第11讲 空间中垂直关系的判定与性质
空间中的垂直关系ppt 人教课标版

O
已知: OA OB , OB OC , OA OC
A B
C
练习
2.如图, M是菱形ABCD所在平面外一点,满
足MA=MC,求证:
AC 平面 BDM
M
D
C
O
A B
练习
求 证 V B A C
V
3 . 如 图 , 在 三 棱 锥 V A B C 中 , V A V C , A B B C
2 2 2 2 2 2
B,C , D 三 点 不 共 线 B,C , D 三 点 确 定 平 面 BC D 又 BC BD B AB 面 BCD
A
C
B
D
因 此 ,旗 杆 AB与 地 面 垂 直 .
练习
1 、求证:如果三条直线 共点,且两两垂直 么
期中的一条直线垂直于 另两条直线确定的
直线与平面垂直的判定定理:
如果一条直线和一个平面内的两条相交直线 都垂直,那么这条直线垂直于这个平面
m n P l l m, l n
简记为:线线垂直
符号表示: m ,n
l
P
m
n
线面垂直
判断:
1.
m , n ,l m, l n l
平面的垂线
A
直线的垂面
垂足
从平面外一点引平面的垂线,这 个点和垂足间的距离,叫做这个 点到这个平面的距离。
垂线段
l 直线和平面垂直的画法
P
α
注:画直线与水平平面垂直时,要把直线画 成和表 示平面的平行四边形横边垂直。
尝试探究
1、直线l 与平面 内的一条直线垂直,能否
空间几何中的垂直关系

空间几何中的垂直关系空间几何是数学中的一个重要分支,研究了在三维空间中的图形、形态和位置关系。
其中垂直关系是几何中的基本概念之一,它在建筑、工程、设计等领域都有广泛的应用。
本文将介绍空间几何中的垂直关系及其相关概念和性质。
1. 垂直关系的定义在空间几何中,两条直线、两个平面或者两个曲面相互垂直,意味着它们的方向互相垂直,不在同一平面上,并且它们的夹角是90度。
具体来说,垂直关系可以分为以下几种情况:1.1 直线的垂直关系空间中的两条直线相互垂直的判定条件有多种,最常用的方法是利用两条直线的方向向量之间的垂直性。
设直线L1的方向向量为a,直线L2的方向向量为b,若a·b=0,则直线L1与直线L2垂直。
1.2 平面的垂直关系两个平面相互垂直的判定方法一般都涉及到它们的法向量。
设平面P1的法向量为n1,平面P2的法向量为n2,若n1·n2=0,则平面P1与平面P2垂直。
1.3 直线与平面的垂直关系直线与平面相互垂直的条件也涉及到它们的方向向量和法向量。
设直线L的方向向量为a,平面P的法向量为n,若a·n=0,则直线L与平面P垂直。
2. 垂直关系的性质垂直关系有一些重要的性质,下面将介绍几个常见的性质。
2.1 垂直平面的夹角如果两个平面相互垂直,则它们的夹角是90度。
这一性质在空间几何中非常重要,可以用来判断两个平面是否相互垂直。
2.2 垂直直线与平面的关系如果一条直线垂直于一个平面,那么它一定位于该平面上的某条直径上。
这一性质可以应用到建筑设计、物理力学等领域。
2.3 垂直向量与平面的关系设一个向量与平面上的任意一条向量都垂直,那么这个向量一定垂直于该平面。
这一性质常用于计算向量与平面的垂直关系。
3. 应用实例垂直关系在实际应用中有很多场景,下面举几个例子进行说明。
3.1 平面墙与地板的垂直关系在建筑设计中,我们常常需要确保墙面与地板垂直,以保证建筑的稳定性和美观性。
3.2 直线与曲面的垂直关系在机械制造中,我们需要确保某些直线与曲面垂直,来实现零件的配合与连接。
第11讲 空间中垂直关系的判定与性质

空间中垂直关系的判定与性质一.基础知识整合1.直线与平面存垂直(1)定义:如果直线l 与平面α内的任意一条直线都垂直,就说直线l 与平面α互相垂直,记作l ⊥α.直线l 叫作平面α的垂线,平面α叫作直线l 的垂面.直线与平面垂直时,它们唯一的公共点P 叫作垂足.(2)画法:通常把直线画成与表示平面的平行四边形的一边垂直,如图(3)判定定理文字语言 符号语言 图形语言如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么该直线与此平面垂直 ⎭⎪⎬⎪⎫l ⊥a l ⊥b a αb αa ∩b =P ⇒l ⊥α2.二面角(1)二面角:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形,叫作二面角,这条直线叫作二面角的棱,这两个半平面叫作二面角的面.(2)二面角的记法:如图,记作:二面角α-AB -β,也可记作2∠α—AB —β.(3)二面角的平面角:以二面角的棱上任意一点为端点,在两个半平面内分别作垂直于棱的两条射线,这两条射线所成的角叫作二面角的平面角,其中平面角是直角的二面角叫作直二面角.3.平面与平面垂直(1)定义:两个平面相交,如果所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直.(2)判定定理文字语言符号语言 图形语言 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⎭⎪⎬⎪⎫a αa ⊥β⇒α⊥β 4.直线与平面垂直的性质定理文字语言图形语言 符号语言 如果两条直线同时垂直于一个平面,那么这两条直线平行⎭⎪⎬⎪⎫a ⊥αb ⊥α⇒a ∥b文字语言图形语言 符号语言 如果两个平面互相垂直,那么在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面⎭⎪⎬⎪⎫α⊥βα∩β=l a αa ⊥l ⇒a ⊥β 题型一:线面垂直的判定 例1:如图所示,在Rt △ABC 中,∠B =90°,且S 为所在平面外一点,满足SA =SB =SC .D为AC 的中点.求证:SD ⊥平面ABC . 证明:∵在Rt △ABC 中,∠B =90°,且D 为AC 的中点,∴BD =AD =DC .又∵SA =SB =SC ,SD 为公共边,∴△SBD ≌△SAD ≌△SCD ,∴∠SDB =∠SDA =∠SCD =90°,∴SD ⊥AD ,SD ⊥BD ,∵AD ∩BD =D ,∴SD ⊥平面ABC .变式训练1:如图,已知AB 是⊙O 的直径,C 是圆周上不同于A ,B 的点,P A ⊥⊙O 所在的平面,AF ⊥PC 于F ,求证:BC ⊥平面PAC . 证明:因为AB 为⊙O 的直径,所以BC ⊥AC .因为P A ⊥平面ABC ,BC平面ABC ,所以P A ⊥BC .因为P A ∩AC =A ,所以BC ⊥平面P AC .题型二:面面垂直的判定例2:已知四面体ABCD 的棱长都相等,E ,F ,G ,H 分别为AB ,AC ,AD ,BC 的中点.求证:平面EHG ⊥平面FHG .证明:如图,取CD 的中点M ,连接HM ,MG ,FM ,则四边形MHEG为平行四边形.连接EM 交HG 于O ,连接FO .在△FHG 中,O 为HG的中点,且FH =FG ,所以 FO ⊥HG .同理可证FO ⊥EM .又HG ∩EM =O ,所以FO ⊥平面EHMG .又FO 平面FHG ,所以平面EHG ⊥平面FHG .变式训练2:如图,在空间四边形ABDC 中,AB =BC ,CD =DA ,E 、F 、G 分别为CD 、DA 和对角线AC 的中点.:求证:平面BEF ⊥平面BDG .