专题 空间几何中的平行与垂直
空间几何的平行与垂直关系知识点总结
空间几何的平行与垂直关系知识点总结空间几何是研究点、线、面等几何形体在空间中的相互关系和特性的学科。
在空间几何中，平行和垂直是两种重要的关系。
本文将总结空间几何中的平行与垂直关系的知识点。
一、平行关系平行是指两条直线或两个平面在空间中永远不会相交的关系。
平行关系在日常生活和工程建设中经常被应用到。
1. 平行关系的性质- 平行线与同一平面内的直线交线的两个内角是同位角，即两个内角之和等于180度。
- 平行线与同一平面外的直线交线的两个内角也是同位角，同位角性质适用于平行于同一平面内的两条直线。
2. 判定平行关系的方法- 平行线的判定：如果两条直线上有一点与第三条直线上的两个点重合，并且这两条直线分别与第三条直线平行，则这两条直线是平行线。
- 平行面的判定：如果两个平面上有一条直线与第三个平面上的两条直线重合，并且这两个平面分别与第三个平面平行，则这两个平面是平行面。
3. 平行线的性质- 平行线投影性质：平行于同一平面内的两条直线的等角投影相等。
- 平行线的方向性：平行线有确定的方向，可以延长或缩短，但方向不会改变。
二、垂直关系垂直是指两条直线或两个平面相交成直角的关系。
垂直关系在几何学、建筑学和物理学中都有广泛应用。
1. 垂直关系的性质- 垂直关系性质一：两个直角相等。
- 垂直关系性质二：两个互相垂直的直线或两个互相垂直的平面，其中一个与第三个垂直，则它们与第三个也是垂直关系。
- 垂直关系性质三：垂直于同一面的直线与该面的交线垂直。
2. 判定垂直关系的方法- 判定直线垂直关系的方法：如果两条直线上有一点与第三条直线上的两个点重合，并且这两条直线分别与第三条直线垂直，则这两条直线是垂直的。
- 判定面垂直关系的方法：如果两个平面上有一条直线与第三个平面上的两条直线相交成直角，并且这两个平面分别与第三个平面垂直，则这两个平面是垂直的。
三、平行和垂直关系的应用平行和垂直关系在日常生活和工程建设中具有广泛的应用。
空间中的平行与垂直例题和知识点总结
空间中的平行与垂直例题和知识点总结在立体几何的学习中，空间中的平行与垂直关系是非常重要的内容。
理解和掌握这些关系，对于解决相关的几何问题具有关键作用。
下面我们通过一些例题来深入探讨，并对相关知识点进行总结。
一、平行关系（一）线线平行1、定义：如果两条直线在同一平面内没有公共点，则这两条直线平行。
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。
例 1：在正方体 ABCD A₁B₁C₁D₁中，E，F 分别是 AB，BC 的中点，求证：EF∥A₁C₁。
证明：连接 AC，因为 E，F 分别是 AB，BC 的中点，所以 EF∥AC。
又因为正方体中，AC∥A₁C₁，所以 EF∥A₁C₁。
（二）线面平行1、定义：如果一条直线与一个平面没有公共点，则称这条直线与这个平面平行。
2、判定定理：平面外一条直线与此平面内的一条直线平行，则该直线与此平面平行。
例 2：已知四棱锥 P ABCD 的底面是平行四边形，M 是 PC 的中点，求证：PA∥平面 MBD。
证明：连接 AC 交 BD 于 O，连接 MO。
因为四边形 ABCD 是平行四边形，所以 O 是 AC 的中点。
又因为 M 是 PC 的中点，所以MO∥PA。
因为 MO⊂平面 MBD，PA⊄平面 MBD，所以 PA∥平面MBD。
（三）面面平行1、定义：如果两个平面没有公共点，则称这两个平面平行。
2、判定定理：一个平面内的两条相交直线与另一个平面平行，则这两个平面平行。
例 3：在正方体 ABCD A₁B₁C₁D₁中，求证：平面 A₁BD∥平面 B₁D₁C。
证明：因为 A₁B∥D₁C，A₁D∥B₁C，且 A₁B 和 A₁D 是平面A₁BD 内的两条相交直线，D₁C 和 B₁C 是平面 B₁D₁C 内的两条相交直线，所以平面 A₁BD∥平面 B₁D₁C。
二、垂直关系（一）线线垂直1、定义：如果两条直线所成的角为 90°，则这两条直线垂直。
空间几何中的平行与垂直
