直线、平面垂直的判定及其性质(二)(讲义)含答案
【精品】高中数学 必修2_直线、平面垂直的性质 讲义 知识点讲解+巩固练习(含答案) _基础

直线、平面垂直的性质【学习目标】1.掌握直线与平面垂直的性质定理,并能解决有关问题; 2.掌握两个平面垂直的性质定理,并能解决有关问题;3.能综合运用直线与平面、平面与平面的垂直、平行的判定和性质定理解决有关问题. 【要点梳理】要点一:直线与平面垂直的性质 1.基本性质文字语言:一条直线垂直于一个平面,那么这条直线垂直于这个平面内的所有直线. 符号语言:,l m l m αα⊥⊂⇒⊥ 图形语言:2.性质定理文字语言:垂直于同一个平面的两条直线平行. 符号语言:,//l m l m αα⊥⊥⇒ 图形语言:3.直线与平面垂直的其他性质(1)若两条平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于这个平面. (2)若l α⊥于A ,AP l ⊥,则AP α⊂. (3)垂直于同一条直线的两个平面平行.(4)如果一条直线垂直于两个平行平面中的一个,则它必垂直于另一个平面. 要点诠释:线面垂直关系是线线垂直、面面垂直关系的枢纽,通过线面垂直可以实现线线垂直和面面垂直关系的相互转化.要点二:平面与平面垂直的性质 1.性质定理文字语言:两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直. 符号语言:,,,m l l m l αβαββα⊥=⊂⊥⇒⊥I 图形语言:要点诠释:面面垂直的性质定理是作线面垂直的依据和方法,在解决二面角问题中作二面角的平面角经常用到.这种线面垂直与面面垂直间的相互转化,是我们立体几何中求解(证)问题的重要思想方法.2.平面与平面垂直性质定理的推论如果两个平面互相垂直,那么经过第一个平面内的一点垂直于第二个平面的直线,在第一个平面内.要点三:垂直关系的综合转化线线垂直、线面垂直、面面垂直是相互联系的,能够相互转化,转化的纽带是对应的定义、判定定理和性质定理,具体的转化关系如下图所示:在解决问题时,可以从条件入手,分析已有的垂直关系,早从结论探求所需的关系,从而架起条件与结论的桥梁.垂直间的关系可按下面的口诀记忆: 线面垂直的关键,定义来证最常见, 判定定理也常用,它的意义要记清. 平面之内两直线,两线交于一个点, 面外还有一条线,垂直两线是条件.面面垂直要证好,原有图中去寻找, 若是这样还不好,辅助线面是个宝. 先作交线的垂线,面面转为线和面, 再证一步线和线,面面垂直即可见. 借助辅助线和面,加的时候不能乱, 以某性质为基础,不能主观凭臆断, 判断线和面垂直,线垂面中两交线. 两线垂直同一面,相互平行共伸展, 两面垂直同一线,一面平行另一面. 要让面和面垂直,面过另面一垂线, 面面垂直成直角,线面垂直记心间. 【典型例题】类型一:直线与平面垂直的性质例1.设a ,b 为异面直线,AB 是它们的公垂线(与两异面直线都垂直且相交的直线). (1)若a ,b 都平行于平面α,求证:AB ⊥α;(2)若a ,b 分别垂直于平面α,β,且c αβ=I ,求证:AB ∥c .【思路点拨】(1)依据直线和平面垂直的判定定理证明AB ⊥α,可先证明线与线的平行.(2)由于此时垂直的关系较多,因此可以考虑利用线面垂直的性质证明AB ∥c .证明:(1)如图(1),在α内任取一点P ,设直线a 与点P 确定的平面与平面α的交线为a ',设直线b 与点P 确定的平面与平面α的交线为b '.∵a ∥α,b ∥α,∴a ∥a ',b ∥b '. 又∵AB ⊥a ,AB ⊥b ,∴AB ⊥a ',AB ⊥b ', ∴AB ⊥α.(2)如图,过B 作BB '⊥α,则AB ⊥BB '. 又∵AB ⊥b ,∴AB 垂直于由b 和BB '确定的平面.∵b ⊥β,∴b ⊥c ,∵BB '⊥α,∴BB '⊥c . ∴c 也垂直于由BB '和b 确定的平面. 故c ∥AB .【总结升华】由第(2)问的证明可以看出,利用线面垂直的性质证明线与线的平行,其关键是构造平面,使所证线皆与该平面垂直.如题中,通过作出辅助线BB',构造出平面,即由相交直线b与BB'确定的平面,然后借助于题目中的其他垂直关系证明.举一反三:【变式1】设l,m是两条不同的直线,α是一个平面,则下列命题正确的是()A.若l⊥m,m⊂α,则l⊥αB.若l⊥α,l∥m,则m⊥αC.若l∥α,m⊂α,则l∥m D.若l∥α,m∥α,则l∥m【答案】 B【解析】两条平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于这个平面.高清:空间的线面垂直398999 例3例2.如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,PA=AB=BC,E是PC的中点.(1)证明:AE⊥CD;(2)证明:PD⊥平面ABE.【思路点拨】(1)由PA⊥底面ABCD,可得 CD⊥PA,又CD⊥AC,故CD⊥面PAC,从而证得CD ⊥AE;(2)由等腰三角形的底边中线的性质可得AE⊥PC,由(Ⅰ)知CD⊥AE,从而AE⊥面PCD,AE⊥PD,再由 AB⊥PD 可得 PD⊥面ABE。
2020届高三理数一轮讲义:8.5-直线、平面垂直的判定及其性质(含答案)

知识梳理两直线垂直于同一个平面,
1.判断下列结论正误
表示两条不同的直线,
考点一线面垂直的判定与性质
2MB,求点C到平面
,O为AC的中点,
⊥平面POM.
的距离.
=2
3BC=
42
3,∠ACB
上的一点,若三棱锥E-ABC的体积为
;
-BCD的体积为
SAD,可得BD⊥SD
多维探究PCD;
AD的中点,
,使得AC⊥BM,若存在点
,所以MN⊥AC.
⊥平面MBN.
所成角的余弦值;
PDC,
的正切值.
PD2=25,∴PA=5. [思维升华]
证明线面垂直时,易忽视面内两条线为相交线这一条件
基础巩固题组
如图,在正方体中,E,F,G,M,N,Q均为所在棱的中点,易知六个点共面,直线BD1与平面EFMNQG
中的平面与这个平面重合,不满足题意,只有选项D
不垂直,满足题意,故选D.
B.直线AB上D.△ABC内部
,所以PC垂直于直线
AB⊥平面PAC,又因为
BD,因为PA⊥
PAC,所以BD⊥PC
C1D1中,AB=BC
________.
AC1与平面A1B1
AC=22,
的中点,求证:BD⊥平面AOF.
G,连接FG,AG
是梯形CDPE的中位线,
;
PB上是否存在点F
C,所以DC⊥平面
AC,所以AB⊥AC
B.AH⊥平面EFH
D.HG⊥平面AEF AH⊥HE,AH⊥HF不变,又HE
C.4
上的射影为E,连接D1E
C1DF,
ADC;
与其在平面ABD内的正投影所成角的正切值为。
高考数学一轮复习 第八章 立体几何 第54课 直线与平面

第54课 直线与平面垂直的判定和性质1.直线与平面垂直(1)定义:如果直线l 与平面α内的 任意一条 直线都垂直,那么就说直线l 与平面α互相垂直.记作l α⊥ (2)直线与平面垂直的判定 例1. (2013·广东卷)如图1,在边长为1的等边三角形ABC 中,D ,E 分别是AB ,AC 边上的点,AD =AE ,F 是BC 的中点,AF 与DE 交于点G ,将△ABF 沿AF 折起,得到如图2所示的三棱锥A -BCF ,其中BC =22. (1)证明:DE //平面BCF ;(2)证明:CF ⊥平面ABF ; (3)当AD =23时,求三棱锥F -DEG 的体积V F -DEG .类别语言表述图示 字母表示 作用判定(1)若一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直,m n m n P a a m a n αα⊂⎫⎪=⇒⊥⎬⎪⊥⊥⎭I 、用于证明直线与平面垂直(2)若两条平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条直线也垂直于这个平面//a b a b αα⊥⎫⇒⊥⎬⎭用于证明直线与平面垂直(1)证明:在等边三角形ABC 中,AD =AE . ∴AD DB =AE EC,在折叠后的三棱锥ABCF 中也成立, ∴DE ∥BC ,∵DE ⊄平面BCF,BC ⊂平面BCF ,∴DE ∥平面BCF .(2)证明:在等边三角形ABC 中,F 是BC 的中点,所以AF ⊥BC ,①BF =CF =12.∵在三棱锥A -BCF 中,BC =22,∴BC 2=BF 2+CF 2, ∴CF ⊥BF ,②∵BF ∩CF =F ,∴CF ⊥平面ABF .(3)解析:由(1)可知GE ∥CF ,结合(2)可得GE ⊥平面DFG . ∴V F -DEG =V E -DFG =13×12·DG ·FG ·GE =13×12×13×⎝ ⎛⎭⎪⎫13×32×13=3324.练习:如图,AB 是圆O 的直径,PA 垂直于圆O 所在的平面,C 是圆O 上的点.(1)求证:BC ⊥平面PAC ;(2)设Q 为PA 的中点,G 为AOC ∆的重心,求证:平面QOG ∥平面PBC .【解析】(1)证明:∵AB 是圆O 的直径,∴AC BC ⊥,∵PA ⊥平面ABC ,BC ⊂平面ABC , ∴PA BC ⊥,∵PA AC A =I ,∴BC ⊥平面PAC .(2)连结OG 并延长交AC 于M ,连结,QM QO , ∵G 为AOC ∆的重心,∴M 为AC 的中点, ∵Q 为PA 的中点,∴QM ∥PC , ∵QM ⊄平面PBC ,BC ⊂平面PBC∴QM ∥平面PBC∵O 为AB 的中点,M 为AC 的中点,∴OM ∥BC , ∵OM ⊄平面PBC ,BC ⊂平面PBC ∴OM ∥平面PBC ,而QM ∥平面PBC∵QM OM M =I ,QM ⊂平面QMO ,OM ⊂平面QMO , ∴平面QMO ∥平面PBC ,即平面QOG ∥平面PBC(3)直线与平面垂直的性质例2. 如图,三棱柱ABC A 1B 1C 1中,CA =CB ,AB =AA 1,∠BAA 1=60°. (1)证明:AB ⊥A 1C ;(2)若AB =CB =2,A 1C =6,求三棱柱ABC A 1B 1C 1的体积. 【解】(1)证明:取AB 的中点O ,连接OC ,OA 1,A 1B . 因为CA =CB ,所以OC ⊥AB . 由于AB =AA 1,∠BAA 1=60°, 故△AA 1B 为等边三角形, 所以OA 1⊥AB .类别语言表述图示 字母表示 作用性质 (1)若一条直线与一个平面垂直,则这条直线垂直于平面内的任意一条直线a ab b αα⊥⎫⇒⊥⎬⊂⎭证两条直线垂直(2)如果两条直线同垂直于一个平面,那么这两条直线平行//a a b b αα⊥⎫⇒⎬⊥⎭证两条直线平行因为OC ∩OA 1=O ,所以AB ⊥平面OA 1C . 又A 1C ⊂平面OA 1C ,故AB ⊥A 1C .(2)由题设知△ABC 与△AA 1B 都是边长为2的等边三角形,所以OC =OA 1= 3. 又A 1C =6,则A 1C 2=OC 2+OA 21,故OA 1⊥OC .因为OC ∩AB =O ,所以OA 1⊥平面ABC ,OA 1为三棱柱ABC A 1B 1C 1的高. 又△ABC 的面积S △ABC =3,故三棱柱ABC A 1B 1C 1的体积V =S △ABC ·OA 1=3. 练习:如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是平行四边形,60BCD ︒∠=,2AB AD =,PD ⊥平面ABCD . 求证:AD ⊥PB ;证明:∵PD ⊥平面ABCD ,AD ⊂平面ABCD , ∴PD ⊥AD . ∵60BAD BCD ︒∠=∠=,2AB AD =, ∴222260BDAB AD AB AD cos ︒=+-⋅⋅2222AB AD AD =+-22AB AD =-. ∴22ABAD =2BD + ∴AD BD ⊥.∵PD BD D =I ,PD ⊂平面PBD ,BD ⊂平面PBD , ∴AD ⊥平面PBD . ∵PB ⊂平面PBD , ∴AD PB ⊥. 2.直线与平面所成的角(1)一个平面的斜线和它在这个平面内的射影所成的角,叫做斜线和这个平面所成的角. (2)直线与平面所成的角的范围是[0,]2π(3)如果直线和平面垂直,那么就说直线和平面所成的角是直角.练习:若四棱锥P ABCD -的所有棱长均为2,则侧棱PA 与底面ABCD 所成的角为 , 斜高与底面底面ABCD 所成的角的正切值为第54课 直线与平面垂直的判定和性质作业题1.一条直线与一个平面垂直的条件是 ( ) A. 垂直于平面内的一条直线 B. 垂直于平面内的两条直线 C. 垂直于平面内的无数条直线 D. 垂直于平面内的两条相交直线 解析:D2. 如果平面α外的一条直线a 与α内两条直线垂直,那么 ( ) A. a ⊥α B. a ∥α C. a 与α斜交 D. 以上三种均有可能解析:D3. 已知两条不同的直线m、n,两个不同的平面a、β,则下列命题中的真命题是()A.若m⊥a,n⊥β,a⊥β,则m⊥nB.若m⊥a,n∥β,a⊥β,则m⊥nC.若m∥a,n∥β,a∥β,则m∥nD.若m∥a,n⊥β,a⊥β,则m∥n【答案】A【解析】试题分析:在正方体ABCD-A1B1C1D1中记ABCD为平面a,CDC1D1为平面β,直线AA1为m,直线BB1为n,则m∥n,因此选项B为假;同理选项D也为假,取平面r∥a∥β,则平面内的任意一条直线都可以为直线m,n,因此选项C为假,答案选A.考点:空间几何中直线与直线的位置关系4. 如图,BC是Rt△ABC的斜边,AP⊥平面ABC,连结PB、PC,作PD⊥BC于D,连结AD,则图中共有直角三角形_________个。