证明:∵AB =BC ,CD =AD ,G 是AC 的中点,∴BG ⊥AC ,DG ⊥AC ,又EF ∥AC ,∴EF ⊥BG ,EF ⊥DG .∴EF ⊥平面BGD .∵EF 平面BEF ,∴平面BDG ⊥平面BEF .题型三:垂直关系的综合应用例3:如图,在三棱锥P—ABC中,P A⊥底面ABC,P A=AB,∠BCA=90°.点D,E分别在棱PB,PC上,且DE∥BC.(1)求证:BC⊥平面P AC;(2)是否存在点E使得二面角A—DE—P为直二面角?并说明理由.证明:(1)∵P A⊥底面ABC,∴P A⊥BC.又∠BCA=90°,∴AC⊥BC.又P A∩AC=A,∴BC⊥平面P AC.(2)存在点E使得二面角A—DE—P为直二面角.由(1)知BC⊥平面P AC,又∵DE∥BC,∴DE⊥平面P AC.又∵AE平面P AC,PE平面P AC,∴DE⊥AE,DE⊥PE.∴∠AEP为二面角A—DE—P的平面角.又∵P A⊥底面ABC,∴P A⊥AC.∴∠P AC=90°.∴在棱PC上存在一点E,使得AE⊥PC.这时,∠AEP=90°.故存在点E使得二面角A—DE—P是直二面角.变式训练3:如图所示,P A⊥平面ABC,AC⊥BC,AB=2,BC=2,PB=6,求二面角P—BC—A的大小.解:∵P A⊥平面ABC,BC平面ABC,∴P A⊥BC.又AC⊥BC,P A∩AC=A,∴BC⊥平面P AC.又PC平面P AC,∴BC⊥PC.又BC⊥AC,∴∠PCA为二面角P—BC—A的平面角.在Rt△PBC中,∵PB=6,BC=2,∴PC=2.在Rt△ABC中,∵AB=2,BC=2,∴AC= 2.∴在Rt△P AC中,cos∠PCA=2,∴2∠PCA=45°,即二面角P—BC—A的大小为45°.题型四:线面垂直性质定理的应用例4:如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E、F分别在A1D、AC上,且EF⊥A1D,EF⊥AC.求证:EF∥BD1.证明:如图所示,连接AB1、B1C、BD.∵DD1⊥平面ABCD,AC平面ABCD.∴DD1⊥AC.又∵AC⊥BD,且BD∩DD1=D,∴AC⊥平面BDD1.∵BD1平面BDD1,∴BD1⊥AC.同理可证BD1⊥B1C.∴BD1⊥平面AB1C.∵EF⊥A1D,A1D∥B1C,∴EF⊥B1C.又EF⊥AC,且AC∩B1C=C,∴EF⊥平面AB1C,∴EF∥BD1.变式训练3:如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E、F分别在A1D、AC上,且EF⊥A1D,EF⊥AC.若G是AB的中点,则E在A1D上什么位置时,能使EG⊥平面AB1C?解:若EG⊥平面AB1C,因为BD1⊥平面AB1C,所以EG∥BD1.因为G为AB的中点,所以E为AD1的中点,即E为A1D的中点时,EG⊥平面AB1C.题型五:面面垂直性质定理的应用例5:已知平面P AB⊥平面ABC,平面P AC⊥平面ABC,求证:P A⊥平面ABC.证明:如图所示,在BC上任取一点D,作DF⊥AC于F,DG⊥AB于G,∵平面P AC⊥平面ABC,且平面P AC∩平面ABC=AC,∴DF⊥平面P AC,又∵P A平面P AC,∴DF⊥P A,同理DG⊥P A,又∵DF∩DG=D且DF平面ABC,DG平面ABC,∴P A⊥平面ABC.变式训练5:如图所示,边长为2的等边△PCD所在的平面垂直于矩形ABCD所在的平面,BC=22,M为BC的中点.求证:AM⊥PM.证明:如图连接AP.矩形ABCD中,AD⊥DC,BC⊥DC,又∵平面PDC⊥平面ABCD,平面PDC∩平面ABCD=DC,∴AD⊥平面PDC,BC⊥平面PDC,又∵PD平面PDC,PC平面PDC,∴AD⊥PD,BC⊥PC,在Rt△P AD和Rt△PMC中,易知AP2=AD2+PD2=(22)2+22=12,PM2=PC2+MC2=22+(2)2=6,又∵Rt△ABM中,AM2=AB2+BM2=22+(22)2=6,∴AP2=PM2+AM2,∴AM⊥PM.题型六:垂直关系的综合应用例6:如图,正方形ABCD所在平面与平面四边形ABEF所在平面互相垂直,△ABE是等腰直角三角形,AB=AE,F A=FE,∠AEF=45°.(1)求证:EF⊥平面BCE;(2)设线段CD、AE的中点分别为P,M,求证:PM∥平面BCE.证明:(1)因为平面ABEF⊥平面ABCD,BC平面ABCD,BC⊥AB,平面ABEF∩平面ABCD =AB,所以BC⊥平面ABEF.所以BC⊥EF.因为△ABE为等腰直角三角形,AB=AE,所以∠AEB=45°.又因为∠AEF=45°,所以∠FEB=90°,即EF⊥BE.因为BC平面BCE,BE平面BCE,BC∩BE=B,所以EF⊥平面BCE.(2)取BE的中点N,连接CN,MN,则MN綊12AB綊PC,所以PMNC为平行四边形.所以PM∥CN.因为CN在平面BCE内,PM不在平面BCE内,所以PM∥平面BCE.变式训练6:如图,四棱锥S-ABCD中,SD⊥平面ABCD,AB∥DC,AD⊥DC,AB=AD =1,SD=2,BC⊥BD,E为棱SB上的一点,平面EDC⊥平面SBC.(1)证明:DE⊥平面SBC;(2)证明:SE=2EB.证明:(1)连接BD,∵SD⊥平面ABCD,故BC⊥SD,又∵BC⊥BD,BD∩SD=D,∴BC⊥平面BDS,∴BC⊥DE. 作BK⊥EC,K为垂足,因平面EDC⊥平面SBC,故BK⊥平面EDC,BK⊥DE. 又∵BK平面SBC,BC平面SBC,BK∩BC=B,∴DE⊥平面SBC. (2)由(1)知DE⊥SB,DB=2AD= 2.∴SB=SD2+DB2=6,DE=SD·DBSB=233,EB=DB2-DE2=63,SE=SB-EB=263,∴SE=2EB.三.方法规律总结1.线面垂直的判定定理是证明线面垂直的主要方法,证明的关键是在平面内找到两条相交直线与已知直线垂直.2.在证明面面垂直时,一般方法是从一个平面内寻找另一个平面的垂线,若这样的直线图中不存在,则可通过作辅助线来解决(所作辅助线要有利于题目的证明),即由线面垂直证面面垂直.3.空间中线线、线面、面面之间的垂直关系可以相互转化,其转化关系如下:4.会用线面垂直的性质定理证明平行问题,用面面垂直的性质定理证明垂直问题.四:课后练习作业一、选择题1.设l、m为不同的直线,α为平面,且l⊥α,下列为假命题的是(B)A.若m⊥α,则m∥l B.若m⊥l,则m∥αC.若m∥α,则m⊥l D.若m∥l,则m⊥α【解析】A中,若l⊥α,m⊥α,则m∥l,所以A正确;B中,若l⊥α,m⊥l,则m∥α或mα,所以B错误;C中,若l⊥α,m∥α,则m⊥l,所以C正确;若l⊥α,m∥l,则m⊥α,所以D正确.2.在正方体ABCD—A1B1C1D1中,与AD1垂直的平面是(A)A.平面A1DCB1 B.平面DD1C1C C.平面A1B1C1D1D.平面A1DB【解析】连接A1D、B1C,由ABCD—A1B1C1D1为正方体可知,AD1⊥A1B1,AD1⊥A1D.故AD1⊥平面A1DCB1.3.如图,在正四面体P-ABC中,D、E、F分别是AB、BC、CA的中点,下面四个结论中不成立的是(C)A.BC∥平面PDF B.DF⊥平面P AEC.平面PDF⊥平面ABC D.