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- 2021-07-01 发布
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专题三 立体几何
第
8
讲 空间中的平行与垂直
第8讲 空间中的平行与垂直
1.(2019北京理,12,5分)已知
l
,
m
是平面
α
外的两条不同直线.给出下列三个论
断:
①
l
⊥
m
;②
m
∥
α
;③
l
⊥
α
.
以其中的两个论断作为条件,余下的一个论断作为结论,写出一个正确的命
题:
.
答案
若
l
⊥
m
,
l
⊥
α
,则
m
∥
α
(答案不唯一)
解析
本题考查线面平行、垂直的位置关系,考查了逻辑推理能力和空间想
象能力.
把其中两个论断作为条件,余下的一个论断作为结论,共有三种情况.对三种
情况逐一验证.①②作为条件,③作为结论时,还可能
l
∥
α
或
l
与
α
斜交;①③作
为条件,②作为结论和②③作为条件,①作为结论时,容易证明命题成立.
2.
α
,
β
为两个不同的平面,
m
,
n
为两条不同的直线,下列命题中正确的是
(填上所有正确命题的序号).
①若
α
∥
β
,
m
⊂
α
,则
m
∥
β
;
②若
m
∥
α
,
n
⊂
α
,则
m
∥
n
;
③若
α
⊥
β
,
α
∩
β
=
n
,
m
⊥
n
,则
m
⊥
β
;
④若
n
⊥
α
,
n
⊥
β
,
m
⊥
α
,则
m
⊥
β
.
答案
①④
解析
由面面平行的性质可得①正确;若
m
∥
α
,
n
⊂
α
,则
m
,
n
平行或异面,②错
误;由面面垂直的性质定理可知③中缺少条件“
m
⊂
α
”,错误;若
n
⊥
α
,
n
⊥
β
,则
α
∥
β
,又
m
⊥
α
,则
m
⊥
β
,④正确.
3.下列命题中,正确的序号是
.
(1)平面内一个三角形各边所在的直线都与另一个平面平行,则这两个平面平
行;
(2)平行于同一个平面的两个平面平行;
(3)若两个平面平行,则位于这两个平面内的直线互相平行;
(4)若两个平面平行,则其中一个平面内的直线平行于另一个平面.
答案
(1)(2)(4)
解析
若两个平面平行,则位于这两个平面内的直线互相平行或异面,(3)错
误;由面面平行的判定和性质可得(1)(2)(4)都正确.
4.已知平面
α
⊥平面
β
,
α
∩
β
=
l
,直线
m
⊂
α
,直线
n
⊂
β
,且
m
⊥
n
,有以下四个结论:①
若
n
∥
l
,则
m
⊥
β
;②若
m
⊥
β
,则
n
∥
l
;③
m
⊥
β
和
n
⊥
α
同时成立;④
m
⊥
β
和
n
⊥
α
中
至少有一个成立.其中正确结论的序号是
.
答案
①④
解析
若
n
∥
l
,则
m
⊥
l
,由面面垂直的性质定理可得
m
⊥
β
,①正确;若
m
⊥
β
,则
m
⊥
l
,又
m
⊥
n
,此时
n
,
l
的位置关系不确定,可能平行或相交,②错误;
m
⊥
β
和
n
⊥
α
可能同时成立,也可能只有一个成立,③错误;④正确.
题型一 以锥体为载体的空间线面关系
例1
(2019南师大附中期中,16)如图,在四棱锥
P
-
ABCD
中,
AP
⊥
CD
,
AD
∥
BC
,
AB
=
BC
=1,
AD
=2,
E
,
F
分别为
AD
,
PC
的中点.求证:
(1)
AP
∥平面
BEF
;
(2)平面
BEF
⊥平面
PAC
.
证明
(1)设
AC
交
BE
于点
O
,连接
OF
,
CE
.
因为
AE
=
BC
=1,
AD
∥
BC
,所以四边形
ABCE
为平行四边形,
所以点
O
为
AC
的中点,
又因为点
F
为
PC
的中点,所以
OF
∥
AP
.
又因为
OF
⊂
平面
BEF
,
AP
⊄
平面
BEF
,所以
AP
∥平面
BEF
.
(2)因为
AD
∥
BC
,
ED
=
BC
=1,
所以四边形
BCDE
为平行四边形,所以
BE
∥
CD
.
因为
AP
⊥
CD
,所以
AP
⊥
BE
.
又因为四边形
ABCE
为平行四边形,
AB
=
BC
,
所以四边形
ABCE
为菱形,所以
AC
⊥
BE
.
又因为
AP
⊥
BE
,
AP
∩
AC
=
A
,
AP
⊂
平面
APC
,
AC
⊂
平面
APC
,
所以
BE
⊥平面
APC
.
因为
BE
⊂
平面
BEF
,所以平面
BEF
⊥平面
PAC
.
【方法归纳】 证明以锥体为载体的空间线面关系问题时,首先要考虑锥体
的几何特征,然后根据要证明的问题选择相应的判定定理或性质定理.
1-1
(2019苏锡常镇四市教学情况调查二,15)如图,在三棱锥
P
-
ABC
中,过点
P
作
PD
⊥
AB
,垂足为
D
,
E
,
F
分别是
PD
,
PC
的中点,且平面
PAB
⊥平面
PCD
.
求证:(1)
EF
∥平面
ABC
;
(2)
CE
⊥
AB
.
