立体几何讲义(线面平行,垂直,面面垂直)
立体几何常考定理的总结(八大定理)

lmβααba立体几何的八大定理一、线面平行的判定定理:线线平行⇒线面平行文字语言:如果平面外.的一条直线与平面内.的一条直线平行,则这条直线与平面平行. 符号语言://a b a b αα⊄⎫⎪⊂⎬⎪⎭⇒//a α关键点:在平面内找一条与平面外的直线平行的线...................... 二、线面平行的性质定理:线面平行⇒线线平行文字语言:如果一条直线和一个平面平行,经过..这条直线的平面和这个平面相交..,那么这条直线就和交线..平行. 符号语言://l l m αβαβ⎫⎪⊂⎬⎪⋂=⎭⇒//l m关键点:需要借助一个经过已知直线的平面,接着找交线。
.......................... 三、面面平行的判定定理:线面平行⇒ 面面平行文字语言:如果一个平面内.有两.条相交..直线都平行..于另一个平面..,那么这两个平面平行. 符号语言://a b a b A a b αααβββ⊂⎫⎪⊂⎪⎪=⇒⎬⎪⎪⎪⎭∥∥ 关键点:在要证明面面平行的其中一个面内找两条相交直线和另一面线面平行。
................................... 四、面面平行的性质定理: 面面平行⇒线线平行、面面平行⇒线面平行 文字语言:如果两个平行平面同时..和第三..个.平面相交..,那么所得的两条交线..平行. 符号语言:////a a b b αβαγβγ⎫⎪⋂=⇒⎬⎪⋂=⎭关键点:找第三个平面与已知平面都相.................交,则交线平行.......文字语言:如果两个平面平行,那么其中一个平面内的任意..一条直线平行于另一个平面.符号语言://,//a a αβαβ⊂⇒ 关键:只要是其中一个平面内的直线就行..................nmAαaBA l βαaβα五、线面垂直的判定定理:线线垂直⇒线面垂直文字语言: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. 符号语言:,a ma n a m n A m n ααα⊥⎫⎪⊥⎪⇒⊥⎬⋂=⎪⎪⊂⊂⎭关键点:在平面内找两条相交直线与所要证的直线垂直........................ 六、线面垂直的性质定理:线面垂直⇒线线垂直文字语言:若一条直线垂直于一个平面,则这条直线垂直平面内的任意..一条直线. 符号语言:l l a a αα⊥⎫⇒⊥⎬⊂⎭关键点:往往线面垂直中的线线垂直需要用这个定理推出......................... 七、平面与平面垂直的判定定理:线面垂直⇒面面垂直文字语言:如果一个平面经过..另一个平面的一条垂线,则这两个平面互相垂直. (如果一条直线垂直于一个平面,并且有另一个平面经过这条直线,那么这两个平面垂直)符号表示:a a ααββ⊥⎫⇒⊥⎬⊂⎭关键点:....在需要证明的两个平面中找线面垂直................八、平面与平面垂直的性质定理:面面垂直⇒线面垂直文字语言:如果两个平面互相垂直,那么在一个平面内垂直..于它们的交线..的直线垂直于另一个平面.符号语言:l AB AB AB lαβαββα⊥⎫⎪=⎪⇒⊥⎬⊂⎪⎪⊥⎭关键点:先找交线,再在其中一个面内找与交线垂直的线。
线面垂直、面面垂直

线面垂直、面面垂直及其证明一 线面垂直的判定定理(1)线面垂直定义:如果一条直线和一个平面内的任何一条直线都垂直,那么这条直线和这个平面垂直.(2(3)三垂线定理及其逆定理①三垂线定理:如果平面内一条直线和穿过该平面的一条斜线垂直,那么这条直线也垂直于这条斜线在平面内的射影.②三垂线逆定理:在平面内的一条直线,如果它和这个平面的一条斜线垂直,那么它也和这条斜线在平面内的射影垂直. (4)线面垂直的证明例1例2例3SDD 1ODBA C 1B 1A 1C例4在正方体1111ABCD A BC D -中,M 为1CC 的中点,AC 交BD 于点O ,求证:1AO ⊥平面MBD .练习1 在正方体1111ABCD A BC D -中. (1)求证:AC ⊥平面11B D BD .(2)求证:1BD ⊥平面1ACB .练习2在三棱锥A BCD -中,BC AC =,AD BD =,作BE CD ⊥,E 为垂足,作AH BE ⊥于H .求证:AH ⊥平面BCD .在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥底面ABCD ,AB AD ⊥,AC CD ⊥,60ABC ︒∠=,PA AB BC ==,E 是PC 的中点.(1)求证:CD AE ⊥. (2)求证:PD ⊥面ABE .二 面面垂直(1条直线叫做二面角的棱,每个半平面叫做二面角的面,若棱为l ,两个面分别为,,αβ二面角记作为l αβ--.(2)二面角的平面角定义:在二面角l αβ--棱l 上取一点O ,在半平面α和β内,从点O 分别作垂直于棱l 的射线,OA OB ,射线组成AOB ∠.则AOB ∠叫做二面角的平面角.二面角的取值范围为[0,180]︒︒.(3)面面垂直定义:若两个平面的二面角为直二面角(平面角是直角的二面角),则这两个平面互相垂直.(4)面面判定定理:一个平面过另一个平面,则这两个面相互垂直. (5)面面垂直的正面即:面面垂直→线面垂直→线线垂直. 例1如图,在正方体1111ABCD A B C D -中,E 是1AA 的中点.(1)求证:1//AC 平面BDE ; (2)求证:平面1A AC ⊥平面BDE . .例2如图,直三棱柱111C B A ABC -中,侧棱垂直于底面,90ACB ︒∠=121AA BC AC ==,D 是棱1AA 的中点,求证:平面1BDC 平面BDC .AC B1B 1A D1C练习 如图,过S 引三条长度相等但不共面的线段,,SA SB SC ,且60ASB ASC ︒∠=∠=,90BSC ︒∠=,求证:平面ABC ⊥平面BSC .三 立体几何高考证明例1(2013江苏)如图,在三棱锥中,平面平面,,,过作,垂足为,点分别是棱的中点.求证:(1)平面平面; (2).例2(2012江苏)如图,在直三棱柱111ABC A B C -中,1111A B A C =,D E,分别是棱1BC CC ,上的点(点D 不同于点C ),且AD DE F⊥,为11B C 的中点.求证:(1) 平面ADE ⊥平面11BCC B ; (2) 直线1//A F 平面ADE .ABC S -⊥SAB SBC BC AB ⊥AB AS =A SB AF ⊥F G E ,SC SA ,//EFG ABC SA BC ⊥ABCSGFE例3如图,四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为平行四四边形,60DAB ︒∠=,2AB AD =,PD ⊥底面ABCD .(1)证明:PA BD ⊥(2)设1PD AD ==,求棱锥D PBC -的高.练习1如图,几何体E ABCD -是四棱锥,ABD 为正三角形,,CB CD EC BD =⊥.(Ⅰ)求证:BE DE =;(Ⅱ)若∠120BCD =︒,M 为线段AE 的中点,求证:DM ∥平面BEC .练习2(2011天津)如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是平行四边形,45ADC ∠=︒,1AD AC ==,O 为AC 的中点,PO ABCD ⊥平面,2PO =,M为PD 的中点.(Ⅰ) 证明://PB ACM 平面;MP(Ⅱ)(Ⅲ)。
立体几何基本知识总结和线面垂直平行六种关系的证明方法

立体几何基本知识总结I. 基础知识要点 一、 平面.1. 经过不在同一条直线上的三点确定一个面.注:两两相交且不过同一点的四条直线必在同一平面内.2. 两个平面可将平面分成3或4部分.(①两个平面平行,②两个平面相交)3. 过三条互相平行的直线可以确定1或3个平面.(①三条直线在一个平面内平行,②三条直线不在一个平面内平行)[注]:三条直线可以确定三个平面,三条直线的公共点有0或1个. 4. 三个平面最多可把空间分成 8 部分.(X 、Y 、Z 三个方向) 二、 空间直线.1. 空间直线位置分三种:相交、平行、异面. 相交直线—共面有反且有一个公共点;平行直线—共面没有公共点;异面直线—不同在任一平面内[注]:①两条异面直线在同一平面内射影一定是相交的两条直线.(×)(可能两条直线平行,也可能是点和直线等) ②直线在平面外,指的位置关系:平行或相交③若直线a 、b 异面,a 平行于平面α,b 与α的关系是相交、平行、在平面α内. ④两条平行线在同一平面内的射影图形是一条直线或两条平行线或两点.⑤在平面内射影是直线的图形一定是直线.(×)(射影不一定只有直线,也可以是其他图形) ⑥在同一平面内的射影长相等,则斜线长相等.(×)(并非是从平面外一点..向这个平面所引的垂线段和斜线段) ⑦b a ,是夹在两平行平面间的线段,若b a =,则b a ,的位置关系为相交或平行或异面.2. 异面直线判定定理:过平面外一点与平面内一点的直线和平面内不经过该点的直线是异面直线.(不在任何一个平面内的两条直线)3. 平行公理:平行于同一条直线的两条直线互相平行.4. 等角定理:如果一个角的两边和另一个角的两边分别平行并且方向相同,那么这两个角相等(如下图). (二面角的取值范围[]180,0∈θ)(异面直线所成角(] 90,0∈θ)(斜线与平面成角()90,0∈θ)(直线与平面所成角[]90,0∈θ)(向量与向量所成角])180,0[ ∈θ推论:如果两条相交直线和另两条相交直线分别平行,那么这两组直线所成锐角(或直角)相等. 5. 