平面P AE⊥平面ABC【解析】由题意知BC∥DF,且BC⊥PE,BC⊥AE.∵PE∩AE=E,∴BC⊥平面P AE,∴BC∥平面PDF成立,DF⊥平面P AE成立,平面P AE⊥平面ABC也成立.4.设α、β是两个不同的平面,l是一条直线,以下命题正确的是(C) A.若l⊥α,α⊥β,则lβB.若l∥α,α∥β,则lβC.若l⊥α,α∥β,则l⊥βD.若l∥α,α⊥β,则l⊥β【解析】A错,可能l∥β;B错,可能l∥β;C正确;D错,不一定l⊥β.5.设平面α⊥平面β,且α∩β=l,直线aα,直线bβ,且a不与l垂直,b不与l垂直,那么a与b (B)A.可能垂直,不可能平行B.可能平行,不可能垂直C.可能垂直,也可能平行D.不可能垂直,也不可能平行【解析】当a,b都平行于l时,a与b平行,假设a与b垂直,如图所示,由于b与l不垂直,在b上任取一点A,过点A作b′⊥l,∵平面α⊥平面β,∴b′⊥平面α,从而b′⊥a,又由假设a⊥b易知a⊥平面β,从而a⊥l,这与已知a不与l垂直矛盾,∴假设不正确,a与b不可能垂直.6.空间四边形ABCD,若AB、AC、AD与平面BCD所成角相等,则A点在平面BCD的射影是△BCD的(A)A.外心B.内心C.重心D.垂心【解析】设A点在平面BCD内的射影为O.可知,△OAB≌△OAC≌△OAD.∴OB=OC=OD,∴点O为外心.7.下列说法中正确命题的个数为(B)①如果直线l与平面α内的无数条直线垂直,则l⊥α;②如果直线l不垂直于α,则α内没有与l垂直的直线;③如果一条直线与平面内的一条直线垂直,则该直线与此平面必相交;④如果一条直线和平面的一条垂线垂直,该直线必在这个平面内;⑤如果一条直线和一个平面垂直,该直线垂直于平面内的任一直线.A.0B.1C.2D.3【解析】如图(1)所示,l与α相交(不垂直),此时也有无数条直线与l垂直.故①②错误;如图(2)所示,l与α平行,此时平面内也存在无数条直线与l垂直,故③④错误;如图(3)所示,直线l与平面α的垂线m垂直,但l不在平面α内;由线面垂直的定义可知,⑤正确.8.如图,在正方形ABCD中,E、F分别为边BC,CD的中点,H是EF的中点,现沿AE、AF,EF把这个正方形折成一个几何体,使B、C、D三点重合于点G,则下列结论中成立的是(A)A.AG⊥平面EFG B.AH⊥平面EFGC.GF⊥平面AEF D.GH⊥平面AEF【解析】∵AG⊥GF,AG⊥GE,GF∩GE=G,∴AG⊥平面EFG.9.如图,在四边形ABCD中,AD∥BC,AB=AD,∠BCD=45°,∠BAD=90°,将△ABD 沿BD折起,使平面ABD⊥平面BCD,构成四面体ABCD,则在四面体ABCD中,下列命题正确的是(B)A.平面ADC⊥平面BDCB.平面ABD⊥平面ABCC.平面ABC⊥平面BDCD.平面ADC⊥平面ABC【解析】在图①中,∵∠BAD=90°,AD=AB,∴∠ADB=∠ABD=45°.∵AD∥BC,∴∠DBC=45°.又∵∠BCD=45°.∴∠BDC=90°,即BD⊥CD.在图②中,此关系仍成立.∵平面ABD⊥平面BCD,∴CD⊥平面ABD.∵BA平面ADB,∴CD⊥AB.∵BA⊥AD,∴BA⊥平面ACD.∵BA平面ABC,∴平面ABC⊥平面ACD.10.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,点P在侧面BCC1B1上运动,并且总保持AP⊥BD1,则动点P在(A)A.线段B1C上B.线段BC1上C.BB1中点与CC1中点的连线上D.B1C1中点与BC中点的连线上【解析】连接AC,B1C,AB1,由线面垂直的判定可知BD1⊥平面AB1C.若AP平面AB1C,则AP⊥BD1.这样只要P在B1C上移动即可.二、填空题11.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,平面ACD1与平面BB1D1D的位置关系是________.垂直【解析】∵ABCD是正方形,∴AC⊥BD.又∵D1D⊥平面ABCD,AC平面ABCD,∴D1D⊥AC.∵D1D∩DB=D,∴AC⊥平面BB1D1D.∵AC平面ACD 1,∴平面ACD1⊥平面BB1D1D.12.如图所示,已知P A⊥平面α,PB⊥平面β,垂足分别为A、B,α∩β=l,∠APB=50°,则二面角α-l-β的大小为________.130°【解析】如图,设平面P AB∩l=O,连接AO,BO,AB,∵P A⊥α,lα,∴P A⊥l.同理PB⊥l,而PB∩P A=P,∴l⊥平面P AB,∴l⊥AO,l⊥BO,∴∠AOB即为二面角α-l-β的平面角.结合图形知∠AOB+∠APB=180°,∴∠AOB=130°.13.如图,已知平面α⊥平面β,在α与β的交线l上,取线段AB=4,AC、BD分别在平面α和平面β内,它们都垂直于交线AB,并且AC=3 cm,BD=12 cm,则CD=______.13 cm【解析】连接BC.因为平面α⊥平面β,且α∩β=l,又因为BD平面β,且BD⊥l,所以BD⊥平面α.又∵BC平面α,∴BC⊥BD.所以△CBD也是直角三角形.在Rt△BAC中,BC=32+42=5.在Rt△CBD中,CD=52+122=13.所以CD长为13 cm.14.α,β是两个不同的平面,m ,n 是平面α与β之外的两条不同直线,给出四个论断:①m ⊥n ;②α⊥β;③n ⊥β;④m ⊥α.以其中三个论断作为条件,余下一个论断作为结论,写出你认为正确的一个命题:________.若①③④,则②(或若②③④,则①)【解析】利用面面垂直的判定,可知①③④⇒②为真;利用面面垂直的性质,可知②③④⇒①为真.15.如图平面ABC ⊥平面BDC ,∠BAC =∠BDC =90°,且AB =AC =a ,则AD =_______a【解析】如图所示,取BC 的中点E ,连接ED ,AE ,∵AB =AC ,∴AE ⊥BC ,∵平面ABC ⊥平面BDC .∴AE ⊥平面BDC ,∴AE ⊥ED .在Rt △ABC 和Rt △BCD 中,AE =ED =12BC =22a ,∴在Rt △AED 中,AD =AE 2+ED 2=a .三、解答题16.如图所示,AB 是圆O 的直径,P A 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 .求证:AN ⊥平面PBM .证明:设圆O 所在的平面为α,∵P A ⊥α,且BM α,∴P A ⊥BM .又∵AB 为⊙O 的直径,点M 为圆周上一点,∴AM ⊥BM ,∵直线P A ∩AM =A ,∴BM ⊥平面P AM .又AN 平面P AM ,∴BM ⊥AN .这样,AN 与PM ,BM 两条相交直线垂直.故AN ⊥平面PBM .17.如图所示,过S 引三条长度相等但不共面的线段SA ,SB ,SC 且∠ASB =∠ASC =60°,∠BSC =90°.求证:平面ABC ⊥平面BSC .【证明】(法一)取BC 的中点D ,连接AD ,SD .∵∠ASB =∠ASC ,且SA =SB=AC ,∴AS =AB =AC .∴AD ⊥BC .又△ABS 是正三角形,△BSC 为等腰直角三角形,∴BD =SD .∴AD 2+SD 2=AD 2+BD 2=AB 2=AS 2.由勾股定理的逆定理,知AD ⊥SD .又∵SD ∩BC =D ,∴AD ⊥平面BSC .