空间几何中的平行与垂直在空间几何中，平行和垂直是两个重要的概念。
它们用来描述线、面和空间中的关系，帮助我们理解和解决各种几何问题。
本文将介绍平行和垂直的定义、判定方法，以及它们在空间几何中的应用。
一、平行的定义和判定在平面几何中，我们知道两条直线要想平行，它们的斜率必须相等。
但是在空间几何中，直线不再只有斜率这一个属性，因此平行的定义也有所不同。
在空间中，我们把两条直线称为平行线，当且仅当它们处于不同平面上，且不相交。
也就是说，两条平行线可以看作是两个相互平行且不相交的平面上的交线。
判定平行的方法有以下几种：1. 通过判断两条直线的方向向量是否平行。
如果两条直线的方向向量相等或成比例，那么它们是平行的。
2. 通过判断两条直线上的一点到另一条直线的垂足距离是否为0。
如果两条直线上的所有垂足距离都为0，那么它们是平行的。
3. 通过判断两个平面的法向量是否平行。
如果两个平面的法向量相等或成比例，那么它们是平行的。
二、垂直的定义和判定在空间几何中，垂直用来描述直线、平面和空间中的相互关系。
两条直线、两个平面或一条直线与一个平面之间的垂直关系都具有重要意义。
在空间中，我们把两条直线称为垂直线，当且仅当它们在某个平面上相交，并且互相垂直。
也就是说，两条垂直线可以看作是相互垂直的平面上的交线。
判定垂直的方法有以下几种：1. 通过判断两条直线的方向向量的数量积是否为0。
如果两条直线的方向向量的数量积为0，那么它们是垂直的。
2. 通过判断直线上的一点到另一条直线的垂足是否在另一条直线上。
如果两条直线上的所有垂足都在另一条直线上，那么它们是垂直的。
3. 通过判断一条直线的方向向量是否与一个平面的法向量垂直。
如果一条直线的方向向量与一个平面的法向量垂直，那么它们是垂直的。
三、平行和垂直的应用平行和垂直在空间几何中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 平行线的应用：平行线可用于构建平行四边形、矩形等各种图形。
空间几何中的平行与垂直
空间几何中的平行与垂直空间几何是研究三维空间中的几何关系的学科，其中平行和垂直是两个重要的概念。
平行和垂直关系是我们日常生活和工作中常常接触到的概念，它们在建筑设计、物体摆放和路线规划等方面都有着广泛的应用。
本文将围绕空间几何中的平行和垂直展开讨论。
一、平行概念与性质在空间几何中，平行是指两个直线或两个平面始终保持相互平行的关系。
如图所示，直线l和m平行，用符号表示为l∥m。
平行关系具有以下性质：1. 平行关系是一个等价关系，即自反性、对称性和传递性。
自反性指一条直线自己与自己平行，对称性是指如果直线l与直线m平行，则直线m与直线l也平行，传递性是指如果直线l与直线m平行，直线m与直线n平行，则直线l与直线n平行。
2. 如果一条直线与一个平面平行，那么该直线上的任意一点与该平面上的任意一点的连线垂直于该平面。
3. 平行关系与直线的切比雪夫性质密切相关。
切比雪夫性质是指在点P到直线l上的一点A的距离与点P到直线l上另一点B的距离之比，在A与B的所有可能位置之间都保持不变。
二、垂直概念与性质在空间几何中，垂直是指两个直线或两个平面相交成直角的关系。
垂直关系也称为垂直关系或直角关系。
如图所示，直线l和m垂直，用符号表示为l⊥m。
垂直关系具有以下性质：1. 垂直关系也是一个等价关系，即自反性、对称性和传递性。
自反性指一条直线与自己垂直，对称性是指如果直线l与直线m垂直，则直线m与直线l也垂直，传递性是指如果直线l与直线m垂直，直线m与直线n垂直，则直线l与直线n垂直。
2. 如果两个平面相交成直角，那么这两个平面互相垂直。
3. 垂直关系与直线的切比雪夫性质也存在关联。
在垂直关系中，点P到直线l上的一点A的距离与点P到直线l上另一点B的距离之比，与A与B的位置无关。
三、平行和垂直的判断方法在实际问题中，判断两条直线或两个平面是否平行或垂直是非常重要的。
以下是常见的判断方法：1. 对于直线而言，可以通过观察其斜率来判断平行关系。
空间几何的平行与垂直判定
空间几何的平行与垂直判定空间几何是数学中的一个重要分支，涉及到直线、平面、点等概念的研究。
