C
.
由点
E
在棱
BB
1
上运动,得
C
1
E
⊂
平面
BB
1
C
1
C
,所以
AD
⊥
C
1
E
.
平面与平面垂直的判定与性质
【
例
3】
(2014
年商丘质检
)
如图,在平行四边形
ABCD
中,
AB
=
2
BC
=
4
,
∠
ABC
=
120°
,
E
,
M
分别为
AB
,
DE
的中点,将
△
ADE
沿直线
DE
翻折成
△
A
′
DE
,
F
为
A
′
C
的中点,
A
′
C
=
4.
(1)
求证:平面
A
′
DE
⊥
平面
BCD
;
(2)
求证:
FB
∥
平面
A
′
DE
.
[
证明
]
(1)
由题意,
△
A
′
DE
是
△
ADE
沿
DE
翻折而成的,
∴△
A
′
DE
≌△
ADE
.
∵∠
ABC
=
120°
,四边形
ABCD
是平行四边形,
∴∠
A
=
60°.
又
∵
AD
=
AE
=
2
,
∴△
A
′
DE
和
△
ADE
都是等边三角形.
如图,连接
A
′
M
,
MC
,
∵
M
是
DE
的中点,
(2)
取
DC
的中点
N
,连接
FN
,
NB
.
∵
A
′
C
=
DC
=
4
,
F
,
N
分别是
A
′
C
,
DC
的中点,
∴
FN
∥
A
′
D
.
又
∵
N
,
E
分别是平行四边形
ABCD
的边
DC
,
AB
的中点,
∴
BN
∥
DE
.
又
∵
A
′
D
∩
DE
=
D
,
FN
∩
NB
=
N
,
∴
平面
A
′
DE
∥
平面
FNB
.
∵
FB
⊂
平面
FNB
,
∴
FB
∥
平面
A
′
DE
.
反思总结
1
.
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.
变式训练
3.
如图,在四棱锥
P
-
ABCD
中,平面
PAD
⊥
平面
ABCD
,
AB
=
AD
,
∠
BAD
=
60°
,
E
,
F
分别是
AP
,
AD
的中点.
求证:
(1)
直线
EF
∥
平面
PCD
;
(2)
平面
BEF
⊥
平面
PAD
.
证明:
(1)
在
△
PAD
中,因为
E
,
F
分别为
AP
,
AD
的中点,所以
EF
∥
PD
.
又因为
EF
⊄
平面
PCD
,
PD
⊂
平面
PCD
,
所以直线
EF
∥
平面
PCD
.
(2)
连接
BD
.
因为
AB
=
AD
,
∠
BAD
=
60°
,所以
△
ABD
为正三角形.因为
F
是
AD
的中点,所以
BF
⊥
AD
.
因为平面
PAD
⊥
平面
ABCD
,
BF
⊂
平面
ABCD
,
平面
PAD
∩
平面
ABCD
=
AD
,所以
BF
⊥
平面
PAD
.
又因为
BF
⊂
平面
BEF
,所以平面
BEF
⊥
平面
PAD
.
——
平行与垂直的综合问题
空间线面平行,垂直的综合问题一直是命题的热点,多以解答题形式考查,此类题目重点考查了线、面、平行,垂直的判定与性质,解答时易忽视平行垂直判定与性质定理中满足条件.
【
典例
】
(2013
年高考北京卷
)(
本题满分
14
分
)
如图,在四棱锥
P
-
ABCD
中,
AB
∥
CD
,
AB
⊥
AD
,
CD
=
2
AB
,平面
PAD
⊥
底面
ABCD
,
PA
⊥
AD
,
E
和
F
分别是
CD
和
PC
的中点.求证:
(1)
PA
⊥
底面
ABCD
;
(2)
BE
∥
平面
PAD
;
(3)
平面
BEF
⊥
平面
PCD
.
[
教你快速规范审题
]
1
.审条件,挖解题信息
2
.审结论,明解题方向
3
.建联系,找解题突破口
[
教你准确规范解答
]
(1)
因为平面
PAD
⊥
底面
ABCD
,且
PA
垂直于这两个平面的交线
AD
,
所以
PA
⊥
底面
ABCD
.3
分
(2)
因为
AB
∥
CD
,
CD
=
2
AB
,
E
为
CD
的中点,
所以
AB
∥
DE
,且
AB
=
DE
.4
分
所以
ABED
为平行四边形.
所以
BE
∥
AD
.6
分
又因为
BE
⊄
平面
PAD
,
AD
⊂
平面
PAD
,
所以
BE
∥
平面
PAD
.8
分
(3)
因为
AB
⊥
AD
,而且
ABED
为平行四边形.
所以
BE
⊥
CD
,
AD
⊥
CD
,
10
分
由
(1)
知
PA
⊥
底面
ABCD
.
所以
PA
⊥
CD
.
所以
CD
⊥
平面
PAD
.
所以
CD
⊥
PD
.12
分
因为
E
和
F
分别是
CD
和
PC
的中点,
所以
PD
∥
EF
.
又因为
CD
⊥
EF
.
EF
∩
BE
=
E
,
所以
CD
⊥
平面
BEF
.13
分
所以平面
BEF
⊥
平面
PCD
.14
分
[
常见失分探因
]
易漏写
BE
⊄
平面
PAD
,
AD
⊂
平面
PAD
而失分
_______________
[
教你一个万能模板
]
_________________
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