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- 2021-06-11 发布
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第4讲 直线、平面平行的判定与性质
, [学生用书P131])
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
1.辨明两个易误点
(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.
2.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”.
1.(2017·大连模拟)对于直线m,n和平面α,若n⊂α,则“m∥n”是“m∥α”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
[答案] D
2. 下列命题为真的是( )
A.若直线l与平面α有两个公共点,则l⊄α
B.若α∥β,a⊂α,b⊂β,则a与b是异面直线
C.若α∥β,a⊂α,则a∥β
D.若α∩β=b,a⊂α,则a与β一定相交
C [解析] A错误.直线l和平面有两个公共点,则l⊂α.
B错误.若α∥β,a⊂α,b⊂β,则a与b异面或平行.
C正确.因为a与β无公共点,则a∥β.
D错误.a与β有可能平行.故选C.
3. 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
D [解析] 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.
4. 设m,n表示直线,α、β表示平面,则下列命题为真的是( )
A.⇒m∥n B.⇒m∥β
C.⇒m∥n D.⇒m∥n
C [解析] A错误,因为m可能与n相交或异面.
B错误,因为m可能在β内.
D错误,m、n可能异面相交,故选C.
线面平行的判定与性质(高频考点)[学生用书P131]
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,一般出现在解答题中.
高考对线面平行的判定及性质的考查主要有以下三个命题角度:
(1)判断线面的位置关系;
(2)线面平行的证明;
(3)线面平行性质的应用.
[典例引领]
(2016·高考全国卷丙)如图,四棱锥PABCD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.
【解】
(1)证明:由已知得AM=AD=2.
取BP的中点T,连接AT,TN,由N为PC的中点知TN∥BC,
TN=BC=2.
又AD∥BC,
故TNAM,
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.
所以四面体NBCM的体积VNBCM=×S△BCM×=.
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);
(4)利用面面平行的性质(α∥β,a⊄α,a⊄β,a∥α⇒a∥β).
[题点通关]
角度一 判断线面的位置关系
1.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
角度二 线面平行的证明
2.如图,四棱锥PABCD中AD∥BC,AB=BC=AD,E,F,H分别为线段AD,PC,CD的中点,AC与BE交于O点,G是线段OF上一点.
(1)求证:AP∥平面BEF;
(2)求证:GH∥平面PAD.
[证明] (1)连接EC,因为AD∥BC,BC=AD,
所以BCAE,
所以四边形ABCE是平行四边形,所以O为AC的中点.
又因为F是PC的中点,
所以FO∥AP,
FO⊂平面BEF,AP⊄平面BEF,
所以AP∥平面BEF.
(2)连接FH,OH,
因为F,H分别是PC,CD的中点,
所以FH∥PD,所以FH∥平面PAD.
又因为O是BE的中点,H是CD的中点,
所以OH∥AD,所以OH∥平面PAD.
又FH∩OH=H,
所以平面OHF∥平面PAD.
又因为GH⊂平面OHF,
所以GH∥平面PAD.
角度三 线面平行性质的应用
3. 如图所示,四边形ABCD是平行四边形,点P是平面ABCD外一点,M是PC的中点,在DM上取一点G,过G和AP作平面交平面BDM于GH.求证:AP∥GH.
[证明] 如图所示,连接AC交BD于点O,连接MO,
因为四边形ABCD是平行四边形,
所以O是AC的中点,又M是PC的中点,
所以PA∥MO.
又MO⊂平面MBD,
所以PA∥平面MBD.
因为平面PAHG∩平面BMD=GH,
且PA⊂平面PAHG,
所以AP∥GH.
面面平行的判定与性质[学生用书P132]
[典例引领]
如图,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GH是△A1B1C1的中位线,所以GH∥B1C1.
又因为B1C1∥BC,所以GH∥BC,
所以B,C,H,G四点共面.
(2)因为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.
因为A1GEB,
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.
因为A1E∩EF=E,所以平面EFA1∥平面BCHG.
在本例条件下,线段BC1上是否存在一点M使得EM∥平面A1ACC1?
[解] 存在.当M为BC1的中点时成立.
证明如下:连接EM,AC1(图略),在△ABC1中,
E,M分别为AB,BC1的中点,
所以EMAC1,又EM⊄平面A1ACC1,
AC1⊂平面A1ACC1,所以EM∥平面A1ACC1.
判定面面平行的方法
(1)利用定义,即证两个平面没有公共点(不常用);
(2)利用面面平行的判定定理(主要方法);
(3)利用垂直于同一条直线的两平面平行(客观题可用);
(4)利用平面平行的传递性,即两个平面同时平行于第三个平面,则这两个平面平行(客观题可用).