其中，平行和垂直是空间几何中常见的关系，本文将对平行和垂直的判定方法进行详细介绍。
一、平行的判定方法在空间几何中，平行是指两个线(线段)或两个平面永远不会相交的关系。
下面将介绍几种常见的平行判定方法。
1. 直线的平行判定给定两条直线l1和l2，如果它们的斜率相等且不相交，则可以判定l1与l2平行。
即若直线l1的斜率为k1，直线l2的斜率为k2，且k1≠k2时，则l1和l2平行。
2. 平面的平行判定对于两个平面P1和P2，如果它们的法向量相等或平行，则可以判定P1与P2平行。
二、垂直的判定方法在空间几何中，垂直是指两个线(线段)或两个平面之间的相互垂直关系。
下面将介绍几种常见的垂直判定方法。
1. 直线的垂直判定给定两条直线l1和l2，如果它们的斜率互为倒数且不相交，则可以判定l1与l2垂直。
即若直线l1的斜率为k1，直线l2的斜率为k2，并且k1·k2=-1时，则l1和l2垂直。
2. 平面的垂直判定对于两个平面P1和P2，如果它们的法向量互为倒数且不平行，则可以判定P1与P2垂直。
三、平行与垂直的应用举例平行和垂直关系在实际问题中经常被应用。
以下是几个应用举例。
1. 平行线与垂直线的交点问题当两条平行线相交时，它们的交点无穷多个；而当两条垂直线相交时，它们的交点只有一个。
这一性质在导弹拦截等领域具有重要意义。
2. 平行四边形及其性质平行四边形是指具有两对平行边的四边形。
它们的特点是相对边相等、对角线相交于对角线的中点、对角线互相平分等。
平行四边形的性质在建筑设计等领域有广泛应用。
3. 垂直投影与三视图在工程绘图中，垂直投影是指将物体在垂直方向上的投影。
根据垂直投影可以得到物体的平面图、前视图、左视图、右视图等，这些视图通常用于工程设计、建筑规划等领域。
4. 共线与共面条件若一条直线与一个平面相交，那么这条直线上的任意一点与该平面上的任意一点以及该平面上的任意一条直线都共线。
空间几何学中的平行与垂直关系
空间几何学中的平行与垂直关系空间几何学是研究空间中点、线、面等几何对象的性质和关系的数学学科。
在空间几何学中，平行和垂直是两个基本的关系，它们在我们日常生活和工作中起着重要的作用。
本文将深入探讨空间几何学中的平行与垂直关系，包括定义、性质以及应用。
一、平行关系在空间几何学中，平行是指两条直线或两个平面永远不相交的关系。
具体来说，若两条直线在同一个平面内，且这两条直线上的任意两点的连线都在这个平面内，那么这两条直线是平行的。
同样地，若两个平面没有公共点，且它们上面的任意两点的连线都在这两个平面内，那么这两个平面是平行的。
平行关系具有以下性质：1. 平行关系是对称的。
如果直线l1与l2平行，那么l2与l1也平行；如果平面P1与P2平行，那么P2与P1也平行。
2. 平行关系是传递的。
如果直线l1与l2平行，l2与l3平行，那么l1与l3也平行；如果平面P1与P2平行，P2与P3平行，那么P1与P3也平行。
3. 平行关系与直线与平面的位置无关。
即使两条直线或两个平面不在同一个平面内，只要满足平行关系的定义，它们仍然是平行的。
平行关系在实际生活和工作中有着广泛的应用。
例如，在建筑设计中，平行的墙面可以增加空间的稳定性和美观性；在交通规划中，平行的道路可以提高交通效率；在物流运输中，平行的轨道可以确保车辆的安全行驶等。
二、垂直关系在空间几何学中，垂直是指两条直线或两个平面相交成直角的关系。
具体来说，若两条直线在同一个平面内相交，且相交的角度为90度，那么这两条直线是垂直的。
同样地，若两个平面相交成直角，那么这两个平面是垂直的。
垂直关系具有以下性质：1. 垂直关系是对称的。
如果直线l1与l2垂直，那么l2与l1也垂直；如果平面P1与P2垂直，那么P2与P1也垂直。
2. 垂直关系是传递的。
如果直线l1与l2垂直，l2与l3垂直，那么l1与l3也垂直；如果平面P1与P2垂直，P2与P3垂直，那么P1与P3也垂直。
空间几何中的平行与垂直关系
空间几何中的平行与垂直关系平行与垂直关系是空间几何中非常重要的概念，它们在解决平面或立体几何问题时经常被用到。