两异面直线的距离:公垂线的长度.空间两条直线垂直的情况:相交(共面)垂直和异面垂直.21,l l 是异面直线,则过21,l l 外一点P ,过点P 且与21,l l 都平行平面有一个或没有,但与21,l l 距离相等的点在同一平面内. (1L 或2L 在这个做出的平面内不能叫1L 与2L 平行的平面) 三、 直线与平面平行、直线与平面垂直.1. 空间直线与平面位置分三种:相交、平行、在平面内.2. 直线与平面平行判定定理:如果平面外一条直线和这个平面内一条直线平行,那么这条直线和这个平面平行.(“线线平行,线面平行”)[注]:①直线a 与平面α内一条直线平行,则a ∥α. (×)(平面外一条直线) ②直线a 与平面α内一条直线相交,则a 与平面α相交. (×)(平面外一条直线)③若直线a 与平面α平行,则α内必存在无数条直线与a 平行. (√)(不是任意一条直线,可利用平行的传递性12方向相同12方向不相同证之)④两条平行线中一条平行于一个平面,那么另一条也平行于这个平面. (×)(可能在此平面内) ⑤平行于同一直线的两个平面平行.(×)(两个平面可能相交) ⑥平行于同一个平面的两直线平行.(×)(两直线可能相交或者异面) ⑦直线l 与平面α、β所成角相等,则α∥β.(×)(α、β可能相交)3. 直线和平面平行性质定理:如果一条直线和一个平面平行,经过这条直线的平面和这个平面相交,那么这条直线和交线平行.(“线面平行,线线平行”)4. 直线与平面垂直是指直线与平面任何一条直线垂直,过一点有且只有一条直线和一个平面垂直,过一点有且只有一个平面和一条直线垂直. ● 若PA ⊥α,a ⊥AO ,得a ⊥PO (三垂线定理),得不出α⊥PO . 因为a ⊥PO ,但PO 不垂直OA .●三垂线定理的逆定理亦成立.直线与平面垂直的判定定理一:如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这两条直线垂直于这个平面.(“线线垂直,线面垂直”)直线与平面垂直的判定定理二:如果平行线中一条直线垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面. 推论:如果两条直线同垂直于一个平面,那么这两条直线平行. [注]:①垂直于同一平面....的两个平面平行.(×)(可能相交,垂直于同一条直线.....的两个平面平行) ②垂直于同一直线的两个平面平行.(√)(一条直线垂直于平行的一个平面,必垂直于另一个平面)③垂直于同一平面的两条直线平行.(√) 5. ⑴垂线段和斜线段长定理:从平面外一点..向这个平面所引的垂线段和斜线段中,①射影相等的两条斜线段相等,射影较长的斜线段较长;②相等的斜线段的射影相等,较长的斜线段射影较长;③垂线段比任何一条斜线段短. [注]:垂线在平面的射影为一个点. [一条直线在平面内的射影是一条直线.(×)]⑵射影定理推论:如果一个角所在平面外一点到角的两边的距离相等,那么这点在平面内的射影在这个角的平分线上四、 平面平行与平面垂直.1. 空间两个平面的位置关系:相交、平行.2. 平面平行判定定理:如果一个平面内有两条相交直线都平行于另一个平面,哪么这两个平面平行.(“线面平行,面面平行”)推论:垂直于同一条直线的两个平面互相平行;平行于同一平面的两个平面平行. [注]:一平面间的任一直线平行于另一平面.3. 两个平面平行的性质定理:如果两个平面平行同时和第三个平面相交,那么它们交线平行.(“面面平行,线线平行”)4. 两个平面垂直性质判定一:两个平面所成的二面角是直二面角,则两个平面垂直.两个平面垂直性质判定二:如果一个平面与一条直线垂直,那么经过这条直线的平面垂直于这个平面.(“线面垂直,面面垂直”)注:如果两个二面角的平面对应平面互相垂直,则两个二面角没有什么关系.5. 两个平面垂直性质定理: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也垂直于另一个平面.推论:如果两个相交平面都垂直于第三平面,则它们交线垂直于第三平面.证明:如图,找O 作OA 、OB 分别垂直于21,l l ,因为ααββ⊥⊂⊥⊂OB PM OA PM ,,,则OB PM OA PM ⊥⊥,.6. 两异面直线任意两点间的距离公式:θcos 2222mn d n m l +++=(θ为锐角取加,θ为钝取减,综上,都POAaPαβθM AB O取加则必有⎥⎦⎤⎝⎛∈2,0πθ)7. ⑴最小角定理:21cos cos cos θθθ=(1θ为最小角,如图) ⑵最小角定理的应用(∠PBN 为最小角)简记为:成角比交线夹角一半大,且又比交线夹角补角一半长,一定有4条. 成角比交线夹角一半大,又比交线夹角补角小,一定有2条. 成角比交线夹角一半大,又与交线夹角相等,一定有3条或者2条. 成角比交线夹角一半小,又与交线夹角一半小,一定有1条或者没有. 五、 棱锥、棱柱. 1. 棱柱.⑴①直棱柱侧面积:Ch S =(C 为底面周长,h 是高)该公式是利用直棱柱的侧面展开图为矩形得出的. ②斜棱住侧面积:l C S 1=(1C 是斜棱柱直截面周长,l 是斜棱柱的侧棱长)该公式是利用斜棱柱的侧面展开图为平行四边形得出的.⑵{四棱柱}⊃{平行六面体}⊃{直平行六面体}⊃{长方体}⊃{正四棱柱}⊃{正方体}. {直四棱柱}⋂{平行六面体}={直平行六面体}.⑶棱柱具有的性质:①棱柱的各个侧面都是平行四边形,所有的侧棱都相等;直棱柱的各个侧面都是矩形........;正棱柱的各个侧面都是全.等的矩形..... ②棱柱的两个底面与平行于底面的截面是对应边互相平行的全等..多边形. ③过棱柱不相邻的两条侧棱的截面都是平行四边形.注:①棱柱有一个侧面和底面的一条边垂直可推测是直棱柱. (×) (直棱柱不能保证底面是钜形可如图) ②(直棱柱定义)棱柱有一条侧棱和底面垂直.⑷平行六面体:定理一:平行六面体的对角线交于一点.............,并且在交点处互相平分. [注]:四棱柱的对角线不一定相交于一点.定理二:长方体的一条对角线长的平方等于一个顶点上三条棱长的平方和.推论一:长方体一条对角线与同一个顶点的三条棱所成的角为γβα,,,则1cos cos cos 222=++γβα. 推论二:长方体一条对角线与同一个顶点的三各侧面所成的角为γβα,,,则2cos cos cos 222=++γβα. [注]:①有两个侧面是矩形的棱柱是直棱柱.(×)(斜四面体的两个平行的平面可以为矩形) ②各侧面都是正方形的棱柱一定是正棱柱.(×)(应是各侧面都是正方形的直.棱柱才行) ③对角面都是全等的矩形的直四棱柱一定是长方体.(×)(只能推出对角线相等,推不出底面为矩形)④棱柱成为直棱柱的一个必要不充分条件是棱柱有一条侧棱与底面的两条边垂直. (两条边可能相交,可能不相交,若两条边相交,则应是充要条件)2. 棱锥:棱锥是一个面为多边形,其余各面是有一个公共顶点的三角形. [注]:①一个棱锥可以四各面都为直角三角形.②一个棱柱可以分成等体积的三个三棱锥;所以棱柱棱柱3V Sh V ==.图1θθ1θ2图2⑴①正棱锥定义:底面是正多边形;顶点在底面的射影为底面的中心. [注]:i. 正四棱锥的各个侧面都是全等的等腰三角形.(不是等边三角形) ii. 正四面体是各棱相等,而正三棱锥是底面为正△侧棱与底棱不一定相等iii. 正棱锥定义的推论:若一个棱锥的各个侧面都是全等的等腰三角形(即侧棱相等);底面为正多边形. ②正棱锥的侧面积:'Ch 21S =(底面周长为C ,斜高为'h ) ③棱锥的侧面积与底面积的射影公式:αcos 底侧S S =(侧面与底面成的二面角为α)附: 以知c ⊥l ,b a =⋅αcos ,α为二面角b l a --.则l a S ⋅=211①,b l S ⋅=212②,b a =⋅αcos ③ ⇒①②③得αcos 底侧S S =. 注:S 为任意多边形的面积(可分别多个三角形的方法). ⑵棱锥具有的性质:①正棱锥各侧棱相等,各侧面都是全等的等腰三角形,各等腰三角形底边上的高相等(它叫做正棱锥的斜高). ②正棱锥的高、斜高和斜高在底面内的射影组成一个直角三角形,正棱锥的高、侧棱、侧棱在底面内的射影也组成一个直角三角形.⑶特殊棱锥的顶点在底面的射影位置:①棱锥的侧棱长均相等,则顶点在底面上的射影为底面多边形的外心.②棱锥的侧棱与底面所成的角均相等,则顶点在底面上的射影为底面多边形的外心. ③棱锥的各侧面与底面所成角均相等,则顶点在底面上的射影为底面多边形内心. ④棱锥的顶点到底面各边距离相等,则顶点在底面上的射影为底面多边形内心. ⑤三棱锥有两组对棱垂直,则顶点在底面的射影为三角形垂心. ⑥三棱锥的三条侧棱两两垂直,则顶点在底面上的射影为三角形的垂心.⑦每个四面体都有外接球,球心0是各条棱的中垂面的交点,此点到各顶点的距离等于球半径; ⑧每个四面体都有内切球,球心I 是四面体各个二面角的平分面的交点,到各面的距离等于半径.[注]:i. 各个侧面都是等腰三角形,且底面是正方形的棱锥是正四棱锥.(×)(各个侧面的等腰三角形不知是否全等)ii. 若一个三角锥,两条对角线互相垂直,则第三对角线必然垂直. 简证:A B ⊥CD ,AC ⊥BD ⇒ BC ⊥AD. 令b AC c AD a AB ===,,得c a c b AD BC c AD a b AB AC BC -=⋅⇒=-=-=,,已知()()0,0=-⋅=-⋅c a b b c a0=-⇒c b c a 则0=⋅AD BC .iii. 