一个正方体的平面展开图及该正方体的直观图的示意图如图所示.
(1)请将字母F,G,H标记在正方体相应的顶点处(不需说明理由);
(2)判断平面BEG与平面ACH的位置关系,并证明你的结论.
[解] (1)点F,G,H的位置如图所示.
(2)平面BEG∥平面ACH,证明如下:
因为ABCDEFGH为正方体,
所以BC∥FG,BC=FG,
又FG∥EH,FG=EH,所以BC∥EH,BC=EH,
于是四边形BCHE为平行四边形,所以BE∥CH.
又CH⊂平面ACH,BE⊄平面ACH,
所以BE∥平面ACH.同理BG∥平面ACH.
又BE∩BG=B,所以平面BEG∥平面ACH.
平行关系的综合应用[学生用书P133]
[典例引领]
(2017·洛阳月考)如图,ABCD与ADEF为平行四边形,M,N,G分别是AB,AD,EF的中点.
(1)求证:BE∥平面DMF;
(2)求证:平面BDE∥平面MNG.
【证明】 (1)如图,连接AE,则AE必过DF与GN的交点O,连接MO,则MO为△ABE的中位线,所以BE∥MO,
又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,
又DE⊄平面MNG,GN⊂平面MNG,
所以DE∥平面MNG.
又M为AB中点,
所以MN为△ABD的中位线,
所以BD∥MN,又BD⊄平面MNG,MN⊂平面MNG,
所以BD∥平面MNG,
又DE与BD为平面BDE内的两条相交直线,
所以平面BDE∥平面MNG.
空间平行关系的转化
平行关系之间的转化如图所示:
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”.
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.
, [学生用书P134])
——立体几何中的探索性问题的求解方法
如图所示,在三棱柱ABCA1B1C1中,D是棱CC1的中点,问在棱AB上是否存在一点E,使DE∥平面AB1C1?若存在,请确定点E的位置;若不存在,请说明理由.
【解】 点E为AB的中点时DE∥平面AB1C1,证明如下:
法一:取AB1的中点F,连接DE、EF、FC1,
因为E、F分别为AB、AB1的中点,
所以EF∥BB1且EF=BB1.
在三棱柱ABCA1B1C1中,
DC1∥BB1且DC1=BB1,
所以EFDC1,四边形EFC1D为平行四边形,所以ED∥FC1.又ED⊄平面AB1C1,FC1⊂平面AB1C1,
所以ED∥平面AB1C1.
法二:取BB1的中点H,连接EH,DH,DE,
因为E,H分别是AB,BB1的中点,则EH∥AB1.又EH⊄平面AB1C1,AB1⊂平面AB1C1,
所以EH∥平面AB1C1,又HD∥B1C1,
同理可得HD∥平面AB1C1,又EH∩HD=H,
所以平面EHD∥平面AB1C1,
因为ED⊂平面EHD,所以ED∥平面AB1C1.
(1)立体几何中的探索性问题主要是对平行、垂直关系的探究,对条件和结论不完备的开放性问题的探究,解决这类问题一般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)这类问题也可以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,在四棱锥SABCD中,已知底面ABCD为直角梯形,其中AD∥BC,∠BAD=90°,SA⊥底面ABCD,SA=AB=BC=2,tan∠SDA=.
(1)求四棱锥SABCD的体积;
(2)在棱SD上找一点E,使CE∥平面SAB,并证明.
[解] (1)因为SA⊥底面ABCD,tan∠SDA=,SA=2,
所以AD=3.
由题意知四棱锥SABCD的底面为直角梯形,且SA=AB=BC=2,
VSABCD=×SA××(BC+AD)×AB
=×2××(2+3)×2=.
(2)当点E位于棱SD上靠近D的三等分点处时,可使CE∥平面SAB.
证明如下:取SD上靠近D的三等分点为E,取SA上靠近A的三等分点为F,连接CE,EF,BF,
则EFAD,BCAD,
所以BCEF,所以CE∥BF.
又因为BF⊂平面SAB,CE⊄平面SAB,
所以CE∥平面SAB.
, [学生用书P273(独立成册)])
1.设α,β是两个不同的平面,m,n是平面α内的两条不同直线,l1,l2是平面β内的两条相交直线,则α∥β的一个充分不必要条件是( )
A.m∥l1且n∥l2 B.m∥β且n∥l2
C.m∥β且n∥β D.m∥β且l1∥α
A [解析] 由m∥l1,m⊂α,得l1∥α,同理l2∥α,又l1,l2相交,l1,l2⊂β,所以α∥β,反之不成立,所以m∥l1且n∥l2是α∥β的一个充分不必要条件.