又AD 平面ABC ,∴平面ABC ⊥平面BSC .(法二)同法一证得AD ⊥BC ,SD ⊥BC ,则∠ADS即为二面角A —BC —S 的平面角.∵∠BSC =90°,令SA=1,则SD =22,AD =22,∴SD 2+AD 2=SA 2.∴∠ADS =90°.∴平面ABC ⊥平面BSC .18.如图,在三棱锥S -ABC 中,SA ⊥平面ABC ,AB ⊥BC ,DE 垂直平分SC ,分别交AC 、SC 于D 、E ,且SA =AB =a ,BC =2a . (1)求证:SC ⊥平面BDE ;(2)求平面BDE 与平面BDC 所成二面角的大小.(1)证明:∵SA ⊥平面ABC ,又AB 、AC 、BD 平面ABC ,∴SA ⊥AB ,SA ⊥AC ,SA ⊥BD ,∴SB =SA 2+AB 2=2a .∵BC =2a ,∴SB=BC .∵E 为SC 的中点,∴BE ⊥SC .又DE ⊥SC ,BE ∩DE =E ,∴SC ⊥平面BDE .(2)由(1)及BD 平面BDE ,得BD ⊥SC .又知BD ⊥SA ,∴BD ⊥平面SAC .∴BD ⊥AC 且BD ⊥DE .∴∠CDE 为平面BDE 与平面BDC 所成二面角的平面角.∵AB ⊥BC ,AC =AB 2+BC 2=3a .∴Rt △SAC 中,tan ∠SCA =SA AC =33,∴∠SCA =30°.∴∠CDE =60°,即平面BDE 与平面BDC 所成二面角为60°.19.如图,已知三棱锥A BPC -中,AP PC ⊥,AC BC ⊥,M为AB 中点,D 为PB 中点,且PMB ∆为正三角形.(1)求证:DM APC ∥平面;(2)求证:ABC APC ⊥平面平面.证明:(1)∵M 为AB 中点,D 为PB 中点,∴MD //AP ,又MD不在平面APC 上,∴MD //平面APC .(2)∵△PMB 为正三角形,又D 为PB 中点. ∴MD ⊥PB .又由(1)知MD //A P , ∴AP ⊥PB . 又AP ⊥PC , 且PB ∩PC =P ,∴AP ⊥平面PBC , ∴AP ⊥BC , 又∵AC ⊥BC , 且AP ∩AC =A ∴BC ⊥平面APC , 又BC 在平面ABC 内,∴平面ABC ⊥平面APC .20.如图所示,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 是AB 上一点,N 是A 1C 的中 点,MN ⊥平面A 1DC .求证:(1)MN ∥AD 1;(2)M 是AB 的中点.证明:(1)∵ADD 1A 1为正方形,∴AD 1⊥A 1D .又∵CD ⊥平面ADD 1A 1,AD 1平面ADD 1A 1,∴CD ⊥AD 1.∵A 1D ∩CD =D ,∴AD 1⊥平面A 1DC .又∵MN ⊥平面A 1DC ,∴MN ∥AD 1. MD B P C A(2)连接ON ,在△A 1DC 中,A 1O =OD ,A 1N =NC .∴ON 綊12CD 綊12AB ,∴ON ∥AM .又∵MN ∥OA ,∴四边形AMNO 为平行四边形,∴ON =AM .∵ON =12AB ,∴AM =12AB ,∴M 是AB 的中点.21.如图所示,P 是四边形ABCD 所在平面外一点,ABCD 是∠DAB =60°且边长为a 的菱形,侧面P AD 为正三角形,其所在平面垂直于底面ABCD . (1)若G 为AD 边的中点,求证:BG ⊥平面P AD ;(2)求证:AD ⊥PB .证明:(1)连接PG ,BD .由题知△P AD 为正三角形,G 是AD 的中点,∴PG ⊥AD .又平面P AD ⊥平面ABCD ,平面P AD ∩平面ABCD =AD ,PG 平面P AD ,∴PG ⊥平面ABCD ,∴PG ⊥BG .又∵四边形ABCD 是菱形且∠DAB =60°,∴△ABD 是正三角形,∴BG⊥AD .又AD 平面P AD ,PG 平面P AD ,且AD ∩PG =G ,∴BG ⊥平面P AD .(2)由(1)可知BG ⊥AD ,PG ⊥AD .又BG 平面PBG ,PG 平面PBG ,且BG ∩PG =G ,AD ⊥平面PBG ,∴AD ⊥PB .。
空间中的垂直关系 课件

(2)若 AB =B C ,则 B D ⊥AC ,
由(1)可知,SD ⊥平面 AB C ,而 B D ⊂ 平面 AB C ,
因此 SD ⊥B D .
∵SD ⊥B D ,B D ⊥AC ,SD ∩AC =D ,∴B D ⊥平面 SAC .
T 题型二面
面垂直问题
例 2如图所示,已知△AB C 是等边三角形,E C ⊥平面 AB C ,B D ⊥
(1)求证:SD ⊥平面 AB C ;
(2)若 AB =B C ,求证:B D ⊥平面 SAC .
【证明】(1)如图所示,取 AB 中点 E ,连接 SE ,D E ,在 R t△AB C 中,D ,E 分别
为 AC ,AB 的中点,故 D E∥B C ,且 D E ⊥AB ,
∵SA=SB ,
∴△SAB 为等腰三角形.
从斜线上斜足以外的一点向平面引垂线,过垂足和斜足的直线叫斜线
在平面内的射影.
(2)斜线和平面所成的角的定义
平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角,叫做这条直线和这
个平面所成的角.
若直线在平面内或直线和平面平行,则说直线和平面成 0°
角;若直线和
平面垂直,则说直线和平面成 90°
角.
任一直线和平面所成角 θ
由于平面 P D C⊥平面 AB CD ,而直线 CD 是平面 P D C 与平面 AB CD 的交
线,
故 P E ⊥平面 AB CD ,由此得∠P B E 为直线 P B 与平面 AB CD 所成的角.
在△P D C 中,由于 P D =C D =2,P C =2 3,
可得∠P CD =30°
.
在 R t△P EC 中,P E =P C sin30°
空间中的垂直关系ppt课件

10m
8m
10m
6m
6m
课堂小结
1.线面垂直的定义: 如果一条直线垂直于一个平面内的任 何一条直线,则此这条直线垂直于这个平面. 2、性质定理:如果一条直线垂直于一个平面,则它垂直于 这个平面内的所有直线。 3.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, 那么此直线垂直于这个平面。 4 判定定理的推论: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同一个平面。
线线垂直
线面垂直的判定定理 线面垂直的性质定理
线面垂直
3.数学思想方法:转化的思想 平面问题 空间问题
有关的数学名言 ◇数学知识是最纯粹的逻辑思维活动,以 及最高级智能活力美学体现。——普林 舍姆 ◇历史使人聪明,诗歌使人机智,数学 使人精细。——培根 ◇数学是最宝贵的研究精神之一。—— 华罗庚 ◇没有哪门学科能比数学更为清晰地阐 明自然界的和谐性。——卡罗斯 ◇数学是规律和理论的裁判和主宰者。
C F B
典型例题
例2. 有一根旗杆AB A 高8m,它的顶端A挂 有两条长10m的绳子, 拉紧绳子,并把它的下 端放在地面上的两点 B (和旗杆脚不在同一 C 条直线上 )C、D. 如 果这两点都和旗杆脚B 的距离是6m,那么旗杆就和地面垂直,为什 么?