直线、平面垂直的判定及其性质(二)(讲义)

直线、平面垂直的判定及其性质(二)(讲义)➢知识点睛一、直线与平面垂直(线面垂直)性质定理:垂直于同一个平面的两条直线_____________.abα∵_________,b⊥α,∴___________.其他性质:如果两条平行直线中的一条垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面;如果一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面,那么这条直线也垂直于另一个平面.二、平面与平面垂直(面面垂直)性质定理:两个平面垂直,则一个平面内_____________的直线与另一个平面垂直.αalβ∵α⊥β,α∩β=l,________,________,∴a⊥β.其他性质:如果两个相交平面都垂直于第三个平面,那么它们的交线垂直于第三个平面;如果一平面垂直于两平行平面中的一个平面,那么它必垂直于另一个平面.➢精讲精练1.已知直线l垂直于直线AB和AC,直线m垂直于直线BC和AC,则直线l,m的位置关系是()A.平行B.异面C.相交D.垂直2.对于直线m,n和平面α,β,能得出α⊥β的一组条件是()A.m∥n,m∥α,n∥βB.m⊥n,α∩β=m,n⊂αC.m∥n,n⊥β,m⊂αD.m∥n,m⊥α,n⊥β3.若m,n,l是互不重合的直线,α,β,γ是互不重合的平面,给出下列命题:①若α⊥β,α∩β=m,m⊥n,则n⊥α或n⊥β;②若α∥β,α∩γ=m,β∩γ=n,则m∥n;③若m不垂直于α,则m不可能垂直于α内的无数条直线;④若α∩β=m,m∥n,且n⊄α,n⊄β,则n∥α且n∥β;⑤若α∩β=m,β∩γ=n,α∩γ=l,且α⊥β,α⊥γ,β⊥γ,则m⊥n,m⊥l,n ⊥l.其中正确命题的序号是________________.4.边长为a的正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角,则AC 的长为()BCDAA B.2a C.2a D.a5. 如图,以等腰直角三角形ABC 斜边BC 上的高AD 为折痕,把△ABD 和△ACD折成互相垂直的两个平面后,某学生得出下列四个结论:ABDDCBA①BD ⊥AC ;②△BAC 是等边三角形; ③三棱锥D -ABC 是正三棱锥; ④平面ADC ⊥平面ABC . 其中正确的是( ) A .①②④B .①②③C .②③④D .①③④6. 如图,在斜三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,∠BAC =90°,BC 1⊥AC ,则C 1在底面ABC上的射影H 必在( )B 1C 1A 1ABA .直线AB 上 B .直线BC 上 C .直线AC 上D .△ABC 内部7. 已知直二面角α-l -β,点A ∈α,AC ⊥l ,垂足为点C ,点B ∈β,BD ⊥l ,垂足为点D ,若AB =2,AC =BD =1,则CD 的长为 ( )βB l αA C DA .2B .3CD .18.如图,α⊥β,α∩β=AB,CD⊂β,CD⊥AB,CE,EF⊂α,∠FEC=90°,求证:平面EFD⊥平面DCE.FE DC BAβα9.如图,已知四边形ABCD是矩形,P A⊥平面ABCD,M,N分别是AB,PC的中点.(1)求证:MN⊥AB;(2)若P A=AD,求证:MN⊥平面PCD.ND CBAP10. 如图,已知SD ⊥正方形ABCD ,DE ⊥SA 于点E ,EF ⊥SB 于点F . (1)求证:DF ⊥SB ;(2)平面DEFG 交SC 于点G ,求证:DG ⊥平面SBC .GFECBAD S【参考答案】➢ 知识点睛一、直线与平面垂直(线面垂直)平行,a a b ⊥,∥ 二、平面与平面垂直(面面垂直) 垂直于交线,a ⊂α,a ⊥l➢ 精讲精练 1. A 2. C3. ②④⑤4. D5. B6. A7. C8. 证明略 9. 证明略 10. 证明略。
高一数学 直线与平面垂直的判定及性质【经典整理含答案】

直线与平面垂直的判定直线与平面垂直的判定与证明方法:①用线面垂直定义:若一直线垂直于平面内任一直线,这条直线垂直于该平面. ②用线面垂直判定定理:若一直线与平面内两相交直线都垂直,这条直线与平面垂直.③用线面垂直性质:两平行线之一垂直平面,则另一条也必垂直这个平面.④用面面垂直性质定理:两平面垂直,在一个平面内垂直于交线的直线必垂直于另一平面.⑤用面面平行性质:一直线垂直于两平行平面之一,则必垂直于另一平面.⑥用面面垂直性质:两相交平面同时垂直于第三个平面,那么两平面交线垂直于第三个平面.线面垂直的判定1. 如图,直角ABC △所在平面外一点S ,且SA SB SC ==,点D 为斜边AC 的中点.(1) 求证:SD ⊥平面ABC ;(2) 若AB BC =,求证:BD ⊥面SAC .答案:证明:(1)SA SC =∵,D 为AC 的中点,SD AC ⊥∴.连结BD .在ABC Rt △中,则AD DC BD ==.ADS BDS ∴△≌△,SD BD ⊥∴. 又AC BD D = ,SD ⊥∴面ABC . (2)BA BC =∵,D 为AC 的中点,BD AC ⊥∴.又由(1)知SD ⊥面ABC , SD BD ⊥∴.于是BD 垂直于平面SAC 内的两条相交直线.∴BD ⊥面SAC . 2. 如图,已知P 是△ABC 所在平面外一点,PA 、PB 、PC 两两垂直,H 是△ABC 的垂心,求证:PH ⊥平面ABC. 【探究】 根据判定定理,要证线面垂直,需证直线和平面内的两条相交直线垂直,根据H 是△ABC 的垂心,可知BC ⊥AH ,又PA 、PB 、PC 两两垂直,得PA ⊥面PBC ,于是PA ⊥BC ,由此可知BC 垂直于平面PAH 内的相交直线PA 和AH ,结论得证. 证明:∵H 是△ABC 的垂心,∴AH ⊥BC. ① ∵PA ⊥PB ,PA ⊥PC ,∴PA ⊥平面PBC. 又∵BC ⊂平面PBC ,PA ⊥BC , ② 由①②知,BC ⊥PH , 同理,AB ⊥PH ,∴PH ⊥平面ABC. 二面角的求解3. 已知四边形PABC 为空间四边形,∠PCA=90°,△ABC 是边长为32的正三角形,PC=2,D 、E 分别是PA 、AC 的中点,BD=10.试判断直线AC 与平面BDE的位置关系,并且求出二面角P-AC-B 的大小. 解:∵D 、E 分别是PA 、AC 的中点, ∴DE ∥PC 且DE=21PC=1. ∵∠PCA=90°,∴AC ⊥DE. ∵△ABC 是边长为32的正三角形,并且E 是AC 的中点, ∴AC ⊥BE ,并且BE=3. ∵DE∩BE=E ,∴直线AC 与平面DEB 垂直. ∴∠DEB 为二面角P-AC-B 的平面角. 在△BDE 中,由DE=1,BE=3,BD=10得DE 2+BE 2=BD 2,∴∠DEB=90°.综上所述,直线AC 与平面BDE 垂直,二面角P-AC-B 的大小为90°. 【规律总结】 与二面角的棱垂直的平面和二面角的两个面相交的两条射线构成的角就是这个二面角的平面角.利用作与棱垂直的平面得到二面角的方法称为“垂面法”. 4. 已知△ABC 是正三角形,PA ⊥平面ABC ,且PA=AB=a ,求二面角A-PC-B 的正切值.A【探究】 要求二面角的正切值,首先要在图形中构造出二面角的平面角,利用其平面角度量二面角的大小,过棱上一点,分别在两个面内作或证棱的垂线,即可产生二面角的平面角,充分利用三角函数定义求得正切值. 解:取AC 的中点M ,连结BM ,作MN ⊥PC 于N ,连结BN. ∵PA ⊥平面ABC ,∴平面PAC ⊥平面ABC.易证BM ⊥AC ,AC=平面PAC∩平面ABC. ∴BM ⊥平面PAC(面面垂直的性质). ∵MN ⊥PC ,∴NB ⊥PC.∴∠MNB 是二面角A-PC-B 的平面角.易知MN=a 42,BM=a 23.∴tan ∠MNB=64223==a aMN BM .∴二面角的正切值为6【规律总结】 度量二面角的大小是通过其平面角进行,所以在图形中构造出二面角的平面角,就能将空间问题转化为平面问题,利用直角三角形中锐角三角函数定义,有些问题也可用斜三角形中的直角三角形加以处理.5. 如图,已知三棱锥的三个侧面与底面全等,且2AB AC BC ===,求以BC 为棱,以面BCD 与面BCA 为面的二面角的大小。
第25节-直线、平面垂直的判定与性质(解析版)

第25节直线、平面垂直的判定与性质基础知识要夯实1.直线与平面垂直(1)判定直线和平面垂直的方法①定义法.②利用判定定理:一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线和此平面垂直.③推论:如果在两条平行直线中,有一条垂直于一个平面,那么另一条直线也垂直这个平面.(2)直线和平面垂直的性质①直线垂直于平面,则垂直于平面内任意直线.②垂直于同一个平面的两条直线平行.③垂直于同一条直线的两平面平行.文字语言图形表示符号表示判定定理一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直l⊥al⊥ba∩b=Oa⊂αb⊂α⇒l⊥α性质定理两直线垂直于同一个平面,那么这两条直线平行a⊥αb⊥α⇒a∥b2.平面与平面垂直(1)平面与平面垂直的判定方法①定义法.②利用判定定理:一个平面过另一个平面的垂线,则这两个平面垂直.(2)平面与平面垂直的性质两平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线垂直于另一个平面.[难点正本疑点清源]1.两个平面垂直的性质定理两个平面垂直的性质定理,即如果两个平面垂直,那么在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面是作点到平面距离的依据,要过平面外一点P作平面的垂线,通常是先作(找)一个过点P并且和α垂直的平面β,设β∩α=l,在β内作直线a⊥l,则a⊥α.2.两平面垂直的判定(1)两个平面所成的二面角是直角;(2)一个平面经过另一平面的垂线.基本技能要落实考点一线面垂直的判定与性质【例1】(2020·全国Ⅱ卷)如图,在三棱锥P -ABC 中,AB =BC =22,PA =PB =PC =AC =4,O 为AC 的中点.(1)证明:PO ⊥平面ABC ;(2)若点M 在棱BC 上,且MC =2MB ,求点C 到平面POM 的距离.【解析】(1)证明因为AP =CP =AC =4,O 为AC 的中点,所以OP ⊥AC ,且OP =23.连接OB .因为AB =BC =22AC ,所以△ABC 为等腰直角三角形,且OB ⊥AC ,OB =12AC =2.由OP 2+OB 2=PB 2知,OP ⊥OB .由OP ⊥OB ,OP ⊥AC 且OB ∩AC =O ,知PO ⊥平面ABC .(2)解作CH ⊥OM ,垂足为H .又由(1)可得OP ⊥CH ,所以CH ⊥平面POM .故CH 的长为点C 到平面POM 的距离.由题设可知OC =12AC =2,CM =23BC =423,∠ACB =45°.所以OM =253,CH =sin 455OC MC ACB OM ⋅⋅∠=.所以点C 到平面POM 的距离为455.【方法技巧】1.证明直线和平面垂直的常用方法有:(1)判定定理;(2)垂直于平面的传递性(a ∥b ,a ⊥α⇒b ⊥α);(3)面面平行的性质(a ⊥α,α∥β⇒a ⊥β);(4)面面垂直的性质(α⊥β,α∩β=a ,l ⊥a ,l ⊂β⇒l ⊥α).2.证明线面垂直的核心是证线线垂直,而证明线线垂直则需借助线面垂直的性质.