2.下列四个正方体图形中,A,B为正方体的两个顶点,M,N,P分别为其所在棱的中点,能得出AB∥平面MNP的图形的序号是( )
A.①③ B.②③
C.①④ D.②④
C [解析] 对于图形①,平面MNP与AB所在的对角面平行,即可得到AB∥平面MNP;对于图形④,AB∥PN,即可得到AB∥平面MNP;图形②③无论用定义还是判定定理都无法证明线面平行.
3.已知直线a,b,平面α,则以下三个命题:
①若a∥b,b⊂α,则a∥α;
②若a∥b,a∥α,则b∥α;
③若a∥α,b∥α,则a∥b.
其中真命题的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.3
A [解析] 对于①,若a∥b,b⊂α,则应有a∥α或a⊂α,所以①是假命题;对于②,若a∥b,a∥α,则应有b∥α或b⊂α,因此②是假命题;对于③,若a∥α,b∥α,则应有a∥b或a与b相交或a与b异面,因此③是假命题.综上,在空间中,以上三个命题都是假命题.
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
B [解析] 由AE∶EB=AF∶FD=1∶4知EFBD,所以EF∥平面BCD.又H,G分别为BC,CD的中点,所以HGBD,所以EF∥HG且EF≠HG.所以四边形EFGH是梯形.
5.设l,m,n表示不同的直线,α,β,γ表示不同的平面,给出下列命题:
①若m∥l,且m⊥α,则l⊥α;
②若m∥l,且m∥α,则l∥α;
③若α∩β=l,β∩γ=m,γ∩α=n,则l∥m∥n;
④若α∩β=m,β∩γ=l,γ∩α=n,且n∥β,则l∥m.
其中正确命题的个数是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
B [解析] 由题易知①正确;②错误,l也可以在α内;③错误,以墙角为例即可说明;④正确,可以以三棱柱为例说明,故选B.
6.已知直线a,b异面,给出以下命题:
①一定存在平行于a的平面α使b⊥α;
②一定存在平行于a的平面α使b∥α;
③一定存在平行于a的平面α使b⊂α;
④一定存在无数个平行于a的平面α与b交于一定点.则其中论断正确的是( )
A.①④ B.②③
C.①②③ D.②③④
D [解析] 对于①,若存在平面α使得b⊥α,则有b⊥a,而直线a,b未必垂直,因此①不正确;对于②,注意到过直线a,b外一点M分别引直线a,b的平行线a1,b1,显然由直线a1,b1可确定平面α,此时平面α与直线a,b均平行,因此②正确;对于③,注意到过直线b上的一点B作直线a2与直线a平行,显然由直线b与a2可确定平面α,此时平面α与直线a平行,且b⊂α,因此③正确;对于④,在直线b上取一定点N,过点N作直线c与直线a平行,经过直线c的平面(除由直线a与c所确定的平面及直线c与b所确定的平面之外)均与直线a平行,且与直线b相交于一定点N,因此④正确.综上所述,②③④正确.
7.棱长为2的正方体ABCDA1B1C1D1中,M是棱AA1的中点,过C,M,D1作正方体的截面,则截面的面积是________.
[解析] 由面面平行的性质知截面与平面AB1的交线MN是△AA1B的中位线,所以截面是梯形CD1MN,易求其面积为.
[答案]
8.设α,β,γ是三个不同的平面,a,b是两条不同的直线,有下列三个条件:①a∥γ,b⊂β;②a∥γ,b∥β;③b∥β,a⊂γ.如果命题“α∩β=a,b⊂γ,且________,则a∥b”为真命题,则可以在横线处填入的条件是________(把所有正确条件的序号都填上).
[解析] 由面面平行的性质定理可知,①正确;当b∥β,a⊂γ时,a和b在同一平面内,且没有公共点,所以平行,③正确.故填入的条件为①或③.
[答案] ①或③
9.已知平面α∥β,P∉α且P∉ β,过点P的直线m与α,β分别交于A,C,过点P的直线n与α,β分别交于B,D,且PA=6,AC=9,PD=8,则BD的长为________.
[解析] 如图1,因为AC∩BD=P,
图1
所以经过直线AC与BD可确定平面PCD.
因为α∥β,α∩平面PCD=AB,
β∩平面PCD=CD,
所以AB∥CD.所以=,
即=,所以BD=.
如图2,同理可证AB∥CD.
图2
所以=,即=,
所以BD=24.综上所述,BD=或24.