空间四边形OABC 且四边长相等,则顺次连结各边的中点的四边形一定是矩形. iv. 若是四边长与对角线分别相等,则顺次连结各边的中点的四边是一定是正方形. 简证:取AC 中点'O ,则⊥⇒⊥'⊥'AC AC O B AC o o ,平面=∠⇒⊥⇒'FGH BO AC B O O 90°易知EFGH 为平行四边形⇒EFGH 为长方形.若对角线等,则EFGH FG EF ⇒=为正方形. 3. 球:⑴球的截面是一个圆面. ①球的表面积公式:24R S π=. ②球的体积公式:334R V π=. l ab c FEH GBCDAO'⑵纬度、经度:①纬度:地球上一点P 的纬度是指经过P 点的球半径与赤道面所成的角的度数.②经度:地球上B A ,两点的经度差,是指分别经过这两点的经线与地轴所确定的二个半平面的二面角的度数,特别地,当经过点A 的经线是本初子午线时,这个二面角的度数就是B 点的经度. 附:①圆柱体积:h r V 2π=(r 为半径,h 为高) ②圆锥体积:h r V 231π=(r 为半径,h 为高) ③锥形体积:Sh V 31=(S 为底面积,h 为高) 4. ①内切球:当四面体为正四面体时,设边长为a ,a h 36=,243a S =底,243a S =侧 得a a a R R a R a a a 46342334/424331433643222=⋅==⇒⋅⋅+⋅=⋅. 注:球内切于四面体:h S R S 313R S 31V 底底侧ACD B ⋅=⋅+⋅⋅⋅=- ②外接球:球外接于正四面体,可如图建立关系式.构造以半径为斜边的直角三角形线面垂直平行六种关系的证明方法总结一、线线平行的证明方法:1、利用平行四边形。
专题20立体几何中的平行与垂直问题(解析版)

专题20 立体几何中的平行与垂直问题一、题型选讲题型一、线面平行与垂直知识点拨:证明直线与平面的平行与垂直问题,一定要熟练记忆直线与平面的平行与垂直判定定理和性质定理,切记不可缺条件。
直线与平面的平行有两种方法:一是在面内找线;二是通过面面平行转化。
直线与平面垂直关键是找两条相交直线例1、(2019南通、泰州、扬州一调)如图,在四棱锥PABCD中,M, N分别为棱PA, PD的中点.已知侧面PAD丄底面ABCD,底面ABCD是矩形,DA=DP.求证:(1)MN〃平面PBC;MD丄平面PAB.【证明】(1)在四棱锥P-ABCD中,M, N分别为棱PA, PD的中点,所以MN〃AD.(2分)又底面ABCD是矩形,所以BC〃AD.所以MN〃BC.(4分)又BC U平面PBC,MN Q平面PBC,所以MN〃平面PBC. (6分)(2)因为底面ABCD是矩形,所以AB丄AD.又侧面PAD丄底面ABCD,侧面PAD n底面ABCD=AD, AB U底面ABCD,所以AB丄侧面PAD.(8分)又MD U侧面PAD,所以AB丄MD.(10分)因为DA=DP,又M为AP的中点,从而MD丄PA. (12分)又PA,AB在平面PAB内,PA n AB=A,所以MD丄平面PAB.(14分)例2、(2019扬州期末)如图所示,在三棱柱ABCA1B1C1中,四边形AA1B1B为矩形,平面AA1B1B丄平面ABC,点E,F分别是侧面AA1B1B,BB1C1C对角线的交点.(1)求证:EF〃平面ABC;(2)求证:BB]丄AC.规范解答(1)在三棱柱ABCA1B1C1中,四边形AA1B1B,四边形BB1C1C均为平行四边形,E, F分别是侧面AA1B1B, BB1C1C对角线的交点,所以E, F分别是AB1,CB1的中点,所以EF〃AC.(4分)因为EF Q平面ABC, AC U平面ABC,所以EF〃平面ABC.(8分)(2)因为四边形AA1B1B为矩形,所以BB1丄AB.因为平面AA1B1B丄平面ABC,且平面AA1B1B n平面ABC=AB, BB1U平面AA1B1B, 所以BB1丄平面ABC.(12分)因为AC U平面ABC,所以BB1丄AC.(14分)例3、(2019南京、盐城二模)如图,在三棱柱ABCA1B1C1中,AB=AC, A1C丄BC], AB]丄BC1,D, E 分别是AB1和BC的中点.求证:(1)DE〃平面ACC1A1;(2)AE丄平面BCC1B1.A _________ c,规范解答⑴连结A1B,在三棱柱ABCA1B1C1中,AA1#BB1且AA1=BB1,所以四边形AA1B1B是平行四边形.又因为D是AB1的中点,所以D也是BA1的中点.(2分)在厶BA1C中,D和E分别是BA1和BC的中点,所以DE〃A]C.又因为DE G平面ACC1A1,A1C U平面ACC1A1,所以DE〃平面ACC1A1.(6分)(2)由(1)知DE〃A]C,因为A1C丄BC” 所以BC]丄DE.(8 分)又因为BC]丄AB1,AB1H DE=D,AB1,DE U平面ADE,所以BC1丄平面ADE.又因为AE U平在ADE,所以AE丄BC1.(10分)在厶ABC中,AB=AC,E是BC的中点,所以AE丄BC.(12分)因为AE丄BC1,AE丄BC,BC1H BC=B,BC1,BC U平面BCC1B1,所以AE丄平面BCC1B1. (14 分)例4、(2019苏锡常镇调研)如图,三棱锥DABC中,已知AC丄BC,AC丄DC,BC=DC,E,F 分别为BD,CD 的中点.求证:(1)EF〃平面ABC;(2)BD丄平面ACE.所以EF 〃平面ABC.(6分)(2)因为AC丄BC,AC丄DC,BC H DC = C,BC,DC U平面BCD所以AC丄平面BCD,(8分)因为BD U平面BCD,所以AC丄BD,(10分)因为DC=BC,E为BD的中点,所以CE丄BD,(12分)因为AC n CE = C, AC,CE U平面ACE,所以BD丄平面ACE.(14分)例5、(2019苏州三市、苏北四市二调)如图,在直三棱柱ABCA1B1C1中,侧面BCC1B1为正方形,A1B1 丄B1C1•设A1C与AC1交于点D, B1C与BC1交于点E.求证:(1) DE〃平面ABB1A1;(2) BC]丄平面A1B1C.规范解答(1)因为三棱柱ABCA1B1C1为直三棱柱,所以侧面ACC1A1为平行四边形.又A1C 与AC1 交于点D,所以D为AC]的中点,同理,E为BC]的中点•所以DE〃AB.(3分)又AB U平面ABB]A], DE G平面ABB]A], 所以DE〃平面ABB]A].(6分)(2)因为三棱柱ABCA]B]C]为直三棱柱,所以BB]丄平面A]B]C]. 又因为A]B]U平面A]B]C],所以BB]丄A]B i.(8分)又A]B]丄B]C], BB], B]C] U 平面BCC]B], BB]n B]C1=B1,所以A]B]丄平面BCC]B].(10 分)又因为BC]U平面BCC]B1,所以A]B丄BC].(12分)又因为侧面BCC]B1为正方形,所以BC]丄BQ.又A1B1n B1C=B1,A1B1,B1C U平面A1B1C, 所以BC1丄平面A1B1C.(14分)例6、(2017苏北四市一模)如图,在正三棱柱ABCA1B1C1中,已知D, E分别为BC, B1C1的中点,点F 在棱CC1上,且EF丄CD.求证:(1)直线A1E〃平面ADC1;⑴证法1连结ED,因为D, E分别为BC, B1C1的中点,所以B&/BD且B1E=BD, 所以四边形BBDE是平行四边形,(2分)所以BB/DE且BB1=DE. 又BB]〃AA]且BB]=AA], 所以AA/DE且AA1=DE, 所以四边形AA]ED是平行四边形,所以A]E〃AD.(4分)又因为AE G平面ADC, AD U平面ADC,所以直线AE〃平面ADC.(7分)1 1 1畀 ------ 1B证法2连结ED,连结A1C, EC分别交AC” DC1于点M, N,连结MM,则因为D, E分别为BC,B1C1的中点,所以C1E^CD且C、E=CD,所以四边形C1EDC是平行四边形,所以N是CE的中点.(2分)因为A1ACC1为平行四边形,所以M是A1C的中点,(4分)所以MN//A\E.又因为A]E G平面ADC,MN U平面ADC,,所以直线Af〃平面ADC、.(7分)(2)在正三棱柱ABCA1B1C1中,BB]丄平面ABC.又AD U平面ABC,所以AD丄BB、.又A ABC是正三角形,且D为BC的中点,所以AD丄BC.(9分)又BB,,BC U 平面BBCC,,BB1A BC=B,所以AD丄平面B,BCC,,又EF U平面BBCC,所以AD丄EF.(11分)又EF丄CD,CD,AD U平面ADC,,C,D A AD=D,所以直线EF丄平面ADC,.(14分)题型二、线面与面面平行与垂直证明平面与平面的平行与垂直问题,一定要熟练记忆平面与平面的平行与垂直判定定理和性质定理,切记不可缺条件。
立体几何平行和垂直知识点