D
例题2
有一根旗杆AB高8米(如图),它的顶端A挂着两条长10米的 绳子,拉紧绳子,并把它的下端放在地面上的两点C,D(和旗 杆脚不在同一条直线上)。如果这两点都和旗杆脚B的距离是6 米,那么旗杆就和底面垂直,为什么?
两条直线互相垂直
你认为直线与平面垂 思考:两条直线互相垂直 直该怎样定义才恰当? 一定会有交点吗?
B
α
B1 C1
C
空间中的垂直关系PPT教学课件

(2)BC 平面PAC
P
A
O
B
C
例3.如图,P是△ABC所在平面外的一点, PA⊥PB , PB⊥PC , PC⊥PA , H是△ABC 的垂心 , 求证:PH⊥平面ABC
P
线线垂直
A
线面垂直
C EH D
B
线线垂直
练习
以港兴市
为“看不见的手”把脉
专题探究
一哄而下
设计目的:反映市场调节盲目性与自发性问题
靠山养山,方能吃山
设计目的:反映局部效益与整体效益冲突的现象
以港兴市
设计目的:反映政府调控失灵的现象
为“看不见的手把脉”
设计目的:综合分析市场机制的弊端
“看得见的手”所对应的课标内容
内容目标:从消极方面,讨论当代市场经济对社会 生活的影响。
目标4 了解当今科技发展和经济成长的特点,逐步 形成促进社会进步的思想观念。
第四单元 与经济成长、科技进步同行
课名
置身市场经济
主题
现代经济成长
感受科技之光
现代科技发展
与时俱进的时代精神
思想道德建设
第一课 置身于市场经济
框题
中心
看不见的手
市场在经济生活中的地位和作用
看得见的手
因地制宜 优势互补
角色与选择
防洪堤
l 市场无法提供的物品
路灯
l 某些产品不能任由市场调节
l 市场调节的弱点
滞后性 自发性 盲目性
枪支 毒品
物品
私人物品 公共物品
如苹果
私人物品 具有排他性 购买才能消费
市场调节
空间中的垂直关系

(2)如图,假设存在点F使平面 AFD⊥平面BFC, ∵AD∥BC,∴AD∥平面BFC, ∴AD平行于平面AFD与平面 BFC的交线l. 8分 ∵EP⊥平面ABCD, ∴EF⊥AD,而AD⊥AB, ∴AD⊥平面EAB, ∴l⊥平面EAB,
∴∠AFB是平面AFD与平面BFC 所成二面角的平面角, 10分 ∵P是AB中点,且FP⊥AB, ∴当∠AFB=90°时,FP=AP, FP ∴当 FP=AP,即 =1 时,平面 AP AFD⊥平面 BFC.… 12 分
规律方法总结
1.空间的垂直关系有直线与直线 垂直、直线与平面垂直、平面与平面垂 直.它们之间存在相互转化关系:
2.当有面面垂直时,一般是在 一个面内找(作)交线的垂线,则直线 垂直于面;在证面面垂直时,一般可 先从现有的直线寻找平面的垂线;在 证面面垂直时,一般可先从现有的直 线寻找平面的垂线,若没有,可作辅 助线解决.
(1)求证:DP⊥面EPC; (2)问在EP上是否存在点F使平面
FP AFD⊥平面 BFC?若存在,求出 的值. AP
解:(1)证明:∵EP⊥面 ABCD, ∴EP⊥DP, 又ABCD为矩形, AB=2BC, P、Q分别为AB、CD的中 点, 1 ∴PQ⊥DC且PQ= 2 DC, ∴DP⊥PC, 4分 又∵EP∩PC=P,∴DP⊥ 面EPC. 6分
2.直线a与b垂直,b⊥平面α,则a与α的 位置关系是( ) A.a⊥α B.a∥α C.a⊂α D.a⊂α或a∥α 答案:D
3.如图,如果MC⊥菱形ABCD所在 平面,那么MA与BD的位置关系是( ) A.平行 B.垂直但不相交 C.异面 D.相交但不垂直 答案:B
三基能力强化
4.(教材习题改编) △ABC中,∠ABC=90°, PA⊥平面ABC,则图中直角三 角形的个数是 . 答案:4
空间里的垂直关系课件

总结与应用
总结
垂直关系是空间中重要的概念,它们存在于日 常生活中的各个领域,以及科学、工程和数学 的研究中。
应用
通过理解和应用垂直关系,我们可以更好地理 解和解释事物之间的垂直位置和相对关系。
空间里的垂直关系ppt课件
在这个PPT课件中,我们将深入探讨空间中的垂直关系。从定义到应用,从数 学表达到性质,让我们一起通过实例来理解和应用垂直关系。
空间的定义
空间是我们生活中的基本概念,代表着我们所存在的物质维度。它可以是三维的,也可以是更高维度的。在空 间中,我们可以观察到各种关系和规律。
垂直关系的概念
1 什么是垂直关系?
垂直关系表示两个事物或元素之间的竖直方 向上的相对位置。
2 为什么垂直关系重要?