因此,判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的基本思想.【跟踪训练】1.如图,等腰梯形ABCD 中,对角线AC 与BD 交于点P ,点E ,F 分别在两腰AD ,BC 上,EF过点P ,且EF ∥AB ,则下列等式中成立的是()A .AD BC =B .AC BD=C .PE PF=D .EP PF=【答案】D【解析】根据相等向量的定义,分析可得AD 与BC 不平行,AC 与BD不平行,所以AD BC = ,AC BD =uuu r uu u r 均错误.PE 与PF 平行,但方向相反也不相等,只有EP 与PF方向相同,且大小都等于线段EF 长度的一半,所以EP PF =uu r uu u r.故选:D2.(2020·南宁二中、柳州高中联考)如图,三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,已知AB ⊥侧面BB 1C 1C ,AB =BC =1,BB 1=2,∠BCC 1=60°.(1)求证:BC 1⊥平面ABC ;(2)E 是棱CC 1上的一点,若三棱锥E -ABC 的体积为312,求线段CE 的长.【解析】(1)证明∵AB ⊥平面BB 1C 1C ,BC 1⊂平面BB 1C 1C ,∴AB ⊥BC 1,在△CBC 1中,BC =1,CC 1=BB 1=2,∠BCC 1=60°,由余弦定理得BC 21=BC 2+CC 21-2BC ·CC 1·cos ∠BCC 1=12+22-2×1×2cos 60°=3,∴BC 1=3,∴BC 2+BC 21=CC 21,∴BC ⊥BC 1,又AB ,BC ⊂平面ABC ,BC ∩AB =B ,∴BC 1⊥平面ABC .(2)解∵AB ⊥平面BB 1C 1C ,∴V E -ABC =V A -EBC =13S △BCE ·AB =13S △BCE ·1=312,∴S△BCE=34=12CE·BC·sin∠BCE=12CE·32,∴CE=1.考点二面面垂直的判定与性质【例2】如图,在四棱锥P-ABCD中,AB∥CD,AB⊥AD,CD=2AB,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.【证明】(1)∵平面PAD⊥底面ABCD,且PA垂直于这两个平面的交线AD,PA⊂平面PAD,∴PA⊥底面ABCD.(2)∵AB∥CD,CD=2AB,E为CD的中点,∴AB∥DE,且AB=DE.∴四边形ABED为平行四边形.∴BE∥AD.又∵BE⊄平面PAD,AD⊂平面PAD,∴BE∥平面PAD.(3)∵AB⊥AD,而且ABED为平行四边形.∴BE⊥CD,AD⊥CD,由(1)知PA⊥底面ABCD,CD⊂平面ABCD,∴PA⊥CD,且PA∩AD=A,PA,AD⊂平面PAD,∴CD⊥平面PAD,又PD⊂平面PAD,∴CD⊥PD.∵E和F分别是CD和PC的中点,∴PD∥EF.∴CD⊥EF,又BE⊥CD且EF∩BE=E,∴CD⊥平面BEF,又CD⊂平面PCD,∴平面BEF⊥平面PCD.【方法技巧】1.证明平面和平面垂直的方法:(1)面面垂直的定义;(2)面面垂直的判定定理.2.已知两平面垂直时,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.【跟踪训练】1.(如图,在四棱锥S -ABCD 中,底面ABCD 是梯形,AB ∥DC ,∠ABC =90°,AD =SD ,BC =CD=12AB ,侧面SAD ⊥底面ABCD .(1)求证:平面SBD ⊥平面SAD ;(2)若∠SDA =120°,且三棱锥S -BCD 的体积为612,求侧面△SAB 的面积.(1)证明设BC =a ,则CD =a ,AB =2a ,由题意知△BCD 是等腰直角三角形,且∠BCD =90°,则BD =2a ,∠CBD =45°,所以∠ABD =∠ABC -∠CBD =45°,在△ABD 中,AD =222cos 45AB BD AB DB +-⋅⋅︒=2a ,因为AD 2+BD 2=4a 2=AB 2,所以BD ⊥AD ,由于平面SAD ⊥底面ABCD ,平面SAD ∩平面ABCD =AD ,BD ⊂平面ABCD ,所以BD ⊥平面SAD ,又BD ⊂平面SBD ,所以平面SBD ⊥平面SAD .(2)解由(1)可知AD =SD =2a ,在△SAD 中,∠SDA =120°,SA =2SD sin 60°=6a .作SH ⊥AD ,交AD 的延长线于点H ,则SH =SD sin 60°=62a ,由(1)知BD ⊥平面SAD ,因为SH ⊂平面SAD ,所以BD ⊥SH .又AD ∩BD =D ,所以SH ⊥平面ABCD ,所以SH 为三棱锥S -BCD 的高,所以V S -BCD =13×62a ×12×a 2=612,解得a =1.由BD ⊥平面SAD ,SD ⊂平面SAD ,可得BD ⊥SD ,则SB =22SD BD +=22+=2.又AB =2,SA =6,在等腰三角形SBA 中,边SA 上的高为642-=102,则△SAB 的面积为12×6×102=152.达标检测要扎实一、单选题1.在空间中,下列命题是真命题的是()A .经过三个点有且只有一个平面B .平行于同一平面的两直线相互平行C .如果两个角的两条边分别对应平行,那么这两个角相等D .如果两个相交平面垂直于同一个平面,那么它们的交线也垂直于这个平面【答案】D【解析】当三点在一条直线上时,可以确定无数个平面,故A 错误;平行于同一平面的两直线可能相交,故B 错误;由等角定理可知,如果两个角的两条边分别对应平行,那么这两个角相等或互补,故C 错误;如果两个相交平面,αβ垂直于同一个平面γ,且l αβ= ,则在平面α、β内分别存在直线,m n 垂直于平面γ,由线面垂直的性质可知//n m ,再由线面平行的判定定理得//m β,由线面平行的性质得出//m l ,则l γ⊥,故D 正确;故选:D2.如图,在棱长为1的正方体1111ABCD A B C D -中,点P 在线段1AD 上运动,则下列命题中错误的是()A .直线1PC 和平面11AA D D 所成的角为定值B .点P 到平面1C BD 的距离为定值C .异面直线1C P 和1CB 所成的角为定值D .直线CD 和平面1BPC 平行【答案】A【解析】对A ,由11C D ⊥平面11AA D D ,当点P 分别在点A 或1D 时,线面角不一致,故A 错误;对B ,由1AD //1BC ,1BC ⊂平面1C BD ,1AD ⊄平面1C BD ,所以1AD //平面1C BD ,所以点P 到平面1C BD 的距离为直线1AD 上任意点到平面1C BD 的距离,故B 正确对C ,由平面1C PB 即平面11ABC D ,111,CB BC CB AB ⊥⊥,1AB BC B =I ,1,AB BC ⊂平面11ABC D ,所以1CB ⊥平面11ABC D ,所以11CB C P ⊥,故C 正确对D ,由平面1C PB 即平面11ABC D ,CD //11C D ,11C D ⊂平面11ABC D ,CD ⊄平面11ABC D ,所以CD //平面11ABC D ,所以D 正确故选:A3.在如图所示的棱长为20的正方体1111ABCD A B C D -中,点M 为CD 的中点,点P 在侧面11ADD A 上,且到11A D 的距离为6,到1AA 的距离为5,则过点P 且与1A M 垂直的正方体截面的形状是()A .三角形B .四边形C .五边形D .六边形【答案】B【解析】如图所示,过点P 作1//EF AD 分别交11,AA DD 于点,E F ,因为11AD A D ⊥,可得1EF A D ⊥,在正方体1111ABCD A B C D -中,CD ⊥平面11ADD A ,所以EF CD ⊥又1CD A D D = ,所以EF ⊥平面1MDA ,1A D ⊆平面1MDA ,所以1A D EF ⊥过P 作11PK A D ⊥交于11A D 点K ,则6PK =,设KF x =则11A E A F =,所以11FK KP FA A E =,即116x A E A F=,则6x =所以115611A F A K KF =+=+=在正方形1111D CB A 中,取11CD 的中点1M ,连接111,MM A M 则111A M D V 与11D C N V ,则11111D A M ND C ∠=所以111111111190ND M D M A ND M D A M ∠+∠=∠+∠=︒,即111A M D N ⊥取11B C 的中点N ,过F 作1//FH D N 交11B C 于点H ,连接1D N ,则11A M FH ⊥又1MM ⊥平面1111D C B A ,所以1MM FH ⊥,由1111MM A M M ⋂=所以FH ⊥平面11A M M ,所以1FH A M ⊥又EF FH F ⋂=,所以1A M ⊥平面EFH连接1BC ,过H 作1//HG BC ,由11//BC AD ,则1//BC FE ,所以//HG FE (且HG FE ≠)连接EG ,则四边形EFHG 为梯形,所以1A M ⊥平面EFHG 所以截面的形状为四边形边形EFHG .故选:B.4.如图,正方体1111ABCD A B C D -的棱长为1,线段11B D 上有两个动点E ,F ,且22EF =,则三棱锥A BEF -的体积为()A .112B .14C .212D .不确定【答案】A【解析】由题可知,正方体1111ABCD A B C D -的棱长为1,则11//B D 平面ABCD ,又E ,F 在线段11B D 上运动,∴//EF 平面ABCD ,∴点B 到直线11B D 的距离不变,由正方体的性质可知1BB ⊥平面1111D C B A ,则1BB EF ⊥,而22EF =,1=1BB ,故BEF 的面积为1221=224⨯⨯,又由正方体可知,AC BD ⊥,1AC BB ⊥,且1BD BB B ⋂=,AC ∴⊥平面11BB D D ,则AC ⊥平面BEF ,设AC 与BD 交于点O ,则AO ⊥平面BEF ,点A 到平面BEF 的距离为22AO =,122134212A BEF V -∴=⨯⨯=.故选:A.5.如图.AB 是圆的直径,PA AC ⊥,PA BC ⊥,C 是圆上一点(不同于A ,B ),且PA AC =,则二面角P BC A --的平面角为()A .PAC ∠B .CPA ∠C .PCA ∠D .CAB∠【答案】C【解析】∵C 是圆上一点(不同于A ,B ),AB 是圆的直径,∴AC BC ⊥,PA BC ⊥,AC PA A ⋂=,即BC ⊥面PAC ,而PC ⊂面PAC ,∴BC PC ⊥,又面ABC 面PBC BC =,PC AC C ⋂=,∴由二面角的定义:PCA ∠为二面角P BC A --的平面角.故选:C6.如图1,已知PABC 是直角梯形,AB ∥PC ,AB ⊥BC ,D 在线段PC 上,AD ⊥PC .将△PAD 沿AD 折起,使平面PAD ⊥平面ABCD ,连接PB ,PC ,设PB 的中点为N ,如图2.对于图2,下列选项错误的是()A .平面PAB ⊥平面PBC B .BC ⊥平面PDCC .PD ⊥ACD .PB =2AN【答案】A 【解析】图1中AD ⊥PC ,则图2中PD ⊥AD ,又∵平面PAD ⊥平面ABCD ,平面PAD ∩平面ABCD =AD ,∴PD ⊥平面ABCD ,则PD ⊥AC ,故选项C 正确;由PD ⊥平面ABCD ,PD ⊂平面PDC ,得平面PDC ⊥平面ABCD ,而平面PDC ∩平面ABCD =CD ,BC ⊂平面ABCD ,BC ⊥CD ,∴BC ⊥平面PDC ,故选项B 正确;∵AB ⊥AD ,平面PAD ⊥平面ABCD ,且平面PAD ∩平面ABCD =AD ,∴AB ⊥平面PAD ,则AB ⊥PA ,即△PAB 是以PB 为斜边的直角三角形,而N 为PB 的中点,则PB =2AN ,故选项D 正确.由于BC ⊥平面PDC ,又BC ⊂平面PBC∴平面PBC ⊥平面PDC若平面PAB ⊥平面PBC ,则平面PAB 与平面PDC 的交线⊥平面PBC由于//AB 平面PDC ,则平面PAB 与平面PDC 的交线//AB显然AB 不与平面PBC 垂直,故A 错误故选:A7.如图,正方体1111ABCD A B C D -中,E 为AB 中点,F 在线段1DD 上.给出下列判断:①存在点F 使得1A C ⊥平面1B EF ;②在平面1111D C B A 内总存在与平面1B EF 平行的直线;③平面1B EF 与平面ABCD 所成的二面角(锐角)的大小与点F 的位置无关;④三棱锥1B B EF -的体积与点F 的位置无关.