证明
(1)在三棱锥
P
-
ABC
中,因为
E
,
F
分别是
PD
,
PC
的中点,所以
EF
为△
PCD
的中位线,
则有
EF
∥
CD
.
又
EF
⊄
平面
ABC
,
CD
⊂
平面
ABC
,
所以
EF
∥平面
ABC
.
(2)因为平面
PAB
⊥平面
PCD
,平面
PAB
∩
平面
PCD
=
PD
,
AB
⊥
PD
,
AB
⊂
平面
PAB
,
所以
AB
⊥平面
PCD
,
又
CE
⊂
平面
PCD
,所以
CE
⊥
AB
.
题型二 以柱体为载体的空间线面关系
例2
(2019常州期末)如图,正三棱柱
ABC
-
A
1
B
1
C
1
中,点
M
,
N
分别是棱
AB
,
CC
1
的
中点.
求证:(1)
CM
∥平面
AB
1
N
;
(2)平面
A
1
BN
⊥平面
AA
1
B
1
B
.
证明
(1)设
AB
1
交
A
1
B
于点
O
,连接
OM
,
ON
.
在正三棱柱
ABC
-
A
1
B
1
C
1
中,
BB
1
∥
CC
1
,
BB
1
=
CC
1
,且四边形
AA
1
B
1
B
是平行四边形,
所以
O
为
AB
1
的中点,
又因为
M
为
AB
的中点,所以
OM
∥
BB
1
,且
OM
=
BB
1
.
因为
N
为
CC
1
的中点,所以
CN
=
CC
1
,所以
OM
∥
CN
,且
OM
=
CN
.
所以四边形
CMON
是平行四边形.
所以
CM
∥
ON
,又
ON
⊂
平面
AB
1
N
,
CM
⊄
平面
AB
1
N
,
所以
CM
∥平面
AB
1
N
.
(2)正三棱柱
ABC
-
A
1
B
1
C
1
中,
BB
1
⊥平面
ABC
,
因为
CM
⊂
平面
ABC
,所以
BB
1
⊥
CM
.
因为
CA
=
CB
,
M
为
AB
的中点,所以
CM
⊥
AB
,
又由(1)知
CM
∥
ON
,所以
ON
⊥
AB
,
ON
⊥
BB
1
,
又因为
AB
∩
BB
1
=
B
,
AB
,
BB
1
⊂
平面
AA
1
B
1
B
,
所以
ON
⊥平面
AA
1
B
1
B
.
又
ON
⊂
平面
A
1
BN
,所以平面
A
1
BN
⊥平面
AA
1
B
1
B
.
【方法归纳】 (1)面面垂直的证明依据是面面垂直的判定定理,即要证面面
垂直,则必须证明线面垂直,所以又要寻找线线垂直.(2)证明线面平行的方法
一般有两种:一是利用线面平行的判定定理,利用三角形中位线的性质或平行
四边形对边互相平行的性质寻找线线平行;二是先利用面面平行的判定定理
证明面面平行,再由面面平行的性质证明线面平行.
题型三 以不规则几何体为载体的空间线面关系
例3
如图,在多面体
ABCDEF
中,四边形
ABCD
是菱形,
AC
,
BD
相交于点
O
,
EF
∥
AB
,
AB
=2
EF
,平面
BCF
⊥平面
ABCD
,
BF
=
CF
,点
G
为
BC
的中点.
求证:(1)直线
OG
∥平面
EFCD
;
(2)直线
AC
⊥平面
ODE
.
证明
(1)∵四边形
ABCD
是菱形,
AC
∩
BD
=
O
,
∴点
O
是
BD
的中点.
∵点
G
是
BC
的中点,∴
OG
∥
CD
,且
OG
=
CD
.
又∵
OG
⊄
平面
EFCD
,
CD
⊂
平面
EFCD
,
∴直线
OG
∥平面
EFCD
.
(2)∵
BF
=
CF
,点
G
为
BC
的中点,∴
FG
⊥
BC
.
∵平面
BCF
⊥平面
ABCD
,平面
BCF
∩
平面
ABCD
=
BC
,
FG
⊂
平面
BCF
,
FG
⊥
BC
,
∴
FG
⊥平面
ABCD
.
∵
AC
⊂
平面
ABCD
,∴
FG
⊥
AC
.
∵
OG
∥
AB
,
OG
=
AB
,
EF
∥
AB
,
EF
=
AB
,
∴
OG
∥
EF
,
OG
=
EF
,
∴四边形
EFGO
为平行四边形,∴
FG
∥
EO
.
∵
FG
⊥
AC
,∴
AC
⊥
EO
.
∵四边形
ABCD
是菱形,∴
AC
⊥
DO
.
∵
EO
∩
OD
=
O
,
EO
,
DO
在平面
ODE
内,
∴直线
AC
⊥平面
ODE
.
【方法归纳】 证明或探究空间中线线、线面与面面平行或垂直的位置关
系时,(1)要熟练掌握所有判定定理与性质定理,梳理好常用的位置关系的证
明方法,如证明线面平行,既可以构造线线平行,也可以构造面面平行;(2)要掌
握解题时由已知想性质、由求证想判定,即综合法与分析法相结合来寻找证
明的思路.证题时要避免使用一些正确但不能作为推理依据的结论.此外,要
会分析一些非常规放置的空间几何体.
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