垂直关系有助于我们理解物体的高度、深度 和层次结构,以及它们在空间中的相对位置。
垂直关系在日常生活中的应用
城市天际线
高楼大厦在城市中形成了壮观的 垂直关系,展示了人类的建筑和 工程能力。
楼梯
树木
楼梯是连接不同楼层的垂直通道, 使我们能够便捷地在空间中垂直 移动。
树木的分层结构和不同高度的树 冠形成了自然界中的垂直关系, 营造出美丽的风景。
垂直关系的数学表达
1 直线的斜率
在二维平面中,两条垂直直线的斜率乘积为-1。
2 向量的垂直性
两个向量垂直的条件是它们的内积等于零。
垂直关系的性质
垂直的直角
两条相交直线的内角和为90度, 形成垂直的直角。
垂直的投影
一个物体沿着垂直方向的投影 是它在垂直平面上的影子。
垂直的比例
两个物体相似且比例相等时, 它们在垂直方向上的对应线段 也相似且比例相等。
通过实例理解垂直关系
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空间中垂直关系的判定与性质一.基础知识整合1.直线与平面存垂直(1)定义:如果直线l 与平面α内的任意一条直线都垂直,就说直线l与平面α互相垂直,记作l ⊥α.直线l 叫作平面α的垂线,平面α叫作直线l 的垂面.直线与平面垂直时,它们唯一的公共点P 叫作垂足.(2)画法:通常把直线画成与表示平面的平行四边形的一边垂直,如图(3)判定定理 ⎭⎪⎬⎪⎫l ⊥a l ⊥b a αb αa ∩b =P ⇒l ⊥α从一条直线出发的两个半平面所组成的图形,叫作二面角,这条直线叫作二面角的棱,这两个半平面叫作二面角的面.(2)二面角的记法:如图,记作:二面角α-AB -β,也可记作2∠α—AB —β.(3)二面角的平面角:以二面角的棱上任意一点为端点,在两个半平面内分别作垂直于棱的两条射线,这两条射线所成的角叫作二面角的平面角,其中平面角是直角的二面角叫作直二面角.3.平面与平面垂直(1)定义:两个平面相交,如果所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直.(2)判定定理⎭⎪⎬⎪⎫a αa ⊥β⇒α⊥β符号语言⎭⎪⎬⎪⎫α⊥βα∩β=l a αa ⊥l ⇒a ⊥β 题型一:线面垂直的判定 例1:如图所示,在Rt △ABC 中,∠B =90°,且S 为所在平面外一点,满足SA =SB =SC .D为AC 的中点.求证:SD ⊥平面ABC .证明:∵在Rt △ABC 中,∠B =90°,且D 为AC 的中点,∴BD =AD =DC .又∵SA =SB =SC ,SD为公共边,∴△SBD ≌△SAD ≌△SCD , ∴∠SDB =∠SDA =∠SCD =90°,∴SD ⊥AD ,SD ⊥BD ,∵AD ∩BD =D ,∴SD ⊥平面ABC .变式训练1:如图,已知AB 是⊙O 的直径,C 是圆周上不同于A ,B 的点,P A ⊥⊙O 所在的平面,AF ⊥PC 于F ,求证:BC ⊥平面PAC .证明:因为AB 为⊙O 的直径,所以BC ⊥AC .因为P A ⊥平面ABC ,BC平面ABC ,所以P A ⊥BC .因为P A ∩AC =A ,所以BC ⊥平面P AC .题型二:面面垂直的判定例2:已知四面体ABCD 的棱长都相等,E ,F ,G ,H 分别为AB ,AC ,AD ,BC 的中点.求证:平面EHG ⊥平面FHG .证明:如图,取CD 的中点M ,连接HM ,MG ,FM ,则四边形MHEG为平行四边形.连接EM 交HG 于O ,连接FO .在△FHG 中,O 为HG的中点,且FH =FG ,所以 FO ⊥HG .同理可证FO ⊥EM .又HG ∩EM =O ,所以FO ⊥平面EHMG .又FO 平面FHG ,所以平面EHG ⊥平面FHG .变式训练2:如图,在空间四边形ABDC中,AB =BC ,CD =DA ,E 、F 、G 分别为CD 、DA 和对角线AC 的中点.:求证:平面BEF ⊥平面BDG .证明:∵AB =BC ,CD =AD ,G 是AC 的中点,∴BG ⊥AC ,DG ⊥AC ,又EF ∥AC ,∴EF ⊥BG ,EF ⊥DG .∴EF ⊥平面BGD .∵EF 平面BEF ,∴平面BDG ⊥平面BEF .题型三:垂直关系的综合应用例3:如图,在三棱锥P —ABC 中,P A ⊥底面ABC ,P A =AB ,∠BCA=90°.点D ,E 分别在棱PB ,PC 上,且DE ∥BC .(1)求证:BC ⊥平面P AC ;(2)是否存在点E 使得二面角A —DE —P 为直二面角?并说明理由.证明:(1)∵P A ⊥底面ABC ,∴P A ⊥BC .又∠BCA =90°,∴AC ⊥BC .又P A ∩AC =A ,∴BC ⊥平面P AC .(2)存在点E 使得二面角A —DE —P 为直二面角.由(1)知BC ⊥平面P AC ,又∵DE ∥BC ,∴DE ⊥平面P AC .又∵AE 平面P AC ,PE 平面P AC ,∴DE ⊥AE ,DE ⊥PE .∴∠AEP 为二面角A —DE —P 的平面角.又∵P A ⊥底面ABC ,∴P A ⊥AC .∴∠P AC =90°.∴在棱PC 上存在一点E ,使得AE ⊥PC .这时,∠AEP =90°.故存在点E 使得二面角A —DE —P 是直二面角.变式训练3:如图所示,P A ⊥平面ABC ,AC ⊥BC ,AB =2,BC =2,PB =6,求二面角P —BC —A 的大小.解:∵P A ⊥平面ABC ,BC 平面ABC ,∴P A ⊥BC .又AC ⊥BC ,P A ∩AC =A ,∴BC ⊥平面P AC .又PC 平面P AC ,∴BC ⊥PC .又BC ⊥AC ,∴∠PCA 为二面角P —BC —A 的平面角.在Rt △PBC 中,∵PB =6,BC =2,∴PC =2.在Rt △ABC 中,∵AB =2,BC =2,∴AC = 2.∴在Rt △P AC 中,cos ∠PCA =22,∴∠PCA=45°,即二面角P —BC —A 的大小为45°.题型四:线面垂直性质定理的应用例4:如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点E 、F 分别在A 1D 、AC 上,且EF ⊥A 1D ,EF ⊥AC .求证:EF ∥BD 1.证明:如图所示,连接AB 1、B 1C 、BD .∵DD 1⊥平面ABCD ,AC 平面ABCD .∴DD 1⊥AC .又∵AC ⊥BD ,且BD ∩DD 1=D ,∴AC ⊥平面BDD 1. ∵BD 1平面BDD 1,∴BD 1⊥AC .同理可证BD 1⊥B 1C .∴BD 1⊥平面AB 1C .∵EF ⊥A 1D ,A 1D ∥B 1C ,∴EF ⊥B 1C .又EF ⊥AC ,且AC ∩B 1C =C ,∴EF ⊥平面AB 1C ,∴EF ∥BD 1.变式训练3:如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点E 、F 分别在A 1D 、AC上,且EF ⊥A 1D ,EF ⊥AC .若G 是AB 的中点,则E 在A 1D 上什么位置时,能使EG ⊥平面AB1C?解:若EG⊥平面AB1C,因为BD1⊥平面AB1C,所以EG∥BD1.因为G为AB的中点,所以E为AD1的中点,即E为A1D的中点时,EG⊥平面AB1C.题型五:面面垂直性质定理的应用例5:已知平面P AB⊥平面ABC,平面P AC⊥平面ABC,求证:P A⊥平面ABC.证明:如图所示,在BC上任取一点D,作DF⊥AC于F,DG⊥AB于G,∵平面P AC⊥平面ABC,且平面P AC∩平面ABC=AC,∴DF⊥平面P AC,又∵P A平面P AC,∴DF⊥P A,同理DG⊥P A,又∵DF∩DG=D且DF平面ABC,DG平面ABC,∴P A⊥平面ABC.