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- 2021-07-01 发布
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第4讲 直线、平面平行的判定与性质
1.直线与平面平行的判定定理和性质定理
文字语言
图形语言
符号语言
判定定理
平面外一条直线与这个平面内的一条直线平行,则该直线与此平面平行(线线平行⇒线面平行)
因为l∥a,
a⊂α,l⊄α,
所以l∥α
性质定理
一条直线与一个平面平行,则过这条直线的任一平面与此平面的交线与该直线平行(简记为“线面平行⇒线线平行”)
因为l∥α,
l⊂β,α∩
β=b,
所以l∥b
2.平面与平面平行的判定定理和性质定理
文字语言
图形语言
符号语言
判定定理
一个平面内的两条相交直线与另一个平面平行,则这两个平面平行(简记为“线面平行⇒面面平行”)
因为a∥β,
b∥β,a∩
b=P,
a⊂α,b⊂α,
所以α∥β
性质定理
如果两个平行平面同时和第三个平面相交,那么它们的交线平行
因为α∥β,
α∩γ=a,
β∩γ=b,
所以a∥b
3.线、面平行中的三个重要结论
(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)垂直于同一个平面的两条直线平行,即若a⊥α,b⊥α,则a∥b;
(3)平行于同一个平面的两个平面平行,即若α∥β,β∥γ,则α∥γ.
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若一条直线平行于一个平面内的一条直线,则这条直线平行于这个平面.( )
(2)若一条直线平行于一个平面,则这条直线平行于这个平面内的任一条直线.( )
(3)若直线a与平面α内无数条直线平行,则a∥α.( )
(4)如果一个平面内的两条直线平行于另一个平面,那么这两个平面平行.( )
(5)如果两个平面平行,那么分别在这两个平面内的两条直线平行或异面.( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
(教材习题改编)如果直线a∥平面α,那么直线a与平面α内的( )
A.一条直线不相交 B.两条直线不相交
C.无数条直线不相交 D.任意一条直线都不相交
解析:选D.因为a∥平面α,直线a与平面α无公共点,因此a和平面α内的任意一条直线都不相交,故选D.
a、b、c为三条不重合的直线,α、β、γ为三个不重合的平面,现给出四个命题:
①⇒α∥β ②⇒α∥β
③⇒a∥α ④⇒a∥α
其中正确的命题是________.
解析:②正确.①错在α与β可能相交.③④错在a可能在α内.
答案:②
(教材习题改编)在正方体ABCDA1B1C1D1中,E是DD1的中点,则BD1与平面ACE的位置关系为________.
解析:如图,连接AC,BD交于O点,连接OE,因为OE∥BD1,而OE⊂平面ACE,BD1⊄平面ACE,所以BD1∥平面ACE.
答案:平行
线面平行的判定与性质(高频考点)
平行关系是空间几何中的一种重要关系,包括线线平行、线面平行、面面平行,其中线面平行在高考试题中出现的频率很高,一般出现在解答题的某一问中.高考对线面平行的判定与性质的考查主要有以下三个命题角度:
(1)线面位置关系的判断;
(2)线面平行的证明;
(3)线面平行性质的应用.
[典例引领]
角度一 线面位置关系的判断
设m,n表示不同直线,α,β表示不同平面,则下列结论中正确的是( )
A.若m∥α,m∥n,则n∥α
B.若m⊂α,n⊂β,m∥β,n∥α,则α∥β
C.若α∥β,m∥α,m∥n,则n∥β
D.若α∥β,m∥α,n∥m,n⊄β,则n∥β
【解析】 A错误,n有可能在平面α内;B错误,平面α有可能与平面β相交;C错误,n也有可能在平面β内;D正确,易知m∥β或m⊂β,若m⊂β,又n∥m,n⊄β,所以n∥β,若m∥β,过m作平面γ交平面β于直线l,则m∥l,又n∥m,所以n∥l,又n⊄β,l⊂β,所以n∥β.
【答案】 D
角度二 线面平行的证明
在正方体ABCDA1B1C1D1中,E,F,G,H分别是BC,CC1,C1D1,A1A的中点.求证:
(1)BF∥HD1;
(2)EG∥平面BB1D1D.
【证明】 (1)如图所示,取BB1的中点M,连接MH,MC1,易证四边形HMC1D1是平行四边形,
所以HD1∥MC1.
又因为在平面BCC1B1中,BM綊FC1,
所以四边形BMC1F为平行四边形,
所以MC1∥BF,
所以BF∥HD1.