其中正确判断的有()A .①②B .③④C .①③D .②④【答案】D 【解析】对于①,假设存在F 使得1AC ⊥平面1B EF ,则1AC ⊥1B E ,又BC ⊥1B E ,BC ∩1AC =C ,∴1B E ⊥平面1A BC ,则1B E ⊥1A B ,这与1A B ⊥1AB 矛盾,所以①错误;对于②,因为平面1B EF 与平面1111D C B A 相交,设交线为l ,则在平面1111D C B A 内与l 平行的直线平行于平面1B EF ,故②正确;对于③,以D 点为坐标原点,以DA 所在直线为x 轴,DC 所在直线为y 轴,1DD 所在直线为z 轴,建立空间坐标系,则平面ABCD 的法向量为(0,0,1)m = 而平面1B EF 的法向量n ,随着F 位置变化,故平面1B EF 与平面ABCD 所成的二面角(锐角)的大小与点F 的位置有关,故③错误;对于④,三棱锥1B B EF -的体积即为三棱锥1F BB E -,因为1DD ∥平面11ABB A ,所以,当F 在线段1DD 上移动时,F 到平面11ABB A 的距离不变,故三棱锥1B B EF -的体积与点F 的位置无关,即④正确.故选:D .8.已知正三棱锥A BCF -和正四棱锥A BCDE -的所有棱长均为2,如图将三棱锥A BCF -的一个面和正四棱锥A BCDE -的一个侧面重合在一起,得到一个新几何体,则下列关于该新几何体说法不正确的是()A .//AF CDB .AF D E ⊥C .新几何体为三棱柱D .正四棱锥A BCDE -的内切球半径为22-【答案】D 【解析】取BC 的中点M ,DE 的中点N ,连AM 、FM 、MN 、AN ,如图:因为正三棱锥A BCF -和正四棱锥A BCDE -的所有棱长都为2,所以BC FM ⊥,BC AM ⊥,AN DE ⊥,又FM AM M = ,所以BC ⊥平面AMF ,因为//BC DE ,所以BC AN ⊥,因为AM AN A = ,所以BC ⊥平面AMN ,所以平面AMF 与平面AMN 重合,因为2AF MN ==,3FM AN ==,所以四边形AFMN 为平行四边形,所以//AF MN ,又//MN CD ,所以//AF CD ,故A 正确;因为CD DE ⊥,所以AF D E ⊥,故B 正确;因为//AF CD ,AF CD =,所以四边形AFCD 为平行四边形,同理得四边形AFBE 也为平行四边形,所以CF //AD ,因为CF ⊄平面ADE ,AD ⊂平面ADE ,所以//CF 平面ADE ,同理得//BF 平面ADE ,因为CF BF F = ,所以平面//BCF 平面ADE ,又////AF CD BE ,根据棱柱的定义可得该新几何体为三棱柱,故C 正确;设正四棱锥A BCDE -的内切球半径为R ,因为正四棱锥A BCDE -的高为222(2)2-=,由22211322(422)334R ⨯⨯=⨯⨯+得622R -=,故D 不正确.故选:D.二、多选题9.如图,点P 在正方体1111ABCD A B C D -的面对角线1BC 上运动,则下列结论中正确的是()A .三棱锥11A PB D -的体积不变B .//DP 平面11AB D C .11A P BD ⊥D .平面1ACP ⊥平面PBD 【答案】ABD【解析】对于A ,11AB D 的面积是定值,11//AD BC ,1AD ⊂平面11AB D ,1BC ⊄平面11AB D ,∴1//BC 平面11AB D ,故P 到平面11AB D 的距离为定值,∴三棱锥11P AB D -的体积是定值,即三棱锥11A PB D -的体积不变,故A 正确;对于B ,111111111/,,///,AD BC B D BD AD B D D BC BD B ⋂=⋂= ,∴平面11//AB D 平面1BDC ,DP ⊂ 平面1BDC ,//DP ∴平面11AB D ,故B 正确;对于C ,以1D 为原点,建立空间直角坐标系,设正方体1111ABCD A B C D -的棱长为2,P 在1BC 上,故可设(,2,),02P a a a ,则11(2,0,0),(2,2,2),(0,0,0)A B D ,1(2,2,)A P a a =- ,1(2,2,2)BD =--- ,则()1122424A P BD a a a ⋅=----=- 不一定为0,1A P ∴和1BD 不垂直,故C 错误;对于D ,设(,2,),02P a a a,则11(2,0,0),(0,2,2),(2,2,2),(0,0,0),(0,0,2)A C B D D ,1(2,2,)A P a a =- ,1(2,2,2)A C =- ,(,2,2)DP a a =- ,(2,2,0)DB =,设平面平面1ACP 的法向量(,,)n x y z =,则11(2)202220n A P a x y az n A C x y z ⎧⋅=-++=⎪⎨⋅=-++=⎪⎩,取1x =,得221,,22a a n a a -⎛⎫= ⎪--⎝⎭ ,设平面PBD 的法向量(,,)m a b c = ,则20220m DP ax y az m DB x y ⎧⋅=+-=⎨⋅=+=⎩,取1x =,得()1,1,1m =-- ,221022a a m n a a-⋅=--=-- .∴平面1ACP 和平面PBD 垂直,故D 正确.故选:ABD.10.如图所示,棱长为1的正方体1111ABCD A B C D -中,P 为线段1AB 上的动点(不含端点),则下列结论正确的是()A .平面11D A P ⊥平面1A APB .1AP DC ⋅u u u r u u u u r 不是定值C .三棱锥11BD PC -的体积为定值D .11DC D P⊥【答案】ACD 【解析】A.因为是正方体,所以11D A ⊥平面1A AP ,11D A ⊂平面11D A P ,所以平面11D A P ⊥平面1A AP ,所以A 正确;B.11111111()AP DC AA A P DC AA DC A P DC ⋅=+⋅=⋅+⋅ 11112cos 45cos 901212AA DC A P DC =+=⨯⨯= ,故11AP DC ⋅= ,故B 不正确;C.1111B D PC P B D C V V --=,11B D C 的面积是定值,1//A B 平面11B D C ,点P 在线段1A B 上的动点,所以点P 到平面11B D C 的距离是定值,所以1111B D PC P B D C V V --=是定值,故C 正确;D.111DC A D ⊥,11DC A B ⊥,1111A D A B A = ,所以1DC ⊥平面11A D P ,1D P ⊂平面11A D P ,所以11DC D P ⊥,故D 正确.故选:ACD11.攒尖是我国古代建筑中屋顶的一种结构形式,宋代称为最尖,清代称攒尖,通常有圆形攒尖、三角攒尖、四角攒尖、八角攒尖,也有单檐和重檐之分,多见于亭阁式建筑,园林建筑.下面以四角攒尖为例,如图,它的屋顶部分的轮廓可近似看作一个正四棱锥.已知此正四棱锥的侧面与底面所成的锐二面角为θ,这个角接近30°,若取30θ=︒,侧棱长为21米,则()A .正四棱锥的底面边长为6米B .正四棱锥的底面边长为3米C .正四棱锥的侧面积为243平方米D .正四棱锥的侧面积为123平方米【答案】AC 【解析】如图,在正四棱锥S ABCD -中,O 为正方形ABCD 的中心,H 为AB 的中点,则SH AB ⊥,设底面边长为2a .因为30SHO ∠=︒,所以323,,33OH AH a OS a SH a ====.在Rt SAH 中,2223213a a ⎛⎫+= ⎪⎝⎭,所以3a =,底面边长为6米,162342432S =⨯⨯⨯=平方米.故选:AC.12.正方体1111ABCD A B C D -,的棱长为4,已知1AC ⊥平面α,1AC β⊂,则关于α、β截此正方体所得截面的判断正确的是()A .α截得的截面形状可能为正三角形B .1AA 与截面α所成角的余弦值为63C .α截得的截面形状可能为正六边形D .β截得的截面形状可能为正方形【答案】ABC【解析】如图因为正方体1111ABCD A B C D -∴AC BD ⊥,1BD CC ⊥,又∵1AC CC C = ∴BD ⊥平面11ACC A 又∵1AC ⊂平面11ACC A ∴1AC BD⊥同理:11AC A D⊥又∵1A D BD D⋂=∴1AC ⊥平面1A BD∴平面α可以是平面1A BD ,又因为11A D BD A B ==∴1A BD 为等边三角形,故A 正确取111111,,,,,A D D D CD CB BB A B 的中点,,,,,E G P K H F 并依次连接易知11=2EG A D ∥,因为EG ⊄平面1A BD ,1A D ⊂平面1A BD ∴=EG ∥平面1A BD同理:GP 平面1A BD又因为EG GP G = 且EG ⊂平面EGPKHF ,GP ⊂平面EGPKHF∴平面EGPKHF ∥平面1A BD∴平面α可以是平面EGPKHF∵=EG GP PK KH HF FE====∴六边形EGPKHF 是正六边形,故C 正确以平面α是平面1A BD 为例计算:设A 到平面1A BD 的距离为h 等体积法求距离∵11A A BD A ABD V V --=,∴111133A BD ABD h S AA S ⋅⋅=⋅⋅ 又因为113=4242=8322A BD S ⨯⨯⨯ ,1=44=82ABD S ⨯⨯ ∴43=3h 则1AA 与平面1A BD 所成角的正弦值为13=3h AA ∴余弦值等于63,故B 正确对于D 选项:由于直线1AC β⊂,在正方体上任取点但异于1,A C ,与1,A C 可构成平面β,但是截面的形状都不是正方形,故D 错误故选:ABC三、填空题13.如图,已知棱长为2的正方体1111ABCD A B C D -中,点P 在线段1B C上运动,给出下列结论:①异面直线AP 与1DD 所成的角范围为ππ,32⎡⎤⎢⎥⎣⎦;②平面1PBD ⊥平面11AC D ;③点P 到平面11AC D 的距离为定值233;④存在一点P ,使得直线AP 与平面11BCC B 所成的角为π3.其中正确的结论是___________.【答案】②③【解析】对于①,当P 在C 点时,1DD AC ⊥,异面直线AC 与1DD 所成的角最大为π2,当P 在1B 点时,异面直线1AB 与1DD 所成的角最小为1π4D DC =∠,所以异面直线AP 与1DD 所成的角的范围为ππ,42⎡⎤⎢⎥⎣⎦,故①错误;对于②,如图,因为1111111111111,,,,AC B D AC B B B D B B B D B B ⊥⊥⊂ 平面1BB D ,所以111A C BD ⊥,同理11DC BD ⊥,又因为1111111,,AC DC C AC DC =⊂ 平面11DA C ,所以1BD ⊥平面11AC D ,所以平面1PBD ⊥平面11AC D ,故②正确;对于③,因为11//,B C A D 1B C ⊄平面11AC D ,1A D ⊂平面11ACD ,所以1//B C 平面11AC D ,所以点P 到平面11AC D 的距离为定值,且等于1BD 的13,即233,故③正确;对于④,直线AP 与平面11BCC B 所成的角为APB ∠,tan AB APB BP ∠=,当1BP B C ⊥时,BP 最小,tan APB ∠最大,最大值为π2tan 3<,故④不正确,故答案为:②③.14.正四棱柱1111ABCD A B C D -中,4AB =,123AA =.若M 是侧面11BCC B 内的动点,且AM MC ⊥,则1A M 与平面11BCC B 所成角的正切值的最大值为___________.【答案】2.【解析】如图,以D 为原点建立空间直角坐标系,设点(),4,M m n ,则()()()14,0,0,0,4,0,4,4,23A C B ,()(),0,,4,4,CM m n AM m n ∴==- ,又AM MC ⊥,得2240,AM CM m m n ⋅=-+= 即()2224m n -+=;又11A B ⊥平面11BCC B ,11A MB ∴∠为1A M 与平面11BCC B 所成角,令[]22cos ,2sin ,0,m n θθθπ=+=∈,()()()()1111221224tan 423442cos 22sin 232016sin 6A B A MB B Mm n πθθθ∴∠==-+-==⎛⎫-+--+ ⎪⎝⎭∴当3πθ=时,11tan A MB ∠最大,即1A M 与平面11BCC B 所成角的正切值的最大值为2.故答案为:215.