变式训练5:如图所示,边长为2的等边△PCD所在的平面垂直于矩形ABCD所在的平面,BC=22,M为BC的中点.求证:AM⊥PM.证明:如图连接AP.矩形ABCD中,AD⊥DC,BC⊥DC,又∵平面PDC⊥平面ABCD,平面PDC∩平面ABCD=DC,∴AD⊥平面PDC,BC⊥平面PDC,又∵PD平面PDC,PC平面PDC,∴AD⊥PD,BC⊥PC,在Rt△P AD和Rt△PMC中,易知AP2=AD2+PD2=(22)2+22=12,PM2=PC2+MC2=22+(2)2=6,又∵Rt△ABM中,AM2=AB2+BM2=22+(22)2=6,∴AP2=PM2+AM2,∴AM⊥PM.题型六:垂直关系的综合应用例6:如图,正方形ABCD所在平面与平面四边形ABEF所在平面互相垂直,△ABE是等腰直角三角形,AB=AE,F A=FE,∠AEF=45°.(1)求证:EF⊥平面BCE;(2)设线段CD、AE的中点分别为P,M,求证:PM∥平面BCE.证明:(1)因为平面ABEF⊥平面ABCD,BC平面ABCD,BC⊥AB,平面ABEF∩平面ABCD =AB,所以BC⊥平面ABEF.所以BC⊥EF.因为△ABE为等腰直角三角形,AB=AE,所以∠AEB=45°.又因为∠AEF =45°,所以∠FEB =90°,即EF ⊥BE .因为BC 平面BCE ,BE 平面BCE ,BC ∩BE =B ,所以EF ⊥平面BCE .(2)取BE 的中点N ,连接CN ,MN ,则MN 綊12AB 綊PC ,所以PMNC 为平行四边形.所以PM ∥CN . 因为CN 在平面BCE 内,PM 不在平面BCE 内,所以PM ∥平面BCE .变式训练6:如图,四棱锥S -ABCD 中,SD ⊥平面ABCD ,AB ∥DC ,AD ⊥DC ,AB =AD=1,SD =2,BC ⊥BD ,E 为棱SB 上的一点,平面EDC ⊥平面SBC .(1)证明:DE ⊥平面SBC ;(2)证明:SE =2EB .证明:(1)连接BD ,∵SD ⊥平面ABCD ,故BC ⊥SD ,又∵BC ⊥BD ,BD ∩SD =D ,∴BC ⊥平面BDS ,∴BC ⊥DE . 作BK ⊥EC ,K 为垂足,因平面EDC⊥平面SBC ,故BK ⊥平面EDC ,BK ⊥DE . 又∵BK 平面SBC ,BC 平面SBC ,BK ∩BC =B ,∴DE ⊥平面SBC .(2)由(1)知DE ⊥SB ,DB =2AD = 2.∴SB =SD 2+DB 2=6,DE =SD ·DB SB =233,EB =DB 2-DE 2=63,SE =SB -EB =263,∴SE =2EB . 三.方法规律总结1.线面垂直的判定定理是证明线面垂直的主要方法,证明的关键是在平面内找到两条相交直线与已知直线垂直.2.在证明面面垂直时,一般方法是从一个平面内寻找另一个平面的垂线,若这样的直线图中不存在,则可通过作辅助线来解决(所作辅助线要有利于题目的证明),即由线面垂直证面面垂直.3.空间中线线、线面、面面之间的垂直关系可以相互转化,其转化关系如下:4.会用线面垂直的性质定理证明平行问题,用面面垂直的性质定理证明垂直问题.四:课后练习作业一、选择题1.设l、m为不同的直线,α为平面,且l⊥α,下列为假命题的是(B) A.若m⊥α,则m∥l B.若m⊥l,则m∥αC.若m∥α,则m⊥l D.若m∥l,则m⊥α【解析】A中,若l⊥α,m⊥α,则m∥l,所以A正确;B中,若l⊥α,m⊥l,则m∥α或mα,所以B错误;C中,若l⊥α,m∥α,则m⊥l,所以C正确;若l⊥α,m∥l,则m⊥α,所以D正确.2.在正方体ABCD—A1B1C1D1中,与AD1垂直的平面是(A)A.平面A1DCB1 B.平面DD1C1C C.平面A1B1C1D1D.平面A1DB【解析】连接A1D、B1C,由ABCD—A1B1C1D1为正方体可知,AD1⊥A1B1,AD1⊥A1D.故AD1⊥平面A1DCB1.3.如图,在正四面体P-ABC中,D、E、F分别是AB、BC、CA的中点,下面四个结论中不成立的是(C)A.BC∥平面PDF B.DF⊥平面P AEC.平面PDF⊥平面ABC D.平面P AE⊥平面ABC【解析】由题意知BC∥DF,且BC⊥PE,BC⊥AE.∵PE∩AE=E,∴BC⊥平面P AE,∴BC∥平面PDF成立,DF⊥平面P AE成立,平面P AE⊥平面ABC也成立.4.设α、β是两个不同的平面,l是一条直线,以下命题正确的是(C) A.若l⊥α,α⊥β,则lβB.若l∥α,α∥β,则lβC.若l⊥α,α∥β,则l⊥βD.若l∥α,α⊥β,则l⊥β【解析】A错,可能l∥β;B错,可能l∥β;C正确;D错,不一定l⊥β.5.设平面α⊥平面β,且α∩β=l,直线aα,直线bβ,且a不与l垂直,b不与l垂直,那么a与b (B)A.可能垂直,不可能平行B.可能平行,不可能垂直C.可能垂直,也可能平行D.不可能垂直,也不可能平行【解析】当a,b都平行于l时,a与b平行,假设a与b垂直,如图所示,由于b与l不垂直,在b上任取一点A,过点A作b′⊥l,∵平面α⊥平面β,∴b′⊥平面α,从而b′⊥a,又由假设a⊥b易知a⊥平面β,从而a⊥l,这与已知a不与l垂直矛盾,∴假设不正确,a与b不可能垂直.6.空间四边形ABCD,若AB、AC、AD与平面BCD所成角相等,则A点在平面BCD的射影是△BCD的(A)A.外心B.内心C.重心D.垂心【解析】设A点在平面BCD内的射影为O.可知,△OAB≌△OAC≌△OAD.∴OB=OC=OD,∴点O为外心.7.下列说法中正确命题的个数为(B)①如果直线l与平面α内的无数条直线垂直,则l⊥α;②如果直线l不垂直于α,则α内没有与l垂直的直线;③如果一条直线与平面内的一条直线垂直,则该直线与此平面必相交;④如果一条直线和平面的一条垂线垂直,该直线必在这个平面内;⑤如果一条直线和一个平面垂直,该直线垂直于平面内的任一直线.A.0B.1C.2D.3【解析】如图(1)所示,l与α相交(不垂直),此时也有无数条直线与l垂直.故①②错误;如图(2)所示,l与α平行,此时平面内也存在无数条直线与l垂直,故③④错误;如图(3)所示,直线l与平面α的垂线m垂直,但l不在平面α内;由线面垂直的定义可知,⑤正确.8.如图,在正方形ABCD中,E、F分别为边BC,CD的中点,H是EF的中点,现沿AE、AF,EF把这个正方形折成一个几何体,使B、C、D三点重合于点G,则下列结论中成立的是(A)A.AG⊥平面EFG B.AH⊥平面EFGC.GF⊥平面AEF D.GH⊥平面AEF【解析】∵AG⊥GF,AG⊥GE,GF∩GE=G,∴AG⊥平面EFG.9.如图,在四边形ABCD中,AD∥BC,AB=AD,∠BCD=45°,∠BAD=90°,将△ABD沿BD折起,使平面ABD⊥平面BCD,构成四面体ABCD,则在四面体ABCD中,下列命题正确的是(B)A.平面ADC⊥平面BDCB.平面ABD⊥平面ABCC.平面ABC⊥平面BDCD.平面ADC⊥平面ABC【解析】在图①中,∵∠BAD=90°,AD=AB,∴∠ADB=∠ABD=45°.∵AD∥BC,∴∠DBC=45°.又∵∠BCD=45°.∴∠BDC=90°,即BD⊥CD.在图②中,此关系仍成立.∵平面ABD⊥平面BCD,∴CD⊥平面ABD.∵BA平面ADB,∴CD⊥AB.∵BA⊥AD,∴BA⊥平面ACD.∵BA平面ABC,∴平面ABC⊥平面ACD.10.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,点P在侧面BCC1B1上运动,并且总保持AP⊥BD1,则动点P在(A)A.线段B1C上B.线段BC1上C.BB1中点与CC1中点的连线上D.B1C1中点与BC中点的连线上【解析】连接AC,B1C,AB1,由线面垂直的判定可知BD1⊥平面AB1C.若AP平面AB1C,则AP⊥BD1.