在本文中，我将介绍平行和垂直的定义和性质，并探讨它们在几何学中的应用。
一、平行关系在空间几何中，当两条线或两个平面没有交点且始终保持相同的距离时，我们称它们是平行的。
换句话说，平行线永远不会相交，平行面之间也永远不会相交。
我们可以使用以下方法来判断线或面是否平行：1. 如果两条线被一条平面所截，且截得的两对同位角相等，则这两条线平行。
2. 如果两个平面被一条直线所截，且截得的两对同位角相等，则这两个平面平行。
平行关系常常在解决与直线、多边形和多面体相关的问题时被应用。
比如，在建筑设计中，设计师常常需要确定两面墙是否平行，以便确保建筑结构的稳定。
在制图学中，要绘制平行线的效果，可以应用平行规或平行尺等工具辅助。
二、垂直关系与平行关系相反，垂直关系指的是两条线、两个平面或两个立体之间相互间的直角关系。
当两条线或两个平面的夹角大小为90度时，它们被认为是垂直的。
同样地，如果两个立体之间的相邻平面的交线是垂直的，则我们称这两个立体是垂直的。
判断垂直关系的方法有：1. 如果两条直线相交，并且相交的四个角中有两个角是直角，则这两条直线是垂直的。
2. 如果两个平面相交，并且相交的交线与两个平面各自的法线垂直，则这两个平面是垂直的。
垂直关系在几何学中有广泛的应用。
在建筑学中，垂直关系被用来确保墙壁与地面之间的角度为直角，以提供良好的结构支持。
在三维计算机图形学中，垂直关系可以用来进行透视变换，使得图像更加逼真。
三、平行和垂直的性质在空间几何中，平行和垂直具有一些重要性质，这些性质可以帮助我们解决几何问题。
1. 如果一条直线与两条平行线相交，则与这两条平行线的交线上的对应角是相等的。
2. 如果两条线分别与第三条线平行，则它们之间的对应角是相等的。
3. 判断两个平面是否垂直的方法之一，是计算它们的法向量之间的夹角。
专题8.3 空间几何中的平行、垂直(练习)【必考点专练】2023届高考数学二轮复习专题
专专8.3空间几何中的平行、垂直一、单选题1. 设,l m 表示两条不同的直线，,αβ表示两个不同的平面，Q 表示一个点，给出下列四个命题，其中正确的命题是( )①,Q l Q l αα∈⊂⇒∈②,l m Q m l ββ⋂=⊂⇒⊂③//,,,l m l Q m Q m ααα⊂∈∈⇒⊂④,αβ⊥且,,,m Q Q l l l αββαβ⋂=∈∈⊥⇒⊂A. ①②B. ①③C. ②④D. ③④ 2. 如图已知正方体1111ABCD A B C D -，M ，N 分别是1A D ，1D B 的中点，则（ ）A. 直线1A D 与直线1D B 垂直，直线//MN 平面ABCDB. 直线1A D 与直线1D B 平行，直线MN ⊥平面11BDD BC. 直线1A D 与直线1D B 相交，直线//MN 平面ABCDD. 直线1A D 与直线1D B 异面，直线MN ⊥平面11BDD B3. 如图A ，B ，C ，D 为空间四点，在ABC 中，2AB =，2AC BC ==，等边三角形ADB 以AB 为轴旋转，当平面ADB ⊥平面ABC 时，CD =( )A. 3B. 2C. 5D. 14. 如图，四边形ABCD 中，//AD BC ，AD AB =，45BCD ︒∠=，90BAD ︒∠=，将ABD 沿BD 折起，使平面ABD ⊥平面BCD ，构成三棱锥A BCD -，则在三棱锥A BCD -中，下列命题正确的是( )A. 平面ABD ⊥平面ABCB. 平面ADC ⊥平面BDCC. 平面ABC ⊥平面BDCD. 平面ADC ⊥平面ABC二、多选题 5. 如图，在正方体1111ABCD A B C D -中，点P 为线段1B C 上一动点，则( )A. 直线1BD ⊥平面11AC DB. 异面直线1B C 与11A C 所成角为45︒C. 三棱锥11P A DC -的体积为定值D. 平面11AC D 与底面ABCD 的交线平行于11A C6. 如图所示，矩形ABCD 中，E 为边AB 的中点，将ADE 沿直线DE 翻转成1A DE ，若M 为线段1A C 的中点，则在ADE 翻转过程中，下列命题正确的是( )A. ||BM 是定值B. 点M 在球面上运动C. 