已知圆锥的顶点为S ,母线SA ,SB 所成角的余弦值为78,SA 与圆锥底面所成角为45°,若SAB △的面积为515,则该圆锥的侧面积为__________.【答案】402π【解析】因为母线SA ,SB 所成角的余弦值为78,所以母线SA ,SB 所成角的正弦值为158,因为SAB △的面积为515,设母线长为,l 所以221155158028l l ⨯⨯=∴=,因为SA 与圆锥底面所成角为45°,所以底面半径为π2cos,42l l =因此圆锥的侧面积为22ππ402π.2rl l ==16.如图,把边长为a 的正方形ABCD 沿对角线BD 折起,使A 、C 的距离为a ,则异面直线AC 与BD 的距离为______.【答案】2a ##12a ##0.5a 【解析】分别取AC 、BD 的中点S 、E ,连接AE 、CE 、SB 、SD 、SE .AE BD CE BD ⊥⊥,,又AE CE E =I ,则BD ⊥平面ACE ,则SE BD⊥AC SD AC SB ⊥⊥,,又SD SB S ⋂=,则AC ⊥平面SBD ,则SE AC ⊥则SE 是异面直线AC 与BD 的公垂线段△SBD 中,32SB SD a ==,2BD a =,则22321222SE a a a ⎛⎫⎛⎫=-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭则异面直线AC 与BD 的距离为2a 故答案为:2a 四、解答题17.如图长方体1111ABCD A B C D -中,1AB AD ==,12AA=,点E 为1DD 的中点.(1)求证:1//BD 平面ACE ;(2)求证:1EB ⊥平面ACE ;(3)求二面角1--A CE C 的余弦值.【解析】(1)连接BD 交AC 与点O ,连接OE四边形ABCD 为正方形,∴点O 为BD 的中点又点E 为1DD 的中点,∴1//OE BD OE ⊂ 平面ACE ,1BD ⊄平面ACE1//BD ∴平面ACE(2)连接11, B O AB 由勾股定理可知222121132EB ⎛⎫=++= ⎪⎝⎭,222111322222B O ⎛⎫⎛⎫=++= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭22221162222OE ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=++= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,则22211B O OE EB =+1EB OE∴⊥同理可证22211B E AE AB +=,1EB AE ∴⊥,,AE OE E AE OE ⋂=⊂平面ACE1EB ∴⊥平面ACE(3)建立如下图所示的空间直角坐标系11(1,0,0),(0,1,0)(0,0,1)(0,1,2),(1,1,,,2)A C E C B 显然平面1CC E 的法向量即为平面yDz 的法向量,不妨设为(1,0,0)m = 由(2)可知1EB ⊥平面ACE ,即平面ACE 的法向量为1(1,1,1)n EB == 3cos ,||3m n m n m n ⋅==⋅ 又二面角1--A CE C 是钝角∴二面角1--A CE C 的余弦值为33-18.如图,在四棱锥P ABCD -中,PAD △是等腰直角三角形,90DPA ∠=︒,底面ABCD 是直角梯形,其中AB AD ⊥,2AD =,3AB =,1BC =,3PB =,(1)证明:PC ⊥平面PAD ;(2)求二面角D PB C --的正切值.【解析】(1)取AD 中点O ,连接,CO PO ,因为PAD △为等腰直角三角形,且90DPA ∠=︒,所以PO AD ⊥且112PO AO DO AD ====,因为//AD BC ,所以BC PO ⊥,又因为//,1BC AO BC AO ==,且AB AD ⊥,所以四边形BCOA 为矩形,所以BC OC ⊥,且OC OP O = ,所以BC ⊥平面POC ,所以BC PC ⊥,所以AD PC⊥则222PC PB BC =-=,222PD PO DO =+=,222CD CO DO =+=,所以2224PC PD CD +==,所以PC PD ⊥,又因为AD PC ⊥且PD AD D ⋂=,所以PC ⊥平面PAD ;(2)记DB CO E = ,取PC 中点F ,连接EF ,过点F 作FG PB ⊥交PB 于G 点,连接EG ,BO ,因为//,1DO BC DO BC ==,所以四边形DOBC 是平行四边形,所以E 为CO 中点,又因为F 为PC 中点,所以11//,22EF PO EF PO ==,因为PC ⊥平面PAD ,所以PC PO ⊥,又因为PO AD ⊥,所以PO BC ⊥且PC BC C ⋂=,所以PO ⊥平面PBC ,所以EF ⊥平面PBC ,所以EF PB ⊥,又因为FG PB ⊥,且FG EF F = ,所以PB ⊥平面EFG ,所以PB EG ⊥,所以二面角D PB C --的平面角为EGF ∠,因为sin BC FG CPB PB PF ∠==,所以1=322FG ,所以66FG =,又因为EF FG ⊥,所以166tan 226EF EGF FG ∠==⨯=.19.如图,AB 是圆O 的直径,PA 垂直于圆O 所在的平面,M 是圆周上任意一点,AN ⊥PM ,垂足为N ,AE ⊥PB ,垂足为E .(1)求证:平面PAM ⊥平面PBM .(2)求证:AEN ∠是二面角A-PB-M 的平面角.【解析】(1)因为PA 垂直于圆O 所在的平面,所以PA BM ⊥,又AMB ∠为直径所对的圆周角,所以BM AM ⊥,而PA AM A = ,故BM ⊥面PAM ,而BM ⊂面PBM ,所以平面PAM ⊥平面PBM .(2)由(1)知,BM ⊥面PAM ,所以BM AN ⊥,而AN PM ⊥,所以AN ⊥面PMB ,即有AN PB ⊥,又AE PB ⊥,所以PB ⊥面AEN ,由此可得PB EN ⊥,而AE PB ⊥,根据二面角的定义可知,AEN ∠是二面角A-PB-M 的平面角.20.如图所示,在直三棱柱111ABC A B C -中,侧面11AAC C 为长方形,11AA=,2AB BC ==,120ABC ∠= ,AM CM =.(1)求证:平面11AA C C ⊥平面1C MB ;(2)求直线1A B 和平面1C MB 所成角的正弦值;(3)在线段1A B 上是否存在一点T ,使得点T 到直线1MC 的距离是133,若存在求1AT 的长,不存在说明理由.【解析】(1)由于,AB BC AM CM ==,所以BM AC ⊥,根据直三棱柱的性质可知1BM AA ⊥,由于1AC AA A =∩,所以BM ⊥平面11AAC C ,由于BM ⊂平面1C MB ,所以平面11AA C C ⊥平面1C MB .(2)设N 是11A C 的中点,连接MN ,则1//MN AA ,MA ,MB ,MN ,两两相互垂直.以M为空间坐标原点建立如图所示空间直角坐标系,11(3,0,1),(0,1,0),(3,0,1)A B C -,1(3,1,1)A B =-- ,设平面1C MB 的法向量为(,,)n x y z = ,则1030n MB y n MC x z ⎧⋅==⎪⎨⋅=-+=⎪⎩ ,令1x =,可得(1,0,3)n = ,设直线1A B 和平面1C MB 所成角为θ,则112315sin 525||n A B n A B θ⋅===⋅⋅ ;(3)设11(3,,)((0,1))AT A B λλλλλ==--∈ ,则(33,,1)MT λλλ=-- ,过T 作1TH MC H ⊥=,则|1|MH λ=-,∵222d MH MT +=,∴222213(1)(33)(1)9λλλλ+-=-++-,∴2182770λλ-+=,∴13λ=或76λ=(舍)∴153AT =.21.如图,在直角梯形ABCD 中,//AD BC ,AB BC ⊥,BD DC ⊥,点E 是BC 的中点.将ABD △沿BD 折起,使AB AC ⊥,连接AE 、AC 、DE ,得到三棱锥A BCD -.(1)求证:平面ABD ⊥平面BCD ;(2)若1AD =,二面角B AD E --的大小为60°,求三棱锥A BCD -的体积.【解析】(1)AB AC ⊥,AB AD ⊥,AC AD A = ,故AB ⊥平面ACD ,CD ⊂平面ACD ,故AB CD ⊥,BD DC ⊥,AB BD B = ,故CD ⊥平面ABD ,CD ⊂平面BCD ,故平面ABD ⊥平面BCD .(2)如图所示:,F G 分别为,BD AD 的中点,连接,,EF FG GE ,,E F 分别为,BC BD 中点,故EF CD ∥,CD ⊥平面ABD ,故EF ⊥平面ABD ,AD ⊂平面ABD ,故AD EF ⊥.,G F 分别为,AD BD 中点,故FG AB P ,AB AD ⊥,故FG AD ⊥,EF FG E ⋂=,故AD ⊥平面EFG ,故EGF ∠为二面角B AD E --的平面角,即60EGF ∠=︒,设FG a =,则2AB a =,3EF a =,2GE a =,23CD a =,241BD a =+,2161BC a =+,根据BCD △的等面积法:2223412161a a a a ⨯+=⨯+,解得22a =.11132163263A BCD V AB AD CD -⎛⎫=⨯⨯⋅⋅=⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭.22.在多面体ABCDEF 中,正方形ABCD 和矩形BDEF 互相垂直,G 、H 分别是DE 和BC 的中点,2AB BF ==.(1)求证:ED ⊥平面ABCD .(2)在BC 边所在的直线上存在一点P ,使得//FP 平面AGH ,求FP 的长;【解析】(1)因为四边形BDEF 为矩形,则ED BD ⊥,因为平面BDEF ⊥平面ABCD ,平面BDEF ⋂平面ABCD BD =,ED ⊂平面BDEF ,所以,ED ⊥平面ABCD ;(2)因为ED ⊥平面ABCD ,四边形ABCD 为正方形,以点D 为坐标原点,DA 、DC 、DE 所在直线分别为x 、y 、z 轴建立空间直角坐标系D xyz -,则()2,0,0A 、()0,0,1G 、()1,2,0H 、()2,2,2F ,设点(),2,0P a ,()2,0,2FP a =-- ,()2,0,1AG =- ,()1,2,0AH =- ,设平面AGH 的法向量为(),,n x y z = ,由2020n AG x z n AH x y ⎧⋅=-+=⎨⋅=-+=⎩ ,令2x =,可得()2,1,4n = ,要使得//FP 平面AGH ,则FP n ⊥ ,所以,()2280FP n a ⋅=--= ,解得6a =,则()4,0,2FP =- ,此时,()22240225FP =++-= .。
直线平面垂直的判定及性质

(2)解 取AB的中点E,连结DE、PE,
由E为AB的中点知DE∥BC,
∵AB⊥BC,∴AB⊥DE.
∵PD⊥平面ABC,∴PD⊥AB.
又AB⊥DE,DE∩PD=D,
∴AB⊥平面PDE,∴PE⊥AB.
∴∠PED是二面角P—AB—C的平面角.
在△PED中,DE 1 BC 6 , PD 3, ∠PDE=90°,
(2)已知MN⊥CD,只需再证MN⊥PC,易看出 △PMC为等腰三角形,利用N为PC的中点,可 得MN⊥PC.
证明 (1)连接AC,AN,BN, ∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥AC, 在Rt△PAC中,N为PC中点, AN 1 PC.
2 ∵PA⊥平面ABCD, ∴PA⊥BC,又BC⊥AB,PA∩AB=A, ∴BC⊥平面PAB,∴BC⊥PB, 从而在Rt△PBC中,BN为斜边PC上的中线, BN 1 PC.∴AN=BN, ∴△ABN2为等腰三角形, 又M为底边AB的中点,∴MN⊥AB, 又∵AB∥CD,∴MN⊥CD.
【例2】 如图所示,在四棱锥P—ABCD 中,平面PAD⊥平面ABCD,AB∥DC, △PAD是等边三角形,已知BD=2AD=8, AB=2DC=4 5 . (1)设M是PC上的一点, 证明:平面MBD⊥平面PAD; (2)求四棱锥P—ABCD的体积. 思维启迪 (1)因为两平面垂直与M点位置无 关,所以在平面MBD内一定有一条直线垂直于 平面PAD,考虑证明BD⊥平面PAD. (2)四棱锥底面为一梯形,高为P到面ABCD的距离.
∵PA∩AB=A,∴AD⊥平面PAB,∴AD⊥PB.4分
又∵AD∩AN=A,∴PB⊥平面ADMN.
∵ DM 平面ADMN,∴PB⊥DM.