这样只要P在B1C上移动即可.二、填空题11.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,平面ACD1与平面BB1D1D的位置关系是________.垂直D⊥平面ABCD,AC平面【解析】∵ABCD是正方形,∴AC⊥BD.又∵DABCD,∴D1D⊥AC.∵D1D∩DB=D,∴AC⊥平面BB1D1D.∵AC平面ACD1,∴平面ACD1⊥平面BB1D1D.12.如图所示,已知P A⊥平面α,PB⊥平面β,垂足分别为A、B,α∩β=l,∠APB=50°,则二面角α-l-β的大小为________.130°【解析】如图,设平面P AB∩l=O,连接AO,BO,AB,∵P A⊥α,lα,∴P A⊥l.同理PB⊥l,而PB∩P A=P,∴l⊥平面P AB,∴l⊥AO,l⊥BO,∴∠AOB即为二面角α-l-β的平面角.结合图形知∠AOB+∠APB=180°,∴∠AOB=130°.13.如图,已知平面α⊥平面β,在α与β的交线l上,取线段AB=4,AC、BD分别在平面α和平面β内,它们都垂直于交线AB,并且AC=3 cm,BD=12 cm,则CD=______.13 cm【解析】连接BC.因为平面α⊥平面β,且α∩β=l,又因为BD平面β,且BD⊥l,所以BD⊥平面α.又∵BC平面α,∴BC⊥BD.所以△CBD也是直角三角形.在Rt △BAC 中,BC =32+42=5.在Rt △CBD 中,CD =52+122=13.所以CD 长为13 cm.14.α,β是两个不同的平面,m ,n 是平面α与β之外的两条不同直线,给出四个论断:①m ⊥n ;②α⊥β;③n ⊥β;④m ⊥α.以其中三个论断作为条件,余下一个论断作为结论,写出你认为正确的一个命题:________.若①③④,则②(或若②③④,则①)【解析】利用面面垂直的判定,可知①③④⇒②为真;利用面面垂直的性质,可知②③④⇒①为真.15.如图平面ABC ⊥平面BDC ,∠BAC =∠BDC =90°,且AB =AC =a ,则AD =_______a【解析】如图所示,取BC 的中点E ,连接ED ,AE ,∵AB =AC ,∴AE ⊥BC ,∵平面ABC ⊥平面BDC .∴AE ⊥平面BDC ,∴AE ⊥ED .在Rt △ABC 和Rt △BCD 中,AE =ED =12BC =22a ,∴在Rt △AED 中,AD =AE 2+ED 2=a .三、解答题16.如图所示,AB 是圆O 的直径,P A 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 .求证:AN ⊥平面PBM .证明:设圆O 所在的平面为α,∵P A ⊥α,且BM α,∴P A ⊥BM .又∵AB 为⊙O 的直径,点M 为圆周上一点,∴AM ⊥BM ,∵直线P A ∩AM =A ,∴BM ⊥平面P AM .又AN 平面P AM ,∴BM ⊥AN .这样,AN 与PM ,BM 两条相交直线垂直.故AN ⊥平面PBM .17.如图所示,过S 引三条长度相等但不共面的线段SA ,SB ,SC 且∠ASB =∠ASC =60°,∠BSC =90°.求证:平面ABC ⊥平面BSC .【证明】(法一)取BC 的中点D ,连接AD ,SD .∵∠ASB =∠ASC ,且SA =SB=AC ,∴AS =AB =AC .∴AD ⊥BC .又△ABS 是正三角形,△BSC 为等腰直角三角形,∴BD =SD .∴AD 2+SD 2=AD 2+BD 2=AB 2=AS 2.由勾股定理的逆定理,知AD ⊥SD .又∵SD ∩BC =D ,∴AD⊥平面BSC .又AD 平面ABC ,∴平面ABC ⊥平面BSC .(法二)同法一证得AD ⊥BC ,SD ⊥BC ,则∠ADS 即为二面角A —BC —S 的平面角.∵∠BSC =90°,令SA =1,则SD =22,AD =22,∴SD 2+AD 2=SA 2.∴∠ADS =90°.∴平面ABC ⊥平面BSC .18.如图,在三棱锥S -ABC 中,SA ⊥平面ABC ,AB ⊥BC ,DE 垂直平分SC ,分别交AC 、SC 于D 、E ,且SA =AB =a ,BC =2a .(1)求证:SC ⊥平面BDE ;(2)求平面BDE 与平面BDC 所成二面角的大小.(1)证明:∵SA ⊥平面ABC ,又AB 、AC 、BD 平面ABC ,∴SA ⊥AB ,SA ⊥AC ,SA ⊥BD ,∴SB =SA 2+AB 2=2a .∵BC =2a ,∴SB =BC .∵E 为SC 的中点,∴BE ⊥SC .又DE ⊥SC ,BE ∩DE =E ,∴SC ⊥平面BDE .(2)由(1)及BD 平面BDE ,得BD ⊥SC .又知BD ⊥SA ,∴BD ⊥平面SAC .∴BD ⊥AC 且BD ⊥DE .∴∠CDE 为平面BDE 与平面BDC 所成二面角的平面角.∵AB ⊥BC ,AC =AB 2+BC 2=3a .∴Rt △SAC中,tan ∠SCA =SA AC =33,∴∠SCA =30°.∴∠CDE =60°,即平面BDE 与平面BDC 所成二面角为60°.19.如图,已知三棱锥A BPC -中,AP PC ⊥,AC BC ⊥,M为AB 中点,D 为PB 中点,且PMB ∆为正三角形.(1)求证:DM APC ∥平面;(2)求证:ABC APC ⊥平面平面.证明:(1)∵M 为AB 中点,D 为PB 中点,∴MD //AP ,又MD不在平面APC 上,∴MD //平面APC.(2)∵△PMB 为正三角形,又D 为PB 中点. ∴MD ⊥PB .又由(1)知MD //A P , ∴AP ⊥PB . 又AP ⊥PC , 且PB ∩PC =P ,∴AP ⊥平面PBC , ∴AP ⊥BC , 又∵AC ⊥BC , 且AP ∩AC =A ∴BC ⊥平面APC , 又BC 在平面ABC 内,∴平面ABC ⊥平面APC .20.如图所示,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 是AB 上一点,N 是A 1C 的中 点,MN ⊥平面A 1DC .求证:(1)MN ∥AD 1;(2)M 是AB 的中点.证明:(1)∵ADD 1A 1为正方形,∴AD 1⊥A 1D .又∵CD ⊥平面ADD 1A 1,AD 1平面ADD 1A 1,∴CD ⊥AD 1.∵A 1D ∩CD =D ,∴AD 1⊥平面A 1DC .又∵MN ⊥平面A 1DC ,∴MN ∥AD 1. MD B P C A(2)连接ON ,在△A 1DC 中,A 1O =OD ,A 1N =NC .∴ON 綊12CD 綊12AB ,∴ON ∥AM .又∵MN ∥OA ,∴四边形AMNO 为平行四边形,∴ON =AM .∵ON =12AB ,∴AM =12AB ,∴M 是AB 的中点. 21.如图所示,P 是四边形ABCD 所在平面外一点,ABCD 是∠DAB =60°且边长为a 的菱形,侧面P AD 为正三角形,其所在平面垂直于底面ABCD .(1)若G 为AD 边的中点,求证:BG ⊥平面P AD ;(2)求证:AD ⊥PB .证明:(1)连接PG ,BD .由题知△P AD 为正三角形,G 是AD 的中点,∴PG ⊥AD .又平面P AD ⊥平面ABCD ,平面P AD ∩平面ABCD =AD ,PG 平面P AD ,∴PG ⊥平面ABCD ,∴PG ⊥BG .又∵四边形ABCD 是菱形且∠DAB =60°,∴△ABD 是正三角形,∴BG ⊥AD .又AD 平面P AD ,PG 平面P AD ,且AD ∩PG =G ,∴BG ⊥平面P AD .(2)由(1)可知BG ⊥AD ,PG ⊥AD .又BG 平面PBG ,PG 平面PBG ,且BG ∩PG =G ,AD ⊥平面PBG ,∴AD ⊥PB .。