一定存在某个位置，使1DE A C ⊥D. 一定存在某个位置，使//MB 平面1A DE7. 如图1，在正方形ABCD 中，点E 为线段BC 上的动点(不含端点)，将ABE 沿AE 翻折，使得二面角B AE D --为直二面角，得到图2所示的四棱锥B AECD -，点F 为线段BD 上的动点(不含端点)，则在四棱锥B AECD -中，下列说法正确的有( )A. B 、E 、C 、F 四点不共面B. 存在点F ，使得//CF 平面BAEC. 三棱锥B ADC -的体积为定值D. 存在点E 使得直线BE 与直线CD 垂直三、填空题 8. 《九章算术》中将底面是长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称为阳马，将四个面都为直角三角形的四面体称为鳖臑．在如图所示的阳马P ABCD -中，PA ⊥底面ABCD ，且22BC DC PA ==，AM PD ⊥于M ，MN PD ⊥，MN 与PC 交于点.N 则(1)AM 与CD 的关系__________(填“垂直”或“平行”)；(2)PN PC=__________. 9. 如图，在正方形ABCD 中，,E F 分别是,BC CD 的中点，G 是EF 的中点.现在沿,AE AF 及EF 把这个正方形折成一个空间图形，使,,B C D 三点重合，重合后的点记为.H 下列说法错误的是__________(将符合题意的选项序号填到横线上).①AG EFH ⊥所在平面；②AH EFH ⊥所在平面；③HF AEF ⊥所在平面；④HG AEF ⊥所在平面.10. 如图，在Rt ABC 中，1AC =，BC x =，D 为斜边AB 的中点．将BCD 沿直线CD 翻折．若在翻折过程中存在某个位置，使得CB AD ⊥，则x 的取值范围是__________.11. 如图所示，正方体1111ABCD A B C D -的棱长为1，BD AC O ⋂=，M 是线段1D O 上的动点，过点M 作平面1ACD 的垂线交平面1111A B C D 于点N ，则点N 到点A 距离的最小值为__________.四、解答题12. 在三棱柱111ABC A B C -中，AB AC ⊥，1B C ⊥平面ABC ，E ，F 分别是AC ，1B C 的中点．(1)求证：//EF 平面11AB C ；(2)求证：平面1AB C ⊥平面1.ABB13. 在平行六面体1111ABCD A B C D -中，1AA AB =，111.AB B C ⊥求证：(1)//AB 平面11A B C ；(2)平面11ABB A ⊥平面1.A BC14. 如图所示，四棱锥P ABCD -的底面ABCD 为矩形，PA 是四棱锥P ABCD -的高，,,E F M 分别为,,AB CD PD 的中点．(1)求证：平面//AMF 平面PEC ；(2)若24PA AB BC ===，求多面体PECFMA 的体积.15. 如图，四边形ABCD 为菱形，60.ABC PA ︒∠=⊥平面ABCD ，E 为PC 中点． ()Ⅰ求证：平面BED ⊥平面ABCD ；()Ⅱ求平面PBA 与平面EBD 所成二面角(锐角)的余弦值．16. 如图，已知三棱柱111ABC A B C -，平面11AC A C ⊥平面ABC ，ABC=90︒∠，BAC=30︒∠，11==AC A A AC ，E ，F 分别是AC ，11A B 的中点．()Ⅰ证明：EF BC ⊥；()Ⅱ求直线EF 与平面1BC A 所成角的余弦值．17. 如图，已知三棱柱111ABC A B C -的底面是正三角形，侧面11BB C C 是矩形，,M N 分别为11,BC B C 的中点，P 为AM 上一点．过11B C 和P 的平面交AB 于E ，交AC 于.F(1)证明：1//AA MN ，且平面1A AMN ⊥平面11EB C F ；(2)设O 为111A B C 的中心，若6AO AB ==，//AO 平面11EB C F ，且3MPN π∠=，求四棱锥11B EB C F -的体积．18. 如图，在直三棱柱111ABC A B C -中，2AB AC ==，12BC AA ==，O ，M 分别为BC ，1AA 的中点．