(2)取BD的中点O,连接EO,D1O,
则OE∥DC且OE=DC,
又D1G∥DC且D1G=DC,
所以OE綊D1G,
所以四边形OEGD1是平行四边形,
所以GE∥D1O.
又D1O⊂平面BB1D1D,GE⊄平面BB1D1D,
所以EG∥平面BB1D1D.
角度三 线面平行性质的应用
如图,在四棱柱ABCDA1B1C1D1中,E为线段AD上的任意一点(不包括A,D两点),平面CEC1与平面BB1D交于FG.证明:FG∥平面AA1B1B.
【证明】 在四棱柱ABCDA1B1C1D1中,BB1∥CC1,BB1⊂平面BB1D,CC1⊄平面BB1D,
所以CC1∥平面BB1D,
又CC1⊂平面CEC1,平面CEC1与平面BB1D交于FG,
所以CC1∥FG,因为BB1∥CC1,
所以BB1∥FG,而BB1⊂平面AA1B1B,FG⊄平面AA1B1B,
所以FG∥平面AA1B1B.
证明直线与平面平行的常用方法
(1)定义法:证明直线与平面没有公共点,通常要借助于反证法来证明.
(2)判定定理法:在利用判定定理时,关键是找到平面内与已知直线平行的直线,可先直观判断题中是否存在这样的直线,若不存在,则需作出直线,常考虑利用三角形的中位线、平行四边形的对边平行或过已知直线作一平面,找其交线进行证明.
[通关练习]
1.(2017·高考全国卷Ⅰ)如图,在下列四个正方体中,A,B为正方体的两个顶点,M,N,Q为所在棱的中点,则在这四个正方体中,直线AB与平面MNQ不平行的是( )
解析:选A.对于选项B,如图所示,连接CD,因为AB∥CD,M,Q分别是所在棱的中点,所以MQ∥CD,所以AB∥MQ,又AB⊄平面MNQ,MQ⊂平面MNQ,所以AB∥平面MNQ.同理可证选项C,D中均有AB∥平面MNQ.故选A.
2.如图,四棱锥PABCD中,底面ABCD为矩形,F是AB的中点,E是PD的中点.
(1)证明:PB∥平面AEC;
(2)在PC上求一点G,使FG∥平面AEC,并证明你的结论.
解:(1)证明:连接BD与AC交于点O,连接EO.
因为四边形ABCD为矩形,
所以O为BD的中点.
又E为PD的中点,
所以EO∥PB.
因为EO⊂平面AEC,PB⊄平面AEC,
所以PB∥平面AEC.
(2)PC的中点G即为所求的点.
证明如下:
连接GE、FG,
因为E为PD的中点,
所以GE綊CD.
又F为AB的中点,且四边形ABCD为矩形,
所以FA綊CD.
所以FA綊GE.
所以四边形AFGE为平行四边形,
所以FG∥AE.又FG⊄平面AEC,AE⊂平面AEC,
所以FG∥平面AEC.
面面平行的判定与性质
[典例引领]
如图所示,在三棱柱ABCA1B1C1中,E,F,G,H分别是AB,AC,A1B1,A1C1的中点,求证:
(1)B,C,H,G四点共面;
(2)平面EFA1∥平面BCHG.
【证明】 (1)因为G,H分别是A1B1,A1C1的中点,
所以GH∥B1C1,又B1C1∥BC,
所以GH∥BC,所以B,C,H,G四点共面.
(2)在△ABC中,E,F分别为AB,AC的中点,
所以EF∥BC,
因为EF⊄平面BCHG,BC⊂平面BCHG,
所以EF∥平面BCHG.
又因为G,E分别为A1B1,AB的中点,
所以A1G綊EB,所以四边形A1EBG是平行四边形,
所以A1E∥GB.
因为A1E⊄平面BCHG,GB⊂平面BCHG,
所以A1E∥平面BCHG.
又因为A1E∩EF=E,所以平面EFA1∥平面BCHG.
1.在本例条件下,若D为BC1的中点,求证:HD∥平面A1B1BA.
证明:如图所示,连接HD,A1B,
因为D为BC1的中点,
H为A1C1的中点,
所以HD∥A1B,
又HD⊄平面A1B1BA,
A1B⊂平面A1B1BA,
所以HD∥平面A1B1BA.
2.在本例条件下,若D1,D分别为B1C1,BC的中点,求证:平面A1BD1∥平面AC1D.