立体几何的平行和垂直定理一、空间中的平行问题1、直线与平面平行的判定及其性质1判定定理:平面外一条直线与此平面内一条直线平行,则该直线与此平面平行.线线平行⇒线面平行符号表示:2性质定理:如果一条直线和一个平面平行,经过这条直线的平面和这个平面相交,那么这条直线和交线平行.线面平行⇒线线平行符号表示:作用:利用该定理可解决直线间的平行问题.2、平面与平面平行的判定及其性质1判定定理:如果一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面,那么这两个平面平行线面平行→面面平行,符号表示:2性质定理:如果两个平行平面都和第三个平面相交,那么它们的交线平行.面面平行→线线平行符号表示:作用:可以由平面与平面平行得出直线与直线平行3、在寻求平行关系时,利用中位线、平行四边形等知识是非常常见的手段.有时也可用“垂直于同一个平面的两条直线平行”进行证明.二、空间中的垂直问题1、线线、面面、线面垂直的定义①两条异面直线的垂直:如果两条异面直线所成的角是直角,就说这两条异面直线互相垂直.②线面垂直:如果一条直线垂直于一个平面内的任何一条直线垂直,就说这条直线和这个平面垂直.③平面和平面垂直:如果两个平面相交,所成的二面角从一条直线出发的两个半平面所组成的图形是直二面角平面角是直角,就说这两个平面垂直.2、线面垂直判定定理和性质定理判定定理:如果一条直线垂直于一个平面内的两条相交直线,那么这条直线垂直这个平面.线线垂直→线面垂直性质定理:垂直于同一个平面的两条直线平行.3、面面垂直的判定定理和性质定理判定定理: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.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他们的交线的直线垂直于另一个平面.4、在证明线线垂直时,经常利用线面垂直→线线垂直,同时要注意隐含的垂直关系,如等腰三角形的三线合一、矩形的相邻两边互相垂直、直径所对的圆周角为直角、菱形或正方形的两条对角线互相垂直且平分、边长已知时可利用勾股定理得出该三角形为直角三角形等.三、3种空间角1、异面直线的夹角1异面直线:既不相交也不平行的直线为异面直线2两条异面直线所成角的范围是0°,90°,若两条异面直线所成的角是直角,我们就说这两条异面直线互相垂直.3求异面直线夹角的步骤:先将异面直线进行平移使其相交,接着确定其夹角,最后构造三角形,利用正余弦定理进行计算2、直线和平面所成的角1定义:平面的一条斜线和它在平面内的射影所成的锐角,叫做这条直线和这个平面所成的角.2求直线与平面所成角的思路:“一作,二证,三计算”.在“作角”时依定义关键在于找出垂线,进而确定直线在平面内的射影,最后确定直线与平面所成的角3、二面角:1定义:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角,这条直线叫做二面角的棱,这两个半平面叫做二面角的面.1二面角的平面角:以二面角的棱上任意一点为顶点,在两个面内..分别作垂直于...棱的两条射线,这两条射线所成的角叫二面角的平面角.2直二面角:平面角是直角的二面角叫直二面角.两相交平面如果所组成的二面角是直二面角,那么这两个平面垂直;反过来,如果两个平面垂直,那么所成的二面角为直二面角1.2014高考北京卷文第17题如图,在三棱柱111ABC A B C -中,侧棱垂直于底面,AB BC ⊥,12AA AC ==,E 、F 分别为11A C 、BC 的中点.1求证:1//C F 平面ABE ;2求证:平面ABE ⊥平面11B BCC ;3求三棱锥E ABC -的体积.2.已知正方体ABCD -A 1B 1C 1D 11异面直线11CC BA 和的夹角大小是 .2CD B A B A 111和平面所成的角大小是 .3ABCD CD B A 和平面平面11所成二面角的大小是 .。
立体几何中的平行与垂直

立体几何中的平行与垂直1线面平行(1)定义直线与平面无交点.(2)判定定理如果平面外一条直线与此平面内的一条直线平行,那么该直线与此平面平行.(3)性质定理一条直线与一个平面平行,如果过该直线的平面与此平面相交,那么该直线与交线平行.2 面面平行(1)定义α∩β=∅⟹α|| β.(2)判定定理如果一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面,那么两个平面互相平行.(3)面面平行的性质(1) a⊂αα||β}⇒a||β (面面平行⇒线面平行)(2)α || βα∩γ=aβ∩ γ=b}⇒ a || b (面面平行⇒线线平行)(3) 夹在两个平行平面间的平行线段相等.3 线面垂直(1)定义若一条直线垂直于平面内的任意一条直线,则这条直线垂直于平面.符号表述:若任意a⊂α都有l⊥a,则 l⊥α.(2)判定定理如果一条直线与一个平面内的两条相交直线垂直,那么该直线与此平面垂直.(3)性质定理垂直同一平面的两直线平行4 面面垂直(1) 定义若二面角α−l−β的平面角为90∘,则 α⊥β;(2) 判定定理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.(3) 性质定理两个平面垂直,如果一个平面内有一直线垂直于这两个平面的交线,那么这条直线与另一个平面垂直.【例1】如图,三棱柱ABC﹣A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面A1B1C1,底面三角形A1B1C1是正三角形,E是BC中点,则下列叙述正确的是()A.CC1与B1E是异面直线 B.AC⊥平面ABB1A1C.AE,B1C1为异面直线,且AE⊥B1C1 D.A1C1∥平面AB1E练习.1.如图是一几何体的平面展开图,其中四边形ABCD为正方形,△PDC,△PBC,△PAB,△PDA为全等的等边三角形,E、F分别为PA、PD的中点,在此几何体中,下列结论中错误的为()A.直线BE与直线CF共面 B.直线BE与直线AF是异面直线C.平面BCE⊥平面PAD D.面PAD与面PBC的交线与BC平行【例2】如图1,在△ABC中,∠ABC=90°,D为AC中点,AE⊥BD于E,延长AE交BC于F.将△ABD沿BD折起,得到三棱锥A1﹣BCD,如图2所示.(Ⅰ)若M是A1C的中点,求证:DM∥平面A1EF;(Ⅱ)若平面A1BD⊥平面BCD,试判断直线A1B与直线CD能否垂直?并说明理由.练习 2.如图,四边形ABCD为矩形,AD⊥平面ABE,F为CE上的点,且BF⊥平面ACE (Ⅰ)求证:AE⊥BE(Ⅱ)设M在线段AB上,且满足AM=2MB,试在线段CE上确定一点N,使得MN∥平面DAE.【例3】.如图,已知菱形AECD的对角线AC,DE交于点F,点E为的AB中点.将三角形ADE 沿线段DE折起到PDE的位置,如图2所示.(Ⅰ)求证:DE⊥平面PCF;(Ⅱ)证明:平面PBC⊥平面PCF;(Ⅲ)在线段PD,BC上是否分别存在点M,N,使得平面CFM∥平面PEN?若存在,请指出点M,N的位置,并证明;若不存在,请说明理由.练习3 .如图,直角三角形ABC中,A=60°,沿斜边AC上的高BD,将△ABD折起到△PBD的位置,点E在线段CD上.(1)求证:PE⊥BD;(2)过点D作DM⊥BC交BC于点M,点N为PB中点,若PE∥平面DMN,的值.求DEDC立体几何中的平行与垂直1线面平行(1)定义直线与平面无交点.(2)判定定理如果平面外一条直线与此平面内的一条直线平行,那么该直线与此平面平行.(3)性质定理一条直线与一个平面平行,如果过该直线的平面与此平面相交,那么该直线与交线平行.2 面面平行(1)定义α∩β=∅⟹α|| β.(2)判定定理如果一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面,那么两个平面互相平行.(3)面面平行的性质(1) a⊂αα||β}⇒a||β (面面平行⇒线面平行)(2)α || βα∩γ=aβ∩ γ=b}⇒ a || b (面面平行⇒线线平行)(3) 夹在两个平行平面间的平行线段相等.3 线面垂直(1)定义若一条直线垂直于平面内的任意一条直线,则这条直线垂直于平面.符号表述:若任意a⊂α都有l⊥a,则 l⊥α.(2)判定定理如果一条直线与一个平面内的两条相交直线垂直,那么该直线与此平面垂直.(3)性质定理垂直同一平面的两直线平行4 面面垂直(1) 定义若二面角α−l−β的平面角为90∘,则 α⊥β;(2) 判定定理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.(3) 性质定理两个平面垂直,如果一个平面内有一直线垂直于这两个平面的交线,那么这条直线与另一个平面垂直.【例1】如图,三棱柱ABC﹣A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面A1B1C1,底面三角形A1B1C1是正三角形,E是BC中点,则下列叙述正确的是()A.CC1与B1E是异面直线 B.AC⊥平面ABB1A1C.AE,B1C1为异面直线,且AE⊥B1C1 D.A1C1∥平面AB1E解析 A不正确,因为CC1与B1E在同一个侧面中,故不是异面直线;B不正确,由题意知,上底面ABC是一个正三角形,故不可能存在AC⊥平面ABB1A1;C正确,因为AE,B1C1为在两个平行平面中且不平行的两条直线,故它们是异面直线;D不正确,因为A1C1所在的平面与平面AB1E相交,且A1C1与交线有公共点,故A1C1∥平面AB1E 不正确;故选:C.练习.1.如图是一几何体的平面展开图,其中四边形ABCD为正方形,△PDC,△PBC,△PAB,△PDA为全等的等边三角形,E、F分别为PA、PD的中点,在此几何体中,下列结论中错误的为()A.直线BE与直线CF共面 B.直线BE与直线AF是异面直线C.平面BCE⊥平面PAD D.面PAD与面PBC的交线与BC平行答案 C解析画出几何体的图形,如图,由题意可知,A,直线BE与直线CF共面,正确,因为E,F是PA与PD的中点,可知EF∥AD,所以EF∥BC,直线BE与直线CF是共面直线;B,直线BE与直线AF异面;满足异面直线的定义,正确.C,因为△PAB是等腰三角形,BE与PA的关系不能确定,所以平面BCE⊥平面PAD,不正确.D,∵AD∥BC,∴AD∥平面PBC,∴面PAD与面PBC的交线与BC平行,正确.