(1)求证：//OM 平面11CB A ；(2)求点M 到平面11CB A 的距离．19. 如图，在正三棱柱111ABC A B C -中，2AB =，13AA =，M 为BC 的中点，N 在线段1AA 上.(1)设1=AN NA λ，当λ为何值时，11//?MN ACB 平面 (2)若1AN =，求直线MN 与直线11A C 所成角的正弦值.20. 如图，在四棱锥P ABCD -，底面ABCD 为平行四边形，PCD 为等边三角形，平面PAC ⊥平面PCD ，PA CD ⊥，2CD =，3AD =，(1)设G ，H 分别为PB ，AC 的中点，求证：//GH 平面PAD ；(2)求证：PA ⊥平面PCD ；(3)求直线AD 与平面PAC 所成角的正弦值．答案和解析1.【答案】D解：①Q α∈，l α⊂，点Q 可以不在直线l 上，故A 错误； ②直线l 可以只有一点在面内，故B 错误；③因为//l m ，l α⊂，若m 不在平面α内，//m α，由Q m ∈， 可得Q 在平面α外，这与可点Q α∈相矛盾，故C 正确； ④αβ⊥且m αβ⋂=，Q β∈，Q l ∈，l l αβ⊥⇒⊂， 由面面垂直的性质定理知D 正确.故选.D2.【答案】A解：连1AD ，在正方体1111ABCD A B C D -中，M 是1A D 的中点，所以M 为1AD 中点，又N 是1D B 的中点，所以//MN AB ，MN ⊂/平面,ABCD AB ⊂平面ABCD ，所以//MN 平面.ABCD因为AB 不垂直BD ，所以MN 不垂直BD ，则MN 不垂直平面11BDD B ，所以选项B ，D 不正确；在正方体1111ABCD A B C D -中，11AD A D ⊥，AB ⊥平面11AA D D ，所以1AB A D ⊥， 1AD AB A ⋂=，所以1A D ⊥平面1ABD ，1D B ⊂平面1ABD ，所以11A D D B ⊥， 且直线11,A D D B 是异面直线，所以选项C 错误，选项A 正确. 故选.A3.【答案】B解：由题意，取AB 的中点E ，连接DE ，CE ，因为三角形ADB 为等边三角形，所以DE AB ⊥，当平面ADB ⊥平面ABC 时，且平面ADB ⋂平面ABC AB =，又DE ⊂平面ADB ，所以DE ⊥平面ABC ，又CE ⊂平面ABC ，所以DE EC ⊥，又2AB =，2AC BC ==， 所以222AC BC AB +=，所以AC BC ⊥，又BE AE =，所以112CE AB ==， 又332322DE BD ==⨯=， 所以此时2231 2.CD DE CE =+=+=故选.B4.【答案】D解：在四边形ABCD 中，//AD BC ，AD AB =，45BCD ︒∠=，90BAD ︒∠=， BD CD ∴⊥，又平面ABD ⊥平面BCD ，且平面ABD ⋂平面BCD BD =，CD ⊂平面BCD ， 故CD ⊥平面ABD ，则CD AB ⊥，又AD AB ⊥，AD CD D ⋂=，AD ，CD ⊂平面ADC ，AB ∴⊥平面ADC ，又AB ⊂平面ABC ，∴平面ABC ⊥平面.ADC故选.D5.【答案】ACD解：在A 中，1111A C B D ⊥，111AC BB ⊥，1111B D BB B ⋂=，11B D ，1BB ⊂平面11BB D ， 11A C ∴⊥平面11BB D ，1BD ⊂平面11BB D ，111AC BD ∴⊥，同理，11DC BD ⊥，1111A C DC C ⋂=，11A C ，1DC ⊂平面11AC D ，∴直线1BD ⊥平面11AC D ，故A 正确;对于B ，易知11//A D B C ，在11A DC 中，1111A D DC AC ==，可得11A DC 为正三角形，异面直线1BC 与11A C 所成角为60︒，故B 错误;对于C ，11//A D B C ，1A D ⊂平面11AC D ，1B C ⊂/平面11AC D ，1//B C ∴平面11AC D ， 点P 在线段1B C 上运动，P ∴到平面11AC D 的距离为定值，又11AC D 的面积是定值，∴三棱锥11P A C D -的体积为定值，故C 正确；对于D ，设平面11AC D 与底面ABCD 的交线为m ，11A C 是平面11AC D 和平面1111A B C D 的交线，平面//ABCD 平面1111A B C D ，所以11//A C m ，故D 选项正确.