[答案] 或24
10. (2017·湖南省长沙一中高考模拟)如图所示,正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为a,点P是棱AD上一点,且AP=,过B1、D1、P的平面交底面ABCD于PQ,Q在直线CD上,则PQ=________.
[解析] 因为平面A1B1C1D1∥平面ABCD,而平面B1D1P∩平面ABCD=PQ,平面B1D1P∩平面A1B1C1D1=B1D1,所以B1D1∥PQ.
又因为B1D1∥BD,所以BD∥PQ,
设PQ∩AB=M,因为AB∥CD,
所以△APM∽△DPQ.
所以==2,即PQ=2PM.
又知△APM∽△ADB,
所以==,
所以PM=BD,又BD=a,所以PQ=a.
[答案] a
11.如图,在三棱台DEFABC中,AB=2DE,点G,H分别为AC,BC的中点.求证:BD∥平面FGH.
[证明] 如图,连接DG,CD,设CD∩FG=O,连接OH.
在三棱台DEFABC中,
AB=2DE,点G为AC的中点,
可得DF∥GC,DF=GC,
所以四边形DFCG为平行四边形,
所以点O为CD的中点.
又因为点H为BC的中点,
所以OH∥BD.又因为OH⊂平面FGH,BD⊄平面FGH,
所以BD∥平面FGH.
12.如图,矩形ABCD中,E为边AB的中点,将△ADE沿直线DE翻转成△A1DE.若M为线段A1C的中点,则在△ADE翻转过程中,正确的命题是________.
①|BM|是定值;
②点M在圆上运动;
③一定存在某个位置,使DE⊥A1C;
④一定存在某个位置,使MB∥平面A1DE.
[解析] 取DC中点N,连接MN,NB,则MN∥A1D,NB∥DE,
所以平面MNB∥平面A1DE,
因为MB⊂平面MNB,
所以MB∥平面A1DE,④正确;
∠A1DE=∠MNB,MN=A1D=定值,NB=DE=定值,根据余弦定理得,MB2=MN2+NB2-2MN·NB·cos∠MNB,所以MB是定值.①正确;
B是定点,所以M是在以B为圆心,MB为半径的圆上,
②正确;
当矩形ABCD满足AC⊥DE时存在,其他情况不存在,
③不正确.
所以①②④正确.
[答案] ①②④
13. 如图所示的几何体ABCDFE中,△ABC,△DFE都是等边三角形,且所在平面平行,四边形BCED是边长为2的正方形,且所在平面垂直于平面ABC.
(1)求几何体ABCDFE的体积;
(2)证明:平面ADE∥平面BCF.
[解] (1)取BC的中点O,ED的中点G,连接AO,OF,FG,AG.
因为AO⊥BC,AO⊂平面ABC,平面BCED⊥平面ABC,
所以AO⊥平面BCED.同理FG⊥平面BCED.
因为AO=FG=,
所以VABCDFE=×4××2=.
(2)证明:由(1)知AO∥FG,AO=FG,
所以四边形AOFG为平行四边形,所以AG∥OF.
又因为DE∥BC,DE∩AG=G,DE⊂平面ADE,AG⊂平面ADE,FO∩BC=O,FO⊂平面BCF,BC⊂平面BCF,
所以平面ADE∥平面BCF.
14. (2017·阜阳月考)如图,在三棱锥ABOC 中,AO⊥平面COB,∠OAB=∠OAC=,AB=AC=2,BC=,D,E分别为AB,OB的中点.
(1)求证:CO⊥平面AOB;
(2)在线段CB上是否存在一点F,使得平面DEF∥平面AOC,若存在,试确定F的位置,并证明此点满足要求;若不存在,请说明理由.
[解] (1)证明:因为AO⊥平面COB,
所以AO⊥CO,AO⊥BO,
即△AOC与△AOB为直角三角形.
又因为∠OAB=∠OAC=,AB=AC=2,
所以OB=OC=1.
由OB2+OC2=1+1=2=BC2,
可知△BOC为直角三角形.
所以CO⊥ BO,
又因为AO∩BO=O,所以CO⊥平面AOB.
(2)在线段CB上存在一点F,使得平面DEF∥平面AOC,此时F为线段CB的中点.
证明如下,如图,连接DF,EF,因为D,E分别为AB,OB的中点,所以DE∥OA.
又DE⊄平面AOC,所以DE∥平面AOC.
因为E,F分别为OB,BC的中点,所以EF∥OC.
又EF⊄平面AOC,
所以EF∥平面AOC,
又EF∩DE=E,EF⊂平面DEF,DE⊂平面DEF,
所以平面DEF∥平面AOC.