故选:C.【例2】如图1,在△ABC中,∠ABC=90°,D为AC中点,AE⊥BD于E,延长AE交BC于F.将△ABD沿BD折起,得到三棱锥A1﹣BCD,如图2所示.(Ⅰ)若M是A1C的中点,求证:DM∥平面A1EF;(Ⅱ)若平面A1BD⊥平面BCD,试判断直线A1B与直线CD能否垂直?并说明理由.证明:(Ⅰ)取FC中点N.在图1中,由D,N分别为AC,FC中点,所以DN∥EF.在图2中,由M,N分别为A1C,FC中点,所以MN∥A1F,所以平面DMN∥平面A1EF,(5分)所以DM∥平面A1EF.解:(Ⅱ)直线A1B与直线CD不可能垂直.因为平面A1BD⊥平面BCD,EF⊂平面BCD,EF⊥BD,所以EF⊥平面A1BD,(8分)所以A1B⊥EF.假设有A1B⊥CD,注意到CD与EF是平面BCD内的两条相交直线,则有A1B⊥平面BCD.(1)(10分)又因为平面A1BD⊥平面BCD,A1E⊂平面A1BD,A1E⊥BD,所以A1E⊥平面BCD.(2)而(1),(2)同时成立,这显然与“过一点和已知平面垂直的直线只有一条”相矛盾,所以直线A1B与直线CD不可能垂直.练习 2.如图,四边形ABCD为矩形,AD⊥平面ABE,F为CE上的点,且BF⊥平面ACE (Ⅰ)求证:AE⊥BE(Ⅱ)设M在线段AB上,且满足AM=2MB,试在线段CE上确定一点N,使得MN∥平面DAE.证明:(Ⅰ)∵AD⊥平面ABE,AD∥BC,∴BC⊥平面ABE,∵AE⊂平面ABE,∴AE⊥BC,又∵BF⊥平面ACE,AE⊂平面ACE,∴AE⊥BF,∵BC∩BF=B,∴AE⊥平面BCE,又BE⊂平面BCE,∴AE⊥BE.(6分)解:(Ⅱ)在三角形ABE中过M点作MG∥AE交BE于G点,CE,在三角形BEC中过G点作GN∥BC交EC于N点,连MN,则由比例关系得CN=13∵MG∥AE MG⊄平面ADE,AE⊂平面ADE,∴MG∥平面ADE,同理,GN∥平面ADE,∴平面MGN∥平面ADE,又MN⊂平面MGN,∴MN∥平面ADE,∴N点为线段CE上靠近C点的一个三等分点.(12分)【例3】.如图,已知菱形AECD的对角线AC,DE交于点F,点E为的AB中点.将三角形ADE 沿线段DE折起到PDE的位置,如图2所示.(Ⅰ)求证:DE ⊥平面PCF ;(Ⅱ)证明:平面PBC ⊥平面PCF ;(Ⅲ)在线段PD ,BC 上是否分别存在点M ,N ,使得平面CFM ∥平面PEN ?若存在,请指出点M ,N 的位置,并证明;若不存在,请说明理由.【解答】证明:(Ⅰ)折叠前,因为四边形AECD 为菱形,所以AC ⊥DE ;所以折叠后,DE ⊥PF ,DE ⊥CF ,又PF∩CF=F,PF ,CF ⊂平面PCF ,所以DE ⊥平面PCF(Ⅱ)因为四边形AECD 为菱形,所以DC ∥AE ,DC=AE .又点E 为AB 的中点,所以DC ∥EB ,DC=EB .所以四边形DEBC 为平行四边形.所以CB ∥DE .又由(Ⅰ)得,DE ⊥平面PCF ,所以CB ⊥平面PCF .因为CB ⊂平面PBC ,所以平面PBC ⊥平面PCF .解:(Ⅲ)存在满足条件的点M ,N ,且M ,N 分别是PD 和BC 的中点.如图,分别取PD 和BC 的中点M ,N .连接EN ,PN ,MF ,CM .因为四边形DEBC 为平行四边形,所以EF ∥CN ,EF =12BC =CN .所以四边形ENCF 为平行四边形.所以FC ∥EN .在△PDE 中,M ,F 分别为PD ,DE 中点,所以MF ∥PE .又EN ,PE ⊂平面PEN ,PE∩EN=E,MF ,CF ⊂平面CFM ,所以平面CFM ∥平面PEN .练习3 .如图,直角三角形ABC 中,A=60°,沿斜边AC 上的高BD ,将△ABD 折起到△PBD 的位置,点E 在线段CD 上.(1)求证:PE ⊥BD ;(2)过点D 作DM ⊥BC 交BC 于点M ,点N 为PB 中点,若PE ∥平面DMN ,求DE DC 的值.解析 (1)∵BD 是AC 边上的高,∴BD ⊥CD ,BD ⊥PD ,又PD∩CD=D,∴BD ⊥平面PCD ,又PE ⊂平面PCD 中,∴BD ⊥PE ,即PE ⊥BD ;(2)如图所示,连接BE ,交DM 与点F ,∵PE ∥平面DMN ,∴PE ∥NF ,又点N 为PB 中点,∴点F 为BE 的中点;∴DF=12BE=EF ;又∠BCD=90°﹣60°=30°,∴△DEF 是等边三角形,设DE=a ,则BD=√3a ,DC=√3BD=3a ;∴DE DC =a 3a =13.。
立体几何中的向量方法:平行与垂直讲解

3.2 立体几何中的向量方法 3.2.1 平行与垂直关系【基础知识在线】知识点一 空间的方向向量与平面的法向量★★★ 考点:求空间直线的方向向量与平面的法向量 利用方向向量与法向量表示空间角利用方向向量与法向量表示平行与垂直关系知识点二 线线、线面、面面平行的向量表示★★★★★ 考点:利用线线、线面、面面平行的向量表示证明平行关系知识点三 线线、线面、面面垂直的向量表示★★★★★考点:利用线线、线面、面面垂直的向量表示证明垂直关系【解密重点·难点·疑点】问题一:空间的方向向量与平面的法向量1. 空间中任意一条直线l 的位置可以由l 上一个定点A 以及一个定方向确定.点A 是直线l 上一点,向量a 表示直线l 的方向,这个向量a 叫做直线的方向向量.2. 直线α⊥l ,取直线l 的方向向量a ,则向量a 称为平面α的法向量.(1)平面α的一个法向量垂直于与平面α共面的所有向量. (2)一个平面的法向量有无数个,且它们互相平行. 3.平面的法向量的求法(1)已知平面的垂线时,在垂线上取一非零向量即可.(2)已知平面内两不共线向量()()321321,,,,,b b b b a a a a ==时,常用待定系数法:设法向量(),,,z y x u =由⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅,00n b n a 得⎩⎨⎧=++=++,00321321z b y b x b z a y a x a 在此方程组中,对z y x ,,中的任一个赋值,求出另两个,所得u 即为平面的法向量.利用此方法时,方程组有无数组解,赋得值不同,所得法向量就不同,但它们是共线向量.4.用向量语言表述线面之间的平行与垂直关系 :设直线m l ,的方向向量分别为b a ,,平面βα,的法向量分别为v u ,,则 线线平行:;,////R k b k a b a m l ∈=⇔⇔ 即:两直线平行或重合⇔两直线的方向向量共线. 线线垂直:;0=⋅⇔⊥⇔⊥b a b a m l即:两直线垂直⇔两直线的方向向量垂直. 线面平行:;0//=⋅⇔⊥⇔u a u a l α 即:直线与平面平行直线的方向向量与该平面的法向量垂直且直线在平面外.线面垂直:;,//R k u k a u a l ∈=⇔⇔⊥α即:直线与平面垂直直线的方向向量与平面的法向量共线直线的方向向量与平面内两条不共线直线的方向向量都垂直.面面平行:;,////R k v k u v u ∈=⇔⇔βα 即:两平面平行⇔两平面的法向量共线. 面面垂直:.0=⋅⇔⊥⇔⊥v u v u βα即:两平面垂直两平面的法向量垂直.问题二:空间中线线、线面、面面平行的向量坐标表示1. 设直线m l ,的方向向量分别为()()321321,,,,,b b b b a a a a ==,则 线线平行:().,,////212121R k kc c kb b ka a b k a b a m l ∈===⇔=⇔⇔2. 设直线l 的方向向量分别为(),,,321a a a a =平面α的法向量分别为()321,,b b b u =, 线面平行:.00//212121=++⇔=⋅⇔⊥⇔c c b b a a u a u a l α3.平面βα,的法向量分别为()()321321,,,,,b b b v a a a u ==,面面平行:().,,,////212121R k kc c kb b ka a v k u v u ∈===⇔=⇔⇔βα问题三:空间中线线、线面、面面垂直的向量表示1.设直线m l ,的方向向量分别为()()321321,,,,,b b b b a a a a ==,则 线线垂直:.00212121=++⇔=⋅⇔⊥⇔⊥c c b b a a b a b a m l2.设直线l 的方向向量分别为(),,,321a a a a =平面α的法向量分别为()321,,b b b u =, 线面垂直:().,,,//212121R k kc c kb b ka a u k a u a l ∈===⇔=⇔⇔⊥α3.平面βα,的法向量分别为()()321321,,,,,b b b v a a a u ==, 面面垂直:.00212121=++⇔=⋅⇔⊥⇔⊥c c b b a a v u v u βα【点拨思维·方法技巧】 一.求平面的法向量例1已知平面α经过三点()()()0,2,3,1,0,2,3,2,1--C B A ,试求平面α的一个法向量. 【思维分析】先求出,,AC AB ,设出平面α的法向量为()z y x u ,,=,结合向量垂直时数量积为零的性质,联立方程组解题. [解析]()()()0,2,3,1,0,2,3,2,1--C B A ,()(),3,4,2,4,2,1-=--=∴AC AB ,设平面α的法向量为()z y x u ,,=, 依题意,⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅00AC u ABu即⎩⎨⎧=--=--0342042z y x z y x ,解得⎩⎨⎧==02z y x .