6分
(2)解 连接DN,
∵PB⊥平面ADMN,
2020届江苏高考数学(理)总复习讲义:直线、平面垂直的判定及其性质

••)必过数材美1. 直线与平面垂直(1)直线和平面垂直的定义:直线l 与平面a 内的任意一条直线都垂直,就说直线 l 与平面a 互相垂直.(2)直线与平面垂直的判定定理及性质定理:文字语言图形语言付号语言 判定定理如果一条直线和一个 平面内的两条相交直 线垂直,那么这条直 线垂直于这个平面7a ,b ? a 、 a d b = O卜? I 丄 I丄a 1 _ I 丄bJa性质定理如果两条直线垂直于同一个平面,那么这 两条直线平行£Ta 丄ar? a// b b ± a —2. 平面与平面垂直的判定定理与性质定理如果两个平面互相垂 直,那么在一个平面内 垂直于它们交线的直 线垂直于另一个平面[小题体验]1. _____________________________________________________________________ 已知平面a 丄平面3,直线I 丄平面3,则直线I 与平面a 的位置关系为 _______________________________ .答案:平行或直线I 在平面a 内2. PD 垂直于正方形 ABCD 所在的平面,连接 PB , PC , PA , AC , BD ,则一定互相直线、平面垂直的判定及其性质判定定理文字语言 如果一个平面经过另 一个平面的一条垂线, 那么这两个平面互相 垂直图形语言符号语言性质定理a 丄3I ? 3卜? I 丄a ad 3= a I 丄a垂直的平面有__________ 对.解析:由于PD丄平面ABCD,故平面PAD丄平面ABCD,平面PDB丄平面ABCD,平面PDC丄平面ABCD,平面PDA丄平面PDC,平面PAC 丄平面PDB,平面PAB丄平面PAD,平面PBC丄平面PDC,共7对.答案:7••>必过易措美1. 证明线面垂直时,易忽视面内两条线为相交线这一条件.2. 面面垂直的判定定理中,直线在面内且垂直于另一平面易忽视.3 .面面垂直的性质定理在使用时易忘面内一线垂直于交线而盲目套用造成失误.[小题纠偏]1 “直线a与平面M内的无数条直线都垂直”是"直线a与平面M垂直”的________________ 条件(填“充分不必要”“必要不充分” “充要”或“既不充分也不必要”).解析:根据直线与平面垂直的定义知“直线a与平面M的无数条直线都垂直”不能推出“直线a与平面M垂直”,反之可以,所以是必要不充分条件.答案:必要不充分2. (2018南京三模)已知a, B是两个不同的平面,I, m是两条不同的直线,I丄a, m ? 3给出下列命题:①a// 3? I 丄m;② a丄3? I 〃m;③m / a? I 丄3;④I 丄3? m / a.其中正确的命题是________ (填写所有正确命题的序号).解析:①由I丄a, all 3得I丄3又因为m? 3所以I丄m,故①正确;②由I丄a, a丄3得I/ 3或I? 3又因为m? 3所以I与m或异面或平行或相交,故②不正确;③由I丄a , m// a,得I丄m.因为I只垂直于3内的一条直线m,所以不能确定I是否垂直于3故③不正确;④由I丄a , I丄3 ,得a // 3因为m? 3 ,所以m// a,故④正确.答案:①④考点一直线与平面垂直的判定与性质题点多变型考点一一多角探明[锁定考向]直线与平面垂直的判定与性质是每年高考的必考内容,题型多为解答题.常见的命题角度有:(1) 证明直线与平面垂直;(2) 利用线面垂直的性质证明线线平行.[题点全练]角度一:证明直线与平面垂直1.如图所示,在四棱锥P -ABCD中,PA丄底面ABCD , AB丄AD , AC 丄CD,/ ABC= 60° PA= AB= BC , E 是PC 的中点.求证:(1) CD 丄AE;(2) PD丄平面ABE.证明:⑴在四棱锥P -ABCD中,•/ PA丄底面ABCD , CD ?平面ABCD ,••• PA丄CD.v AC丄CD , PA A AC = A,••• CD丄平面PAC.而AE?平面PAC,「. CD丄AE.(2)由PA= AB= BC,/ ABC = 60° 可得AC = PA.•/ E是PC的中点,• AE 丄PC.由(1)知AE 丄CD , 且PC A CD = C,•AE丄平面PCD.而PD?平面PCD , • AE丄PD.•/ PA丄底面ABCD , AB?平面ABCD , • PA丄AB.又••• AB丄AD , 且PA A AD = A,•AB丄平面PAD,而PD?平面PAD , • AB丄PD.又••• AB A AE = A, • PD 丄平面ABE.角度二:利用线面垂直的性质证明线线平行2.如图,在正方体ABCD -A1B1C1D1中,EF与异面直线AC ,A1D都垂直相交.求证:(1) EF 丄平面AB1C;(2) EF // BD1.证明:(1)在正方体ABCD -A1B1C1D1 中,A1B1〃AB / CD,且A1B1 =AB = CD ,所以四边形A1B1CD是平行四边形,所以A1D/ B1C.因为EF丄A1D,所以EF丄B1C.又因为EF 丄AC , AC A B1C= C, AC?平面AB1C, B1C?平面AB1C,所以EF丄平面AB i C.(2)连结BD,则BD丄AC.因为DD i丄平面ABCD , AC?平面ABCD,所以DD i丄AC.因为DD1n BD = D , DD1?平面BDD1B1, BD?平面BDD1B1,所以AC丄平面BDD i B i.又BD i?平面BDD i B i,所以AC丄BD i.同理可证BD i丄B i C.又AC n B i C= C, AC?平面AB i C, B i C?平面AB i C,所以BD i丄平面AB i C.又EF丄平面AB i C,所以EF // BD i.[通法在握]判定直线和平面垂直的4种方法(1) 利用判定定理;(2) 利用判定定理的推论(a// b, a丄a? b± a);(3) 利用面面平行的性质(a丄a, a//价a丄3);(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.[演练冲关]1. ___________________________________ (20i8辅仁高级中学测试)在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,AB= 2, BC =a,又侧棱PA丄底面ABCD,当a= 时,BD丄平面PAC.解析:因为PA丄底面ABCD,所以PA丄BD,为了使BD丄平面PAC,只要使BD丄AC, 因为底面ABCD是矩形,所以底面ABCD是正方形,即a= 2.答案:22. (20i5 •苏高考)如图,在直三棱柱ABC-A i B i C i中,已知AC丄BC,BC = CC i.设AB i 的中点为D, B i C n BC i= E.求证:(i)DE //平面AA i C i C;(2)BC i 丄AB i.证明:(i)由题意知,E为B i C的中点,又D为AB i的中点,因此DE // AC.又因为DE?平面AA i C i C, AC?平面AA i C i C,所以DE //平面AA i C i C.(2)因为棱柱ABC-A i B i C i是直三棱柱,所以CC i±平面ABC.因为AC?平面ABC,所以AC丄CC i.又因为AC丄BC , CC i?平面BCC I B I,BC?平面BCC i B i,BC A CC i= C,所以AC丄平面BCC i B i.又因为BC i?平面BCC i B i,所以BC i丄AC.因为BC = CC i,所以矩形BCC i B i是正方形,因此BC i丄B i C.因为AC?平面B i AC, B i C?平面B i AC, AC A B i C= C,所以BC i丄平面B i AC.又因为AB i?平面B i AC,所以BC i丄AB i.考点二面面垂直的判定与性质重点保分型考点一一师生共研[典例引领](20i9南京调研)如图,在直三棱柱ABC-A i B i C i中,AB= AC, E是BC的中点,求证:比B(i)平面AB i E丄平面B i BCC i;⑵ A i C //平面AB i E.证明:⑴在直三棱柱ABC-A i B i C i中,CC i±平面ABC.硏fi因为AE ?平面ABC ,所以CC i丄AE.因为AB = AC, E为BC的中点,所以AE丄BC.因为BC?平面B i BCC i, CC i?平面B i BCC i, 且BC A CC i =C,所以AE丄平面B i BCC i.因为AE?平面AB i E,所以平面AB i E丄平面B i BCC i.⑵连结A i B,设A i B A AB i= F,连结EF.在直三棱柱ABC-A I B I C I中,四边形AA I B I B为平行四边形,所以F为A I B的中点.又因为E是BC的中点,所以EF // A I C.因为EF ?平面AB I E,A I C?平面AB I E , 所以A I C/平面AB I E.[由题悟法]1. 证明面面垂直的2种方法(1) 定义法:利用面面垂直的定义,将证明面面垂直问题转化为证明平面角为直角的问题.(2) 定理法:利用面面垂直的判定定理,即证明其中一个平面经过另一个平面的一条垂线,把问题转化成证明线线垂直加以解决.2. 三种垂直关系的转化线线垂直判定性质线面垂直判定性质面面垂直[即时应用](2018淮安高三期中)如图,在直三棱柱ABC-A I B I C I中,AC = BC,点M为棱A I B I的中点.求证:(1)AB //平面A I B I C;(2)平面C1CM丄平面A1B1C.证明:⑴在三棱柱ABC-A1B1C1中,AB// A1B1,又AB?平面A1B1C, A1B1?平面A1B1C, 所以AB //平面A1B1C.⑵在直三棱柱ABC-A1B1C1中,CC1丄平面A1B1C1, 又A1B1?平面A1B1C1,所以CC1 丄A1B1.因为AC = BC,所以A1C1= B1C1.又因为点M为棱A1B1的中点,所以C1M丄A1B1.又CC1Q C1M = C1, CC1?平面C1CM , C1M ?平面C1CM ,所以A1B1丄平面SCM.又A1B1?平面A1B1C,所以平面GCM丄平面A1B1C.考点三平面图形翻折成空间图形重点保分型考点[典例引领]师生共研(20佃 昆山期中)如图所示,在直角梯形 ABCD 中,AB 丄AD , BC // AD , AD = 6, BC=4, AB = 2 2,点E , F 分别在BC , AD 上,EF // AB ,并且E 为BC 中点.现将四边形ABEF 沿EF 折起,使平面 ABEF 丄平面 EFDC .(1)求证:AC 丄DE ;⑵在AD 上确定一点N ,使得过C , E , N 的平面将三棱锥 A -FCD 分成体积相等的两 部分. 解:(1)证明:在梯形 ABCD 中,•/ AB / EF , BC = 4, AD = 6, E 为 BC 中点, ••• CE = 2, DF = 4,又EF = AB = 2 2」C!=于話,又/ CEF =/ EFDCEF EFD ,•••/ ECF =/ FED .•••/ ECF + EFC = 90° ° FED +Z EFC = 90° °• CF 丄DE.•/ AB 丄 AD , EF // AB , • AF 丄 EF ,又平面 ABEF 丄平面 EFDC , AF ?平面 ABEF ,平面 ABEF 门平面EFDC = EF , • AF 丄平面EFDC ,•/ DE ?平面 EFDC , • AF 丄 DE.•/ AF n CF = F , AF ?平面 ACF , CF ?平面 ACF , • DE 丄平面ACF ,•/ AC ?平面 ACF , • AC 丄 DE.则三棱锥A -FCD 被平面a 分成三棱锥 C -ANP 和四棱锥C -NPFD 两部分. 若两部分体积相等,则三角形 ANP 和四边形NPFD 的面积相等,则 S ^AN P =AFD .•/ EC // DF , EC ?平面 AFD , DF ?平面 AFD ,(2)设过点C , E , N 的平面为a ,an 平面 AFD = NP , P € AF ,••• EC //平面AFD ,又EC?平面a, aQ平面AFD = NP ,• EC // NP ,• NP // DF ,• AD-2,即当AD专时,过C,E,N的平面将三棱锥A -FCD分成体积相等的两部分.[由题悟法]对于翻折问题,应明确:在同一个平面上的性质不发生变化,不在同一个平面上的性质可能会发生变化•解决这类问题就是要据此研究翻折以后的空间图形中的线面关系和几何量的度量值,这是解决翻折问题的主要方法.[即时应用](2018连云港模拟)在平面四边形ABCD(图①)中,△ ABC与厶ABD均为直角三角形且有公共斜边AB,设AB = 2,/ BAD = 30 ° / BAC = 45°将厶ABC沿AB折起,构成如图②所示的三棱锥C' -ABD.(1)当C ' D = 2时,求证:平面C' AB丄平面DAB ;⑵当AC '丄BD时,求三棱锥C' -ABD的高.解:(1)证明:当C' D = .2时,取AB的中点O,连结C' O, DO,在Rt△ AC ' B, Rt△ ADB 中,AB = 2,贝U C ' O= DO = 1,因为C' D = 2,所以C' O2+ DO2= C' D2, 即卩C' O丄OD ,又C' O 丄AB ,AB n OD = O, AB?平面ABD , OD?平面ABD,所以 C ' O丄平面ABD ,因为C' O?平面C' AB,所以平面C' AB丄平面DAB.⑵当AC '丄BD时,由已知AC '丄BC',因为BC ' n BD = B,所以AC '丄平面BDC ',因为C' D?平面BDC ',所以AC '丄C ' D , △ AC' D为直角三角形,线中一条垂直于一平面,另一条也垂直于该平面”得出两个平面垂直.