证明:如图所示,
连接A1C交AC1于点M,
因为四边形A1ACC1是平行四边形,
所以M是A1C的中点,连接MD,
因为D为BC的中点,
所以A1B∥DM.
因为A1B⊂平面A1BD1,
DM⊄平面A1BD1,
所以DM∥平面A1BD1.
又由三棱柱的性质知,D1C1綊BD,
所以四边形BDC1D1为平行四边形,
所以DC1∥BD1.
又DC1⊄平面A1BD1,BD1⊂平面A1BD1,
所以DC1∥平面A1BD1,
又因为DC1∩DM=D,DC1,DM⊂平面AC1D,
所以平面A1BD1∥平面AC1D.
如图,AB∥平面α∥平面β,过A,B的直线m,n分别交α,β于C,E和D,F,若AC=2,CE=3,BF=4,则BD的长为( )
A. B.
C. D.
解析:选C.由AB∥α∥β,易证 =.
即=,
所以BD===.
线、面平行中的探索性问题
[典例引领]
如图,四棱锥PABCD中,AB∥CD,AB=2CD,E为PB的中点.
(1)求证:CE∥平面PAD;
(2)在线段AB上是否存在一点F,使得平面PAD∥平面CEF?若存在,证明你的结论,若不存在,请说明理由.
【解】 (1)证明:如图所示,取PA的中点H,连接EH,DH,
因为E为PB的中点,
所以EH∥AB,EH=AB,
又AB∥CD,CD=AB.
所以EH∥CD,EH=CD,
因此四边形DCEH是平行四边形,
所以CE∥DH,
又DH⊂平面PAD,CE⊄平面PAD,
所以CE∥平面PAD.
(2)如图所示,取AB的中点F,连接CF,EF,
所以AF=AB,又CD=AB,所以AF=CD,
又AF∥CD,所以四边形AFCD为平行四边形,
所以CF∥AD,
又CF⊄平面PAD,
所以CF∥平面PAD,
由(1)可知CE∥平面PAD,
又CE∩CF=C,
故平面CEF∥平面PAD,
故存在AB的中点F满足要求.
解决探索性问题的方法
(1)根据探索性问题的设问,假设其存在并探索出结论,然后在这个假设下进行推理论证,若得到合乎情理的结论就肯定假设,若得到矛盾就否定假设.
(2)按类似于分析法的格式书写步骤:从结论出发“要使……成立”“只需使……成立”.
如图,已知在直四棱柱ABCDA1B1C1D1中,AD⊥DC,AB∥DC,DC=DD1=2AD=2AB=2.
(1)求证:DB⊥平面B1BCC1;
(2)设E是DC上一点,试确定E的位置,使得D1E∥平面A1BD,并说明理由.
解:(1)证明:因为AB∥DC,AD⊥DC,
所以AB⊥AD,
在Rt△ABD中,AB=AD=1,
所以BD=,易求BC=,
因为CD=2,
所以BD⊥BC.
又BD⊥BB1,B1B∩BC=B,
所以BD⊥平面B1BCC1.
(2)DC的中点为E点.
如图,连接BE,
因为DE∥AB,DE=AB,
所以四边形ABED是平行四边形.
所以AD∥BE.
又AD∥A1D1,所以BE∥A1D1,
所以四边形A1D1EB是平行四边形,
所以D1E∥A1B.
因为D1E⊄平面A1BD,所以D1E∥平面A1BD.
线线、线面、面面平行间的转化
线线平行线面平行面面性质定理判定定理平行
其中线面平行是核心,线线平行是基础,要注意它们之间的灵活转化.
线面、面面平行的判定中所遵循的原则
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,转化的方向总是由题目的具体条件而定,不可过于“模式化”.
易错防范
(1)直线与平面平行的判定中易忽视“线在面内”这一关键条件.
(2)面面平行的判定中易忽视“面内两条相交线”这一条件.
1.在空间内,下列命题正确的是( )
A.平行直线的平行投影重合
B.平行于同一直线的两个平面平行
C.垂直于同一平面的两个平面平行
D.垂直于同一平面的两条直线平行
解析:选D.对于A,平行直线的平行投影也可能互相平行,或为两个点,故A错误;对于B,平行于同一直线的两个平面也可能相交,故B错误;对于C,垂直于同一平面的两个平面也可能相交,故C错误;而D为直线和平面垂直的性质定理,正确.