令2,1==x y 则.∴平面α的一个法向量为()0,1,2=u .【评析】用待定系数法求平面的法向量,关键是在平面内找两个不共线向量,设出平面的法向量,列出方程组,求出的三个坐标不是具体的值,而是比例关系,取其中一组解(非零向量)即可.变式训练1.在正方体1111D C B A ABCD -中,F E ,分别是DCBB ,1AEF D A 11的法向量.证明设正方体的棱长为1,建立如图所示的空间直角坐标系,则()⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛21,1,0,21,1,1,0,0,1AE E A ,图3-2-1()(),01,1,0,21,0,01,011=⎪⎭⎫⎝⎛=A F D()0,0,1,1,21,0111-=⎪⎭⎫⎝⎛-=D A F D .0,02121111=⋅=-=⋅D A AE F D AE ,111,D A AE F D AE ⊥⊥ , 又1111D D A F D = ,⊥∴AE 平面FD A 11AE ∴是平面F D A 11的法向量.. 二.证明平行问题例2在正方体1111D C B A ABCD -中,O 是11D B 的中点,求证:C B 1∥平面1ODC . 【思维分析】在平面内找与向量C B 1平行的向量D A 1,由向量的相等,得线线平行,从尔的线面平行.也可建立空间直角坐标系,求C B 1的方向向量和平面1ODC 的法向量,利用向量的垂直,可得线面平行.证明 方法一1B C =1A D ,又D A B 11∉,D A C B 11//∴,又⊂D A 1平面1ODC , C B 1∴∥平面1ODC .方法二建系如图,设正方体的棱长为1,则可得()()()1,1,0,1,21,21,0,1,0,1,1,111C O C B ⎪⎭⎫⎝⎛,图3-2-2()⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛---=--=0,21,21,1,21,21,1,0,111OC OD C B .设平面1ODC 的法向量为()z y x n ,,=,则⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅001OC n OD n , 得⎪⎩⎪⎨⎧=+-=---0212102121y x z y x ,令1=x ,得1,1-==z y ,()1,1,1-=n .()()01110111=-⨯-+⨯+⨯-=⋅∴n C B , n C B ⊥∴1,C B 1∴∥平面1ODC .【评析】 向量法证明几何中的平行问题,可以有两个途径,一是在平面内找一向量与已知直线的方向向量共线;二是通过建立空间直角坐标系,依托直线的方向向量和平面的法向量的垂直,来证明平行.变式训练2.已知正方体1111D C B A ABCD -中,F E ,分别在C D DB 1,上,且a F D DE 321==,其中a 为正方体棱长. 求证:EF ∥平面C C BB 11. 证明如图所示,建立空间直角坐标系xyz D -,则,32,3,0,0,3,3⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛a a F a a E 故⎪⎭⎫⎝⎛--=3,0,32a a EF ,又()0,,0a AB =显然为平面C C BB 11的一个法向量, 而()03,0,320,,0=⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅=⋅a aa EF AB ,图3-2-3∴AE ⊥EF .又∉E 平面C C BB 11,因此EF ∥平面C C BB 11. 三.证明垂直问题例3.已知正方体1111D C B A ABCD -中,E 为棱1CC 上的动点.(1)求证:BD E A ⊥1;(2)若平面⊥BD A 1平面EBD ,试确定点E 的位置.【思维分析】正方体为建立空间直角坐标系提供了有利条件,对于(1),110A E BD A E BD =⇒⊥;对于(2),利用已知条件平面⊥BD A 1平面EBD ,通过垂直条件下的向量数量积等于0,求得点E 的位置;取BD 的中点O ,易证OE A 1∠是二面角E BD A --1的平面角,利用向量数量积证明10AO EO =即可.[解析]以1,,DD DC DA 所在直线为z y x ,,轴,建立空间直角坐标系,设棱长为a . (1)()()()()()a a C a a A a C a a B a A ,,0,,0,,0,,0,0,,,0,0,11, 设()m a E ,,0,则()()0,,,,,1a a BD a m a a E A --=--=,22100A E BD a a =-+=,所以BD E A ⊥1,即BD E A ⊥1.(2)法一:设BD 的中点为O ,连接OE ,1OA ,则⎪⎭⎫⎝⎛0,2,2a a O , 所以()0,,,,2,2a a BD m a a OE --=⎪⎭⎫⎝⎛-=, 因为BCE ∆≌DCE ∆,所以EB ED =,所以BD OE ⊥,图3-2-4又⎪⎭⎫⎝⎛-=a a a OA ,2,21,所以10OA BD =,所以BD OA ⊥1,所以OE A 1∠是二面角E BD A --1的平面角,因为平面⊥BD A 1平面EBD ,所以21π=∠OE A , 所以10OA OE =,即2,04422a m am a a =∴=+--. 故当E 为1CC 的中点时,能使平面⊥BD A 1平面EBD . 法二:E 为1CC 的中点,证明如下:由E 为1CC 的中点得⎪⎭⎫ ⎝⎛2,,0a a E , 设BD 的中点为O ,连接OE ,1OA ,则⎪⎭⎫⎝⎛0,2,2a a O , 所以()0,,,2,2,2a a BD a a a OE --=⎪⎭⎫⎝⎛-=,则0O EB D =,BD OE ⊥,即BD OE ⊥.又⎪⎭⎫⎝⎛-=a a a OA ,2,21,所以10OA BD =,所以BD OA ⊥1,所以OE A 1∠是二面角E BD A --1的平面角,因为22210442a a a OA OE =--+=,所以OE OA ⊥1, 故OE OA ⊥1,即21π=∠OE A ,所以平面⊥BD A 1平面EBD . 所以当E 为1CC 的中点时,能使平面⊥BD A 1平面EBD .【评析】利用向量解决立体几何中的线线,线面,面面的位置关系问题一般经过以下几个步骤:恰当建系,求相关点的坐标,求相关向量坐标,向量运算,将向量运算结果还原成立体几何问题或结论.变式训练3. 在正棱锥ABC P -中,三条侧棱两两互相垂直,G 是PAB ∆的重心,F E ,分别为PB BC ,上的点,且2:1::==FB PF EC BE . 求证:平面GEF ⊥平面PBC . 证明 (1)方法一如图3-2-5所示,以三棱锥的顶点P 为原点,建立空间直角坐标系. 令3===PC PB PA ,则()()()()1,2,0,3,0,0,0,3,0,0,0,3E C B A , ()()()0,0,0,0,1,1,0,1,0P G F .()()0,0,1,0,0,3==∴FG PA , FG PA FG PA //,3∴=∴ .而PA ⊥平面PBC ,∴FG ⊥平面PBC ,又⊂FG 平面GEF ,∴平面GEF ⊥平面PBC . 方法二 :同方法一,建立空间直角坐标系,则()()()0,1,1,0,1,0,1,2,0G F E ,()(),1,1,1,1,1,0--=--=EG EF设平面GEF 的法向量为()z y x n ,,=,则⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅00EG n EF n , 得0,0,y z x y z +=⎧⎨--=⎩,令1=y ,得0,1=-=x z ,()1,1,0-=n . 而显然()0,0,3=PA 是平面PBC 的一个法向量. 又PA n PA n ⊥∴=⋅,0,即平面PBC 的法向量与平面GEF 的法向量互相垂直,∴平面GEF ⊥平面PBC . 【课后习题答案】 练习(第104页)1.(1)答案:平行.提示:()()a b 32,1,236,3,6=--=--=.(2)答案:垂直.提示:()()()()02232212,3,22,2,1=⨯-+⨯+-⨯=-⋅-=⋅b a ,b a ⊥. (3)答案:平行.提示:()()a b 31,0,033,0,0-=-=-=.图3-2-52.提示:(1).,,0βα⊥∴⊥∴=⋅v u v u (2).//,//βα∴v u (3)u 与v 不垂直,也不平行,α∴与β相交.【自主探究提升】夯实基础1.已知()(),5,6,2,,3,8b n a m ==若m ∥n ,则b a +的值为( ) A.0 B.25 C.221 D.8答案:C . 提示:m ∥n ,()(),5,6,2,3,8b k a =∴即ka k bk 5,63,28===21=∴k 故8,25==b a ,221825=+=+b a .2. 已知()(),2,2,,2,5,1+=-=a a n m 若⊥m n ,则a 的值为( ) A.0B.6C.-6D.±6答案:B. 提示: ⊥m n ,()022251=+⨯-⨯+⨯∴m m ,6=∴m .3.