由勾股定理得,C ' D = AD 2- AC ' 2= 3-2 = 1, 而在△ BDC '中,BD = 1, BC ' = ■ 2,11 所以△ BDC '为直角三角形, & BDC ' =1X 1X 1 =-.2 2三棱锥 C ' -ABD 的体积 V =1X S A BDC ' X AC ' =1X2 = *,3 3 2*6S ABD = *X 1 X 3=于,设三棱锥C ' -ABD 的高为h , 则由 1X hX^=¥,解得 h = -6.3 2 6 3故三棱锥C ' -ABD 的高为有6.3一抓基础,多练小题做到眼疾手快 1. _______________________________________________________________________ 设 a B 为两个不同的平面,直线 I ? a 则“ I 丄B”是“ a 丄B'成立的 _______________________ 条 件(填“充分不必要”“必要不充分” “充要”或“既不充分也不必要”).解析:依题意,由I 丄3,I ? a 可以推出a 丄3;反过来,由 a 丄B, I ? a 不能推出I 丄3因此“I 丄3是“ a 丄3”成立的充分不必要条件.答案:充分不必要2. 在空间四边形 ABCD 中,平面 ABD 丄平面 BCD ,且DA 丄平面 ABC ,则△ ABC 的 形状是 _________ .解析:过A 作AH 丄BD 于H ,由平面 ABD 丄平面 BCD ,得 AH 丄平面 BCD ,贝U AH 丄BC ,又DA 丄平面 ABC ,所以BC 丄DA ,所以BC 丄平面 ABD ,所以BC 丄AB ,即△ ABC 为直角三角形.答案:直角三角形3. _____ 已知平面a, 3和直线m ,给出条件:① m // a ;②m 丄a ;③m ? a ;④all 3当满足 条件 __________ 时,有m 丄3(填所选条件的序号)解析:若m 丄a, all 3,则m 丄3故填②④. 答案:②④4.一平面垂直于另一平面的一条平行线,则这两个平面的位置关系是________ .解析:由线面平行的性质定理知,该面必有一直线与已知直线平行.再根据 “两平行CZI 0 □1=1答案:垂直5. (2018常州期中)如图,在棱长为 2的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点E 是棱BC 的 中点,P 是侧面BCC 1B 1内一点,若平面 A 1B 1CD 丄平面AEP ,则线段 AP 长度的取值范围是 ________ .解析:连结BC 1,易得BC 1丄平面A 1B 1CD ,要满足题意,只需 EP // BC 1即可.取CC 1的中点为F ,则EF // BC 1,故P 在线段EF 上(不含端点).•/ AE = 22+ 12= 5, AF = 22+ 22+ 12= 3,二线段 AP 长度的取值范围 是(5, 3).答案:(5, 3)6 .如图,PA 丄O O 所在平面,AB 是O O 的直径,C 是O O 上一点, AE 丄PC , AF 丄PB ,给出下列结论:① AE 丄BC ;②EF 丄PB ;③AF 丄 BC ;④AE 丄平面PBC ,其中真命题的序号是 ___________ .解析:①AE ?平面 PAC , BC 丄AC , BC 丄PA ? AE 丄BC ,故①正 确,② AE 丄 PC , AE 丄 BC , PB ?平面 PBC ? AE 丄 PB ,又 AF 丄 PB , EF丄PB ,故②正确,③若 AF 丄BC ? AF 丄平面PBC ,则AF // AE 与已知矛盾,故③错误,由 ①可知④正确. 答案:①②④—保咼考,全练题型做到咼考达标1. (2019盐城中学测试)已知a, 3, 丫是三个不同的平面, 命题“ a//伏且a 丄Y B 丄Y是真命题,如果把 a , 3 丫中的任意两个换成直线,另一个保持不变,在所得的所有新命 题中,真命题的个数为 _________ .解析:若a, 3换为直线a , b ,则命题化为“a // b ,且a 丄Y b 丄Y ,此命题为真命题; 若a, 丫换为直线a , b ,则命题化为“a //3,且a 丄b ? b 丄3 ,此命题为假命题;若 3, 丫换为直线a , b ,则命题化为 “ a //a ,且b 丄a ? a 丄b ” ,此命题为真命题.答案:22. (2018徐州期中)如图,在四边形 ABCD 中,AD // BC , AD = AB ,迪一 / BCD = 45° ° / BAD = 90 ° °将厶ABD 沿 BD 折起,使平面 ABD 丄平 / \U --------------- c面 BCD ,构成四面体 ABCD ,在四面体 ABCD 的其他面中,与平面 ADC 垂直的平面为 _______ (写出满足条件的所有平面).解析:在四边形 ABCD 中,AD // BC , AD = AB , / BCD = 45° , / BADCfE fi?平面 AEF ? EF=90° 可得/ BDC = 90° 即BD 丄CD.•••平面ABD丄平面BCD,且平面ABD门平面BCD = BD ,••• CD丄平面ABD,又CD ?平面ADC ,二平面ADC丄平面ABD ; 假设平面ADC丄平面BCD ,•/ BD丄CD,且平面ADC门平面BCD = CD ,• BD丄平面ADC,贝U BD丄AD,与/ ADB = 45°矛盾;•/ CD 丄平面ABD , AB?平面ABD , •CD 丄AB , 又AD 丄AB, 且AD A CD = D, • AB 丄平面ADC ,又AB?平面ABC ,•平面ABC丄平面ADC..•.在四面体ABCD的其他面中,与平面ADC垂直的平面为平面ABD,平面ABC.答案:平面ABD,平面ABC.3.已知正厶ABC的边长为2 cm, PA丄平面ABC, A为垂足,且PA= 2 cm,那么点P到BC的距离为 ________ cm.解析:如图,取BC的中点D,连结AD , PD,则BC丄AD,又因为PA丄平面ABC,所以PA丄BC,所以BC丄平面PAD,所以PD丄BC , 则PD的长度即为点P到BC的距离.在Rt△ PAD中,PA= 2, AD = 3, 可得PD = “+冋=“答案:74. (2018连云港期末)已知四边形ABCD为平行四边形,PA丄平面ABCD ,当平行四边形ABCD满足条件______________ 时,有PC丄BD(填上你认为正确的一个条件即可).解析:•••四边形ABCD为平行四边形,PA丄平面ABCD , BD?平面ABCD , • BD 丄PA,当四边形ABCD是菱形时,BD丄AC.又PA A AC= A,. BD 丄平面PAC,又PC?平面PAC,. PC 丄BD.答案:四边形ABCD是菱形5. ________________________________________________________________________已知直线a和两个不同的平面a, 3,且a丄a, a// 3,贝U a, B的位置关系是_______________ 解析:记b? 3且a / b,因为a / b , a丄a,所以b丄a,因为b? 3,所以a丄3 答案:垂直6. 如图,已知/ BAC = 90° ° PC丄平面ABC ,则在△ ABC , △ PAC的边所在的直线中,与PC垂直的直线有_______________ ;与AP垂直的直线有________ .解析:因为PC丄平面ABC ,所以PC垂直于直线AB, BC, AC.因为AB丄AC, AB丄PC, AC n PC= C,所以AB丄平面PAC,又因为AP?平面PAC,所以AB丄AP,与AP垂直的直线是AB.答案:AB, BC, AC AB7.如图,以等腰直角三角形ABC的斜边BC上的高AD为折痕,把△ ABD和厶ACD 折成互相垂直的两个平面后,某学生得出下列四个结论:①BD丄AC;②厶BAC是等边三角形;③三棱锥D-ABC是正三棱锥;④平面ADC丄平面ABC.解析:由题意知,BD丄平面ADC,故BD丄AC,①正确;AD为等腰直角三角形斜边BC上的高,平面ABD丄平面ACD,所以AB= AC = BC,A BAC是等边三角形,②正确;易知DA = DB = DC,又由②知③正确;由①知④错误.答案:①②③8.如图,直三棱柱ABC -A1B1C1中,侧棱长为2, AC = BC = 1, / ACB=90° D是A I B I的中点,F是BB i上的动点,AB1, DF交于点E.要使AB i丄平面C i DF,则线段B i F的长为____________ .解析:设B i F = x,因为AB i丄平面C i DF , DF ?平面C i DF,所以AB i丄DF .由已知可以得A i B i= 2,i设Rt△ AA i B i斜边AB i上的高为h,贝U DE = ?h.i2.其中正确的是_________ (填序号).i 即线段BiF的长为;9. (2018海安中学测试)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是菱形,/ ABC = 60° PA= AC, PB = PD =^2AC, E 是PD 的中点,求证:(1)PB //平面ACE ;(2)平面PAC丄平面ABCD.证明:(1)连结BD交AC于点O,连结OE,•••底面ABCD为菱形,••• O是BD的中点,又E是PD的中点,• OE // PB,•/ OE?平面ACE , PB?平面ACE ,• PB/ 平面ACE.(2)•••底面ABCD 为菱形,/ ABC= 60°•△ ABC为正三角形,从而AB = AC,又PB= 2AC , PA= AC ,•PB= 2AB= 2PA,可得PA丄AB.同理可证PA丄AD.又••• AB n AD = A, AB?平面ABCD , AD?平面ABCD ,•PA丄平面ABCD ,•/ PA?平面PAC,「.平面PAC丄平面ABCD.10. (2019徐州高三检测)如图,在三棱锥S-ABC中,SA= SC,AB丄AC, D为BC的中点,E为AC上一点,且DE //平面SAB. 求证:(1)AB //平面SDE ;(2)平面ABC丄平面SDE.证明:(1)因为DE //平面SAB, DE?平面ABC,平面SAB n平面ABC = AB,所以DE // AB.因为DE ?平面SDE , AB?平面SDE ,所以AB //平面SDE .⑵因为D为BC的中点,DE // AB,所以E为AC的中点. 又因为SA= SC,所以SE X AC ,又AB 丄AC, DE // AB,所以DE 丄AC.因为DE n SE= E, DE ?平面SDE , SE?平面SDE , 所以AC丄平面SDE.因为AC?平面ABC ,所以平面ABC丄平面SDE.三上台阶,自主选做志在冲刺名校1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A i C的中点,则在△ ADE翻转过程中,正确的命题是_________ •(填序号)①MB是定值;②点M在圆上运动;③一定存在某个位置,使DE丄A i C;④一定存在某个位置,使MB //平面A i DE.解析:取DC 中点N,连结MN , NB,贝U MN // A i D, NB // DE , ••• MN n NB = N , A i D n DE = E ,二平面MNB //平面A i DE , v MB?平面 MNB ,• MB // 平面 A i DE ,i MN = Q A I D =定值, NB = DE =定值, 根据余弦定理得, MB 2= MN 2+ NB 2-2MN NB • cos / MNB ,••• MB上,②正确;当矩形 B 是定点,• M是定值,①正确; ABCD 满足AC 丄DE 时存在,其他情况不存在,③不正确.•••①②④ 正确.答案:①②④ 2.如图,点 P 在正方体 ABCD -A i B i C i D i 的面对角线所以BC i //平面AD i C 所以点P 到平面 AD i C 的距离不变,V A -D I P C =V p-AD i C ,所以体积不变,故①正确;连结A i C i , A iB ,可得平面 ACD i//平面A i C i B.又因为A i P ?平面A i C i B ,所以A i P //平面ACD i ,故②正确;当点 P 运动到B 点时,△ DBC i 是等边三角形,所以DP 不垂直于BC i ,故③不正确;因为AC 丄平面DD i B i B , DB i ?平面DD i B i B ,所以AC 丄DB i .同理可得AD i 丄DB i .所以DB i 丄平面ACD i .又因为DB i ?平面PDB i .所以平面PDB i 丄平面ACD i .故④正确.综上,正确的序号为①②④答案:①②④④正确;/ A i DE = Z MNB ,门C3. (2019 泰州调研)在直三棱柱 ABC-A i B i C i 中,AB = AC = AA i = 3a , BC = 2a , D 是 BC 的中点,E , F 分别是AA i , CC i 上一点,且 AE = CF = 2a.(1) 求证:B i F 丄平面ADF ; (2) 求三棱锥 B i -ADF 的体积; (3) 求证:BE //平面ADF .解:(i)证明:因为 AB = AC , D 为BC 的中点, 所以AD 丄BC.在直三棱柱 ABC-A i B i C i 中,因为B i B 丄底面ABC , AD ?底面ABC ,所以AD 丄B i B.因为BC A B i B = B ,所以AD 丄平面B i BCC i , 因为B i F ?平面B i BCC i ,所以AD 丄B i F.在矩形 B i BCC i 中,因为 C i F = CD = a , B i C i = CF = 2a , 所以 Rt △ DCF 也Rt △ FC i B i ,所以/ CFD =Z C i B i F , 所以/ B i FD = 90°所以B i F 丄FD.因为AD A FD = D ,所以B i F 丄平面 AFD .⑵因为B i F 丄平面AFD , B i F =丄 XAD X DF X B i F3 2(3)证明:连结 EF , EC ,设EC A AF = M ,连结DM , 因为 AE = CF = 2a ,所以四边形AEFC 为矩形, 所以M 为EC 中点,因为D 为BC 中点,所以MD // BE. 因为 MD ?平面 ADF , BE ?平面 ADF , 所以BE //平面 ADF .板块命题点专练(十)立体儿何髙考真題隼中研究一 命題规律.验自身能力i所以 VB i -ADF = 3 S ^ ADF 5 pa * 3 3学习至此阶段验侵能力彌,真题评估.2. (2015江苏高考)现有橡皮泥制作的底面半径为 5,高为4的圆锥和底面半径为 2, 高为8的圆柱各一个,若将它们重新制作成总体积与高均保持不变,但底面半径相同的新 的圆锥和圆柱各一个,则新的底面半径为 ___________ .