2.平面α∥平面β的一个充分条件是( )
A.存在一条直线a,a∥α,a∥β
B.存在一条直线a,a⊂α,a∥β
C.存在两条平行直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α
D.存在两条异面直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α
解析:选D.若α∩β=l,a∥l,a⊄α,a⊄β,a∥α,a∥β,故排除A.若α∩β=l,a⊂α,a∥l,则a∥β,故排除B.若α∩β=l,a⊂α,a∥l,b⊂β,b∥l,则a∥β,b∥α,故排除C.
3.已知m,n是两条不同的直线,α,β,γ是三个不同的平面,则下列命题中正确的是( )
A.若α⊥γ,α⊥β,则γ∥β
B.若m∥n,m⊂α,n⊂β,则α∥β
C.若m∥n,m⊥α,n⊥β,则α∥β
D.若m∥n,m∥α,则n∥α
解析:选C.对于A,若α⊥γ,α⊥β,则γ∥β或γ与β相交;对于B,若m∥n,m⊂α,n⊂β,则α∥β或α与β相交;易知C正确;对于D,若m∥n,m∥α,则n∥α或n在平面α内.故选C.
4.如图所示,在空间四边形ABCD中,E,F分别为边AB,AD上的点,且AE∶EB=AF∶FD=1∶4,又H,G分别为BC,CD的中点,则( )
A.BD∥平面EFGH,且四边形EFGH是矩形
B.EF∥平面BCD,且四边形EFGH是梯形
C.HG∥平面ABD,且四边形EFGH是菱形
D.EH∥平面ADC,且四边形EFGH是平行四边形
解析:选B.由AE∶EB=AF∶FD=1∶4知EF綊BD,又EF⊄平面BCD,所以EF∥平面BCD.又H,G分别为BC,CD的中点,所以HG綊BD,所以EF∥HG且EF≠HG.所以四边形EFGH是梯形.
5.在三棱锥SABC中,△ABC是边长为6的正三角形,SA=SB=SC=12,平面DEFH分别与AB、BC、SC、SA交于D、E、F、H,且它们分别是AB、BC、SC、SA的中点,那么四边形DEFH的面积为( )
A.18 B.18 C.36 D.36
解析:选A.因为D、E、F、H分别是AB、BC、SC、SA的中点,所以DE∥AC,FH∥AC,DH∥SB,EF∥SB,则四边形DEFH
是平行四边形,且HD=SB=6,DE=AC=3.如图,取AC的中点O,连接OB、SO,因为SA=SC=12,AB=BC=6,所以AC⊥SO,AC⊥OB,又SO∩OB=O,所以AO⊥平面SOB,所以AO⊥SB,则HD⊥DE,即四边形DEFH是矩形,所以四边形DEFH的面积S=6×3=18,故选A.
6.设m,l表示直线,α表示平面,若m⊂α,则“l∥α”是“l∥m”的________条件.(填“充分”“必要”“充要”“既不充分也不必要”)
解析:m⊂α,l∥α不能推出l∥m;m⊂α,l∥m也不能推出l∥α,所以是既不充分也不必要条件.
答案:既不充分也不必要
7.如图,正方体ABCDA1B1C1D1中,AB=2,点E为AD的中点,点F在CD上.若EF∥平面AB1C,则线段EF的长度等于________.
解析:因为EF∥平面AB1C,EF⊂平面ABCD,平面ABCD∩平面AB1C=AC,
所以EF∥AC,所以F为DC的中点.
故EF=AC=.
答案:
8.在棱长为2的正方体ABCDA1B1C1D1中,P是A1B1的中点,过点A1作与截面PBC1平行的截面,所得截面的面积是________.
解析:如图,取AB,C1D1的中点E,F,连接A1E,A1F,EF,则平面A1EF∥平面BPC1.
在△A1EF中,
A1F=A1E=,EF=2,
S△A1EF=×2×=,
从而所得截面面积为2S△A1EF=2.
答案:2
9.如图,在正方体ABCDA1B1C1D1中,S是B1D1的中点,E、F、G分别是BC、DC、SC的中点,求证:
(1)直线EG∥平面BDD1B1;
(2)平面EFG∥平面BDD1B1.
证明:(1)如图,连接SB,
因为E、G分别是BC、SC的中点,
所以EG∥SB.
又因为SB⊂平面BDD1B1,
EG⊄平面BDD1B1,
所以直线EG∥平面BDD1B1.
(2)连接SD,
因为F、G分别是DC、SC的中点,
所以FG∥SD.
又因为SD⊂平面BDD1B1,FG⊄平面BDD1B1,
所以FG∥平面BDD1B1,又EG⊂平面EFG,
FG⊂平面EFG,EG∩FG=G,
所以平面EFG∥平面BDD1B1.