平面α的一个法向量为()0,2,1,平面β的一个法向量为()0,1,2-,则平面α与平面β的位置关系是( )A .平行B .相交但不垂直C .垂直D .不能确定 答案: C.提示: ()()00,1,20,2,1=-⋅ , ∴两法向量垂直,从而两平面也垂直.4.已知()()y x b a ,,3,5,4,2==分别是直线21,l l 的方向向量,若1l ∥2l ,则( ) A .15,6==y x B .215,3==y xC .15,3==y xD .215,6==y x答案:D提示:1l ∥2l ,b a //∴, 则有yx 5432==,解方程得215,6==y x .5. 在正三棱柱111C B A ABC -中,B A C B 11⊥. 求证:B A AC 11⊥.证明: 建立空间直角坐标系xyz C -1, 设b CC a AB ==1,, 则()(),0,,0,,,0,0,2,23,,2,2311a B b a B a a A b a a A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛()()0,0,0,,0,01C b C , ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∴b aa ACb a C B b a a B A ,2,23,,,0,,2,23111. B A C B 11⊥ ,022211=+-=⋅∴b a B A C B ,而022211=-=⋅b a B A AC , B A AC 11⊥∴,即B A AC 11⊥.拓展延伸6.下列各组向量中不平行的是( )A .)4,4,2(),2,2,1(--=-=b aB .)0,0,3(),0,0,1(-==d cC .)0,0,0(),0,3,2(==f eD .)40,24,16(),5,3,2(=-=h g答案:D. 提示:2//;3//;b a a b d c d c =-⇒=-⇒而零向量与任何向量都平行.7.若直线l 的方向向量为()2,0,1=a ,平面α的法向量为()4,0,2--=u ,则( ) A .l ∥α B .l ⊥αC .α⊂lD .l 与α斜交图3-2-6答案: B. 提示:()()a u 22,0,124,0,2-=-=--= ,a u //∴,l ∴⊥α.8.已知()()1,3,2,1,1,1B A -,则直线AB 的模为1的方向向量是________________. 答案:⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛32,32,31,32,32,31 . 提示:()3,2,2,1==AB AB , 直线AB 的模为1的方向向量是()2,2,131±=±AB AB. 9.已知平面α经过点()0,0,0O ,且()1,1,1=u 是α的法向量,()z y x N ,,是平面α内任意一点,则z y x ,,满足的关系式是________________.答案: 0=++z y x . 提示:由题意()()0,,1,1,1=⋅=⋅z y x ON u ,即0=++z y x .10.若直线b a ,是两条异面直线,它们的方向向量分别是()1,1,1和()2,3,2--,则直线b a ,的公垂线(与两异面直线垂直相交的直线)的一个方向向量是________.答案:()5,4,1- (答案不唯一).提示: 设直线b a ,的公垂线的一个方向向量为()z y x u ,,=,b a ,的方向向量分别为b a ,,由题意得⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅00b u a u ,即⎩⎨⎧=--=++02320z y x z y x , 令1=x ,得5,4-==z y ,()5,4,1-=∴u .11.若19(0,2,)8A ,5(1,1,)8B -,5(2,1,)8C -是平面α内的三点,设平面α的法向量),,(z y x a = ,则=z y x ::________________.答案:2:3:(4)-. 提示: 77(1,3,),(2,1,),0,0,44AB AC AB AC αα=--=---== 2243,::::()2:3:(4)4333x y x y z y y y z y ⎧=⎪⎪=-=-⎨⎪=-⎪⎩12.若非零向量()(),,,,,,222111z y x b z y x a ==则212121z z y y x x ==是a 与b 同向或反向的( )A.充分不必要条件B.C.充要条件D.不充分不必要条件答案:A.212121z z y y x x ==,则a 与b 同向或反向,反之不成立.13.如图3-2-7(a)所示,矩形ABCD 和梯形BEFC 所在平面互相垂直,BE ∥CF ,090=∠=∠CEF BCF ,2,3==EF AD .求证:AE ∥平面DCF.证明: 如图3-2-7(b )所示,以点C 为坐标原点,建立空间直角坐标系xyz C -.设c CF b BE a AB ===,,,则()()()0,0,3,,0,3,0,0,0B a A C , ()()0,,0,0,,3c F b E , ()()(),0,,0,0,0,3,,,0b BE CB a b AE ==-=∴0,0=⋅=⋅∴BE CB AE CB ,BE CB AE CB ⊥⊥∴,.⊥∴CB 平面ABE ,又⊥CB 平面DCF ,∴平面ABE ∥平面DCF ,故AE ∥平面DCF .14. 在正方体1111D C B A ABCD -中,F E ,分别是棱BC AB ,的中点,试在棱1BB 上找一图3-2-7(a ) (b)点M ,使得M D 1⊥平面1EFB .解析:建立空间直角坐标系x y z D -,设正方体的棱长为2,则()()()()2,2,2,2,0,0,0,2,1,0,1,211B D F E .设()m M ,2,2,则()()()2,2,2,2,1,0,0,1,111-=---=-=m M D E B EF , ∵M D 1⊥平面1EFB∴ 1D M ⊥EF ,1D M ⊥E B1,0,0111=⋅=⋅∴E B M D EF MD于是-2+2=0,-2-2(m-2)=0,⎧⎨⎩()1,2,2,1M m ∴=∴,即M 为棱1BB 的中点.图3-2-8。
立体几何垂直的证明方法【线线垂直+线面垂直+面面垂直】【20210210】

空间点、线、面的位置关系:垂直【背一背基础知识】1.判定两直线垂直,可供选用的定理有:①若a ∥b ,b ⊥c ,则a ⊥c .②若a ⊥α,b ⊂α,则a ⊥b .2.线面垂直的定义:一直线与一平面垂直⇔这条直线与平面内任意直线都垂直;3.线面垂直的判定定理,可选用的定理有:①若a ⊥b ,a ⊥c ,b ,c ⊂α,且b 与c 相交,则a ⊥α.②若a ∥b ,b ⊥α,则a ⊥α.③若α⊥β,α∩β=b ,a ⊂α,a ⊥b ,则a ⊥β.4.判定两平面垂直,可供选用的定理有:若a ⊥α,a ⊂β,则α⊥β.线面垂直1.如图,在三棱台ABC-DEF 中,平面BCFE⊥平面ABC,∠ACB=90°,BE=EF=F C=1,BC=2,AC=3.(I)求证:BF⊥平面ACFD;2.如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是︒=∠60DAB 且边长为a 的菱形,侧面PAD 是等边三角形,且平面PAD ⊥底面ABCD ,G 为AD 的中点.求证:BG ⊥平面PAD .线线垂直1、如图,在三棱锥P ABC -中,90PAC BAC ∠=∠=︒,PA PB =,点D ,F 分别为BC ,AB 的中点.(1)求证:PF ⊥AD .2、如图,在三棱柱111ABC A B C -中,面11ABB A 为矩形,11,2,AB BC AA D ===为1AA 的中点,BD与1AB 交于点1,O BC AB ⊥.(Ⅰ)证明:1CD AB ⊥3、下图为一简单组合体,其底面ABCD 为正方形,PD ⊥平面ABCD ,//EC PD ,且22PD AD EC ===,N 为线段PB 的中点.(Ⅰ)证明:NE PD ⊥;4、如图所示,在三棱柱111ABC A B C -中,11AA B B 为正方形,11BB C C 为菱形,1160BB C Ð=°,平面11AA B B ^平面11BB C C 。
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D
C
B 1
A 1
C 1
立体几何讲义------线面平行,垂直,面面垂直
立体几何高考考点: 选择题:三视图 选择填空:球类题型 大题
(1)线面平行、面面平行
线面垂直、面面垂直 【运用基本定理】 (2)异面直线的夹角 线面角
面面角(二面角) 【几何法、直角坐标系法】
(3)锥体体积 【找到一个好算的高,运用公式】 点面距离 【等体积法】
线面平行
1、如图所示,边长为4的正方形 与正三角形 所在平面互相垂直,M 、Q 分别是PC ,AD 的中点.求证:PA ∥面BDM
2、如图,在直三棱柱ABC-A 1B 1C 1中, D 为AC 的中点,求证:;平面D BC AB 11//
3、如图,正三棱柱111C B A ABC 的底面边长是2,侧棱长是3,D 是AC 的中点.求证://1C B 平面BD A 1. A
B C A 1
B 1
C 1
D
4、如图,在四棱锥P ﹣ABCD 中,ABCD 是平行四边形,M ,N 分别是AB ,PC 的中点,求证:MN ∥平面PAD .