解析:设新的底面半径为r ,由题意得1 2 2 1 2 2 X nX 5 X 4 + nX 2 X 8= X nX r X 4+ nX r X 8, 3 3 解得r 2= 7,所以r = 7.答案:7 3.(2014江苏高考)设甲、乙两个圆柱的底面积分别为S i , S 2,体积分别为 V i , V 2,若它们的侧面积相等,且S1 = 9,则也的值是 ___________ .S 2 4 V 2解析:设甲、乙两个圆柱的底面半径分别是 r 1, r 2,母线长分别是11, 12.则由曽=9可得S 2 4^1= 3.又两个圆柱的侧面积相等,即2伯11 = 2n 2l 2,则¥=匸=2,所以V1= ¥ = 9X 2 =£r 2 212 r 1 3 V 2 S 2I 2 4 3 2答案:4. (2018天津高考)已知正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为体其余各面的中心分别为点 E , F , G, H , M (如图),则四棱锥 M -EFGH 的体积为 __________解析:连接AD 1, CD 1, B 1A , B 1C , AC ,因为E , H 分别为AD 1, CD 1的中点,所以EH // AC , EH = ^AC ,因为F , G 分别为B 1A , B 1C 的中点,所以 FG // AC , FG = *AC ,所以 EH // FG , EH = FG ,所以 四边形EHGF为平行四边形,又 EG = HF , EH = HG ,所以四边形1EHGF 为正方形,又点 M 到平面EHGF 的距离为?,所以四棱锥 M -EFGH 的体积为5. (2017全国卷H )长方体的长,宽,高分别为 3,2,1,其顶点都在球 O 的球面上,则球O 的表面积为 _________ .解析:由题意知,长方体的体对角线长为,32+ 22+ 12= 14,记长方体的外接球的半径为 R ,则有2R = 14,答案:1121,除面ABCD 夕卜,该正方6AR= —^4,因此球0的表面积为S= 4uR2= 14n.答案:14n6. (2018全国卷I )如图,在平行四边形ABCM中,AB= AC= 3,/ ACM = 90°.以AC 为折痕将厶ACM折起,使点M到达点D的位置,且AB丄DA.(1) 证明:平面ACD丄平面ABC ;2(2) Q为线段AD上一点,P为线段BC上一点,且BP = D Q= 3DA,求三棱锥Q-ABP的体积.解:(1)证明:由已知可得,/ BAC = 90°,即AB丄AC.又因为AB 丄DA , AC A DA = A,所以AB丄平面ACD.因为AB?平面ABC ,所以平面ACD丄平面ABC.(2)由已知可得,DC= CM = AB = 3, DA = 3 2.又BP= D Q= 3DA,所以BP = 2 2.所以Q E丄平面ABC, Q E = 1.1 11因此,三棱锥Q-ABP 的体积为V Q -ABP= 3X S A ABP X Q E = -X 3X 2 2sin 45°X 1= 1.3 3 27. (2017北京高考)如图,在三棱锥P-ABC中,PA丄AB, PA 丄BC, AB丄BC, PA= AB = BC= 2, D为线段AC的中点,E为线段PC上一点.(1) 求证:PA丄BD ;(2) 求证:平面BDE丄平面PAC;⑶当PA//平面BDE时,求三棱锥E-BCD的体积.解:(1)证明:因为PA 丄AB, PA 丄BC, AB A BC = B, 所以PA丄平面ABC.又因为BD?平面ABC,所以PA丄BD.(2) 证明:因为AB = BC , D为AC的中点,所以BD丄AC.由(1)知,PA丄BD,又AC A PA= A,所以BD丄平面PAC.因为BD ?平面BDE ,所以平面BDE丄平面PAC.(3) 因为PA//平面BDE,平面PAC A平面BDE = DE , 所以PA// DE.因为D为AC的中点,所以DE = 1PA= 1, BD = DC= 2.由(1)知,PA丄平面ABC,所以DE丄平面ABC.所以三棱锥E-BCD的体积V= fBDDCDE = 3.8. (2017全国卷I )如图,在四棱锥P-ABCD中,AB // CD , 且/ BAP = Z CDP = 90°(2)若PA= PD = AB= DC,/ APD = 90° 且四棱锥P-ABCD的体积为3,求该四棱锥的侧面积.(1)证明:平面PAB丄平面PAD ;解:(1)证明:由/ BAP = Z CDP = 90° 得AB 丄AP, CD 丄PD.因为AB // CD,所以AB丄PD.又AP A PD = P, 所以AB丄平面PAD.又AB?平面PAB,所以平面PAB丄平面PAD.(2)如图所示,在平面PAD内作PE丄AD,垂足为E.由(1)知,AB丄平面PAD ,故AB丄PE,可得PE丄平面ABCD.设AB = X,则由已知可得AD = 2x, PE =子人1 1故四棱锥P-ABCD 的体积V P-ABCD = 3AB AD PE = 3X3.由题设得£X3= 3,故x = 2.3 3从而PA= PD= AB = DC = 2, AD= BC = 2 2, PB = PC= 2 2.可得四棱锥P-ABCD的侧面积为2P A PD + 2PA AB+ 1PD DC + *BC2sin 60° 6+ 2 3.命题点二直线、平面平行与垂直的判定与性质1. (2013江苏高考)在平行六面体ABCD -A i B i C i D i中,AA i = AB,AB」B1C1.求证:(1)AB //平面A1B1C;⑵平面ABB1A1丄平面A1BC.证明:⑴在平行六面体ABCD -A1B1C1D1中,AB / A1B1.因为AB?平面A1B1C, A1B1?平面A1B1C, 所以AB //平面A1B1C.⑵在平行六面体ABCD -A1B1C1D1中,四边形ABB1A1为平行四边形.又因为AA1= AB,所以四边形ABB1A1为菱形,因此AB1丄A1B.因为AB1 丄B1C1, BC / B1C1,所以AB1 丄BC.因为A1B A BC = B, A1B?平面A1BC, BC?平面A1BC, 所以AB1丄平面A1BC.因为AB1?平面ABB1A1,所以平面ABB1A1丄平面A1BC.2. (2013全国卷川)如图,矩形ABCD所在平面与半圆弧CD所在平面垂直,M是CD上异于C, D的点.(1)证明:平面AMD丄平面BMC.fi⑵在线段AM上是否存在点P,使得MC //平面PBD ?说明理由.解:⑴证明:由题设知,平面CMD丄平面ABCD,交线为CD.因为BC丄CD, BC?平面ABCD, 所以BC丄平面CMD ,又DM ?平面CMD,所以BC丄DM.因为M为CD上异于C, D的点,且CD为直径, 所以DM丄MC.又BC n MC = C,所以DM丄平面BMC.因为DM ?平面AMD ,所以平面AMD丄平面BMC.(2)当P为AM的中点时,MC //平面PBD.证明如下:连接AC交BD于0.因为四边形ABCD为矩形,所以0为AC的中点.连接0P,因为P为AM中点,所以MC // 0P.又MC ?平面PBD , 0P?平面PBD, 所以MC //平面PBD.3. (2017江苏高考)如图,在三棱锥A-BCD中,AB丄AD , BC丄BD,平面ABD丄平面BCD,点E, F(E与A, D不重合)分别在棱AD ,BD上,且EF丄AD.求证:(1)EF //平面ABC ;(2)AD 丄AC.证明:⑴在平面ABD内,因为AB丄AD , EF丄AD ,所以EF // AB.又因为EF ?平面ABC, AB?平面ABC, 所以EF //平面ABC.(2)因为平面ABD丄平面BCD , 平面ABD n平面BCD = BD, BC?平面BCD , BC 丄BD , 所以BC丄平面ABD.因为AD ?平面ABD , 所以BC丄AD.又AB 丄AD , BC n AB = B, AB ?平面ABC , BC ?平面ABC ,所以AD丄平面ABC.又因为AC?平面ABC,所以AD丄AC.C|4. (2016江苏高考)如图,在直三棱柱ABC-A i B i C i中,D , E分别为AB,BC的中点,点F在侧棱B i B上,且B i D丄A i F,A1C1丄A i B i.求证:⑴直线DE //平面A i C i F;(2)平面B i DE丄平面A i C i F.证明:⑴在直三棱柱ABC-A i B i C i中,A i C i/ AC.在厶ABC中,因为D, E分别为AB, BC的中点,所以DE // AC ,于是DE // A i C i. 又因为DE?平面A i C i F , A i C i?平面A i C i F ,所以直线DE //平面A i C i F.(2)在直三棱柱ABC-A i B i C i中,A i A丄平面A i B i C i. 因为A i C i?平面A i B i C i,所以A i A丄A i C i.又因为A i C i 丄A i B i, A i A?平面ABB i A i, A i B i?平面ABB i A i, A i A n A i B i= A i, 所以A i C i丄平面ABB i A i.因为B i D?平面ABB i A i,所以A i C i丄B i D.又因为B i D 丄A i F , A i C i?平面A i C i F , A i F?平面A i C i F , A i C i n A i F = A i,所以B i D 丄平面A i C i F.因为直线B i D?平面B i DE,所以平面B i DE丄平面A i C i F.命题点一空间几何体的表面积与体积1. (2018 •苏高考)如图所示,正方体的棱长为2,以其所有面的中心为顶点的多面体的体积为__________ .解析:由题意知所给的几何体是棱长均为2的八面体,它是由两个有公共底面的正四棱锥组合而成的,正四棱锥的高为1,所以这个八面体的体积为2V X3 3答案:41X二2X1=丄31 X2 X2 12.。
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直线、平面垂直的判定及其性质(二)(讲义)
➢知识点睛
一、直线与平面垂直(线面垂直)
性质定理:垂直于同一个平面的两条直线_____________.
a
b
α
∵_________,b⊥α,
∴___________.
其他性质:
如果两条平行直线中的一条垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面;
如果一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面,那么这条直线也垂直于另一个平面.
二、平面与平面垂直(面面垂直)
性质定理:两个平面垂直,则一个平面内_____________的直线与另一个平面垂直.
α
a
l
β
∵α⊥β,α∩β=l,________,________,
∴a⊥β.
其他性质:
如果两个相交平面都垂直于第三个平面,那么它们的交线垂直于第三个平面;
如果一平面垂直于两平行平面中的一个平面,那么它必垂直于另一个平面.
➢精讲精练
1.已知直线l垂直于直线AB和AC,直线m垂直于直线BC和AC,则直线l,
m的位置关系是()
A.平行B.异面C.相交D.垂直
2.对于直线m,n和平面α,β,能得出α⊥β的一组条件是()
A.m∥n,m∥α,n∥β
B.m⊥n,α∩β=m,n⊂α
C.m∥n,n⊥β,m⊂α
D.m∥n,m⊥α,n⊥β
3.若m,n,l是互不重合的直线,α,β,γ是互不重合的平面,给
出下列命题:
①若α⊥β,α∩β=m,m⊥n,则n⊥α或n⊥β;
②若α∥β,α∩γ=m,β∩γ=n,则m∥n;
③若m不垂直于α,则m不可能垂直于α内的无数条直线;
④若α∩β=m,m∥n,且n⊄α,n⊄β,则n∥α且n∥β;
⑤若α∩β=m,β∩γ=n,α∩γ=l,且α⊥β,α⊥γ,β⊥γ,则m⊥n,m
⊥l,n⊥l.其中正确命题的序号是________________.
4.边长为a的正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角,则AC 的长为()
B
C
D
A
A B.
2
a C.
2
a D.a
5. 如图,以等腰直角三角形ABC 斜边BC 上的高AD 为折痕,把△ABD 和△ACD 折
成互相垂直的两个平面后,某学生得出下列四个结论:
A
B
D
D
C
B
A
①BD ⊥AC ;
②△BAC 是等边三角形; ③三棱锥D -ABC 是正三棱锥; ④平面ADC ⊥平面ABC . 其中正确的是( ) A .①②④
B .①②③
C .②③④
D .①③④
6. 如图,在斜三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,∠BAC =90°,BC 1⊥AC ,则C 1在底面ABC 上
的射影H 必在( )
B 1
C 1
A 1
A
B
A .直线A
B 上 B .直线B
C 上 C .直线AC 上
D .△ABC 内部
7. 已知直二面角α-l -β,点A ∈α,AC ⊥l ,垂足为点C ,点B ∈β,BD ⊥l ,垂足为点
D ,若AB =2,AC =BD =1,则CD 的长为 ( )
βB l α
A C D
A .2
B .3
C
D .1
8.如图,α⊥β,α∩β=AB,CD⊂β,CD⊥AB,CE,EF⊂α,
∠FEC=90°,求证:平面EFD⊥平面DCE.
F
E D
C B
A
β
α
9.如图,已知四边形ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,M,N分别是AB,PC的中
点.
(1)求证:MN⊥AB;
(2)若PA=AD,求证:MN⊥平面PCD.
N
D C
B
A
P
10. 如图,已知SD ⊥正方形ABCD ,DE ⊥SA 于点E ,EF ⊥SB 于点F . (1)求证:DF ⊥SB ;
(2)平面DEFG 交SC 于点G ,求证:DG ⊥平面SBC .
G
F
E
C
B
A
D S
【参考答案】
➢ 知识点睛
一、直线与平面垂直(线面垂直)
平行,a a b ⊥,
∥ 二、平面与平面垂直(面面垂直) 垂直于交线,a ⊂α,a ⊥l
➢ 精讲精练 1. A 2. C
3. ②④⑤
4. D
5. B
6. A
7. C
8. 证明略 9. 证明略 10. 证明略。