10.(2018·云南省11校跨区调研)如图所示,在四棱锥PABCD中,PA⊥底面ABCD,PA=2,∠ABC=90°,AB=,BC=1,AD=2,∠ACD=60°,E为CD的中点.
(1)求证:BC∥平面PAE;
(2)求点A到平面PCD的距离.
解:(1)证明:因为AB=,BC=1,∠ABC=90°,
所以AC=2,∠BCA=60°.
在△ACD中,因为AD=2,AC=2,∠ACD=60°,
所以AD2=AC2+CD2-2AC·CD·cos∠ACD,
所以CD=4,所以AC2+AD2=CD2,
所以△ACD是直角三角形,
又E为CD中点,
所以AE=CD=CE,
因为∠ACD=60°,
所以△ACE为等边三角形,
所以∠CAE=60°=∠BCA,
所以BC∥AE,
又AE⊂平面PAE,BC⊄平面PAE,
所以BC∥平面PAE.
(2)设点A到平面PCD的距离为d,根据题意可得,
PC=2,PD=CD=4,
所以S△PCD=2,
因为VPACD=VAPCD,
所以·S△ACD·PA=·S△PCD·d,
所以××2×2×2=×2d,
所以d=,
所以点A到平面PCD的距离为.
1.如图,透明塑料制成的长方体容器ABCDA1B1C1D1内灌进一些水,固定容器底面一边BC于地面上,再将容器倾斜,随着倾斜度的不同,有下面四个命题:
①没有水的部分始终呈棱柱形;
②水面EFGH所在四边形的面积为定值;
③棱A1D1始终与水面所在平面平行;
④当容器倾斜如图所示时,BE·BF是定值.
其中正确的个数是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C.由题图,显然①是正确的,②是错的;
对于③因为A1D1∥BC,BC∥FG,
所以A1D1∥FG且A1D1⊄平面EFGH,
所以A1D1∥平面EFGH(水面).
所以③是正确的;
因为水是定量的(定体积V).
所以S△BEF·BC=V,
即BE·BF·BC=V.
所以BE·BF=(定值),即④是正确的,故选C.
2.(2018·安徽安庆模拟)在正方体ABCDA1B1C1D1中,M、N、Q分别是棱D1C1、A1D1、BC的中点,点P在BD1上且BP=BD1.则以下四个说法:
①MN∥平面APC;
②C1Q∥平面APC;
③A、P、M三点共线;
④平面MNQ∥平面APC.
其中说法正确的是________.
解析:①连接MN,AC,则MN∥AC,连接AM、CN,
易得AM、CN交于点P,即MN⊂面APC,所以MN∥面APC是错误的;
②由①知M、N在平面APC上,由题易知AN∥C1Q,
所以C1Q∥面APC是正确的;
③由①知A,P,M三点共线是正确的;
④由①知MN⊂面APC,
又MN⊂面MNQ,
所以面MNQ∥面APC是错误的.
答案:②③
3.(2018·福建泉州质检)在如图所示的多面体中,DE⊥平面ABCD,AF∥DE,AD∥BC,AB=CD,∠ABC=60°,BC=2AD=4DE=4.
(1)在AC上求作点P,使PE∥平面ABF,请写出作法并说明理由;
(2)求三棱锥ACDE的高.
解:(1)取BC的中点G,连接DG,交AC于点P,连接EG,EP.此时P为所求作的点(如图所示).
下面给出证明:因为BC=2AD,G为BC的中点,
所以BG=AD.
又因为BC∥AD,
所以四边形BGDA是平行四边形,
故DG∥AB,即DP∥AB.
又AB⊂平面ABF,DP⊄平面ABF,
所以DP∥平面ABF.
因为AF∥DE,AF⊂平面ABF,DE⊄平面ABF,
所以DE∥平面ABF.
又因为DP⊂平面PDE,DE⊂平面PDE,PD∩DE=D,
所以平面PDE∥平面ABF,
因为PE⊂平面PDE,
所以PE∥平面ABF.
(2)在等腰梯形ABCD中,因为∠ABC=60°,BC=2AD=4,
所以可求得梯形的高为,从而△ACD的面积为×2×=.
因为DE⊥平面ABCD,
所以DE是三棱锥EACD的高.
设三棱锥ACDE的高为h.
由VACDE=VEACD,可得×S△CDE×h=S△ACD×DE,即×2×1×h=×1,解得h=.
故三棱锥ACDE的高为.
4.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.
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.