5、如图,PA 垂直于矩形ABCD 所在的平面,AD=PA=2,CD=2,E 、F 分别是AB 、PD 的中点.求证:AF ∥平
面PCE ;
6、(2012·辽宁)如图,直三棱柱ABC -A ′B ′C ′,∠BAC =90°,AB =AC =2,AA ′=1,点M 、N 分别为A ′B 和B ′C ′的中点.
证明:MN ∥平面A ′ACC ′;
7、【2015高考山东】 如图,三棱台DEF ABC -中,2AB DE G H =,,分别为AC BC ,的中点.
(Ⅰ)求证://BD 平面FGH ;
1.下列条件中,能判断两个平面平行的是( ) A .一个平面内的一条直线平行于另一个平面; B .一个平面内的两条直线平行于另一个平面 C .一个平面内有无数条直线平行于另一个平面 D .一个平面内任何一条直线都平行于另一个平面
2、已知直线a 与直线b 垂直,a 平行于平面α,则b 与α的位置关系是( ) A.b ∥α B.b
α
C.b 与α相交
D.以上都有可能
3. 直线,a b c ,及平面αβ,,使//a b 成立的条件是( )
A .//,a b αα⊂
B .//,//a b αα
C .//,//a c b c
D .//,a b ααβ=I 4.若直线m 不平行于平面α,且m ⊄α,则下列结论成立的是( ) A .α内的所有直线与m 异面 B .α内不存在与m 平行的直线 C .α内存在唯一的直线与m 平行 D .α内的直线与m 都相交 5.下列命题中,假命题的个数是( )
① 一条直线平行于一个平面,这条直线就和这个平面内的任何直线不相交;② 过平面外一点有且只有一条直线和这个平面平行;③ 过直线外一点有且只有一个平面和这条直线平行;④ 平行于同一条直线的两条直线和同一平面平行;⑤ a 和b 异面,则经过b 存在唯一一个平面与α平行
A .4
B .3
C .2
D .1 6、已知两个不重合的平面α,β,给定以下条件: ①α内不共线的三点到β的距离相等;
②l ,m 是α内的两条直线,且l ∥β,m ∥β;
③l ,m 是两条异面直线,且l ∥α,l ∥β,m ∥α,m ∥β; 其中可以判定α∥β的是( )
A . ①
B . ②
C . ①③
D . ③
线面垂直
1、如图,棱长为1的正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,
(1) 求证:AC ⊥平面B 1D 1DB;
2、三棱锥P ABC -中,PC ⊥平面,3,.,2
ABC PC ACB D E π
=∠=
分别为线段
,AB BC
上的点,且2 2.CD DE CE EB ====
(1)证明:DE ⊥平面PCD
3、如图,P 为ABC ∆所在平面外一点,PA ┴面BAC ,<90,ABC ∠=o
AE ┴PB 于E ,AF ┴PC 于F , 求证:(1)BC ┴面PAB ,(2)AE ┴面PBC ,(3)PC ┴面AEF 。
题(19)图
P
C
E
D
B
A
D 1
C 1
B 1
A 1
C
D
B
A
A
C
4、如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥底面ABCD ,60AB AD AC CD ABC ⊥⊥∠=,,°,PA AB BC ==,E 是PC 的中点.(Ⅰ)证明PD ⊥平面ABE ;
1、设α,β,γ为不同的平面,m ,n ,l 为不同的直线,则m ⊥β的一个充分条件是 ( ) A .α⊥β,α∩β=l ,m ⊥l B .α∩γ=m ,α⊥γ,β⊥γ C .α⊥γ,β⊥γ, m ⊥α D .n ⊥α,n ⊥β, m ⊥α
2、设n m ,是不同的直线,α、β、γ是不同的平面,有以下四个命题
①γβγαβα//////⇒⎭⎬⎫;②βαβα⊥⇒⎭⎬⎫⊥m m //;③βαβα⊥⇒⎭
⎬⎫⊥//m m ;④αα////m n n m ⇒⎭⎬⎫⊂; 其中正确的命题是( )
A.①④;
B.②③; C.①③; D.②④;
3、已知直线m 、n ,平面α、β,给出下列命题:
①若,m n αβ⊥⊥,且m n ⊥,则αβ⊥ ②若//,//m n αβ,且//m n ,则//αβ ③若,//m n αβ⊥,且m n ⊥,则αβ⊥ ④若,//m n αβ⊥,且//m n ,则//αβ 其中正确的命题是
A .①③
B .②④
C .③④
D .①
4、已知α、β是平面,m 、n 是直线,则下命题不正确的是( ). A .若m ∥n , m ⊥α, 则n ⊥α B. 若,m ⊥α, m ⊥β, 则α∥β
C.若m ⊥α, m ∥n , n ⊂β, 则α⊥β
D. .若m ∥α, α ∩β=n 则m ∥n
A
B
C
D
P
P
E
B
1.如图,四棱锥P ABCD
-中,侧面PCD为正三角形,且与底面ABCD垂直,已知底面ABCD菱形,
60
ADC
∠=︒,M为PB的中点,求证:
(1)PA CD
⊥;
(2)面CDM⊥面PAB。
2、【2015高考新课标1,文18】(本小题满分12分)如图四边形ABCD
为菱形,G为AC与BD交点,BE ABCD
⊥平面,
(Ⅰ)证明:平面AEC⊥平面BED;
3、(2012天津文数).(本小题满分13分)
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,AD⊥PD,BC=1,PC=23,PD=CD=2.
(II)证明平面PDC⊥平面ABCD;
P
D A
B C
M
1、三棱柱111ABC A B C -中,1CC ⊥平面ABC ,ABC ∆是边长为2的等边三角形,D 为AB 边中点,且12CC AB =.
⑴求证:平面1C CD ⊥平面ABC ; ⑵求证:1AC ∥平面1CDB ; ⑶求三棱锥1D CBB -的体积.
(2010年高考山东卷文科20)(本小题满分12分)
在如图所示的几何体中,四边形ABCD 是正方形,MA ⊥平面ABCD ,//PD MA ,E 、G 、F 分别为MB 、PB 、PC 的中点,且2AD PD MA ==. (I )求证:平面EFG ⊥平面PDC ;
(II )求三棱锥P MAB -与四棱锥P ABCD -的体积 之比. C 1
B 1
A 1
D C
B
A
3、如图,已知矩形ABCD 中,AB=10,BC=6,将矩形沿对角线BD 把△ABD 折起,使A 移到1A 点,且1A 在平面BCD 上的射影O 恰好在CD 上. (Ⅰ)求证:1BC A D ⊥;
(Ⅱ)求证:平面1A BC ⊥平面1A BD ; (Ⅲ)求三棱锥1A BCD -的体积。