故选.ACD6.【答案】ABD解：A 对，取CD 中点N ，连接MN 、NB ，则1//MN A D 、//NB DE ，1A DE MNB ∠=∠，112MN A D ==定值，NB DE ==定值，根据余弦定理得，2222cos MB MN NB MN NB MNB =+-⋅⋅∠，||BM ∴是定值，B 对，B 是定点，M ∴是在以B 为球心，MB 为半径的球面上，C 错，当矩形ABCD 满足AC DE ⊥时存在，其他情况不存在，D 对，取CD 中点N ，连接MN 、NB ，则1//MN A D 、//NB DE ，因为MN ⊂/平面1A DE ，1A D ⊂平面1A DE ，所以//MN 平面1A DE ，同理//BN 平面1A DE ，又MN NB N ⋂=，∴平面//MNB 平面1A DE ，MB ⊂平面MNB ，//MB ∴平面1.A DE故选.ABD7.【答案】AB解：对于A ：假设直线BE 与直线CF 在同一平面上，所以：点E 在平面BCF 上，又点E 在线段BC 上，BC ⋂平面BCF C =，所以点E 与点C 重合，与点E 异于C 矛盾，所以直线BE 与CF 必不在同一平面上，即B 、E 、C 、F 四点不共面，故A 正确； 对于B ：当点F 为线段BD 的中点时，12EC AD =，再取AB 的中点G ， 则//FG AD 且12FG AD =， 则//EC FG ，且EC FG =，所以：四边形ECFG 为平行四边形，所以//FC EG ，又因为,EG ABE FC ABE ⊂⊄平面平面，则：直线//CF 平面BAE ，故B 正确；对于C ：由题B ADC V -，底面ACD 的面积不变，但E 的移动会导致点B 到平面ACD 的距离在变化，所以B ADC V -的体积不是定值，故C 错误；对于D ：过点B 作BO AE ⊥于O ，由于平面BAE ⊥平面AECD ，平面BAE ⋂平面AECD AE =，所以BO ⊥平面AECD ，过点D 作DH AE ⊥于H ，因为平面BAE ⊥平面AECD ，平面BAE ⋂平面AECD AE =，所以DH ⊥平面BAE ，又因为BE ABE ⊂平面，所以DH BE ⊥，若存在点E 使得直线BE 与直线CD 垂直，DH ⊂平面AECD ，DC ⊂平面AECD ，DH DC D ⋂=，所以BE ⊥平面AECD ，所以E 和O 重合，与ABE 是以点B 为直角的三角形矛盾，所以不存在点E ，使得直线BE 与直线CD 垂直，故D 错误．故选：.AB8.【答案】垂直23解：(1)由题意易得CD ⊥平面PAD ，所以CD AM ⊥，又AM PD ⊥于M ，CD PD D ⋂=，进而得AM ⊥平面PCD ，得.AM CD ⊥(2)设BC DC PA a ===，则PD ==，Rt PAD中，PM PA PA PD ==，则PM =， 易得CD ⊥平面PAD ，因为MN PD ⊥，所以//MN CD ，得2.3PN PM PC PD === 故答案为(1)垂直；2(2).39.【答案】①③④解：折之前AG EF ⊥，CG EF ⊥，折之后也垂直，所以EF ⊥平面AHG ，折之前B ∠，D ∠，C ∠均为直角，折之后三点重合， 所以折之后AH ，EH ，FH 三条直线两两垂直，所以AH EFH ⊥所在平面，②对；同时可知AH HG ⊥，又HF AEH ⊥所在平面，过AE 不可能做两个平面与直线HF 垂直，③错； 如果HG AEF ⊥所在平面，则有HG AG ⊥，与②中AH HG ⊥矛盾，④错；若AG EFH ⊥所在平面，则有AG HG ⊥，与②中AH HG ⊥矛盾，所以①也错．故答案为①③④.10.【答案】(0,3] 解：由题意得，212x AD CD BD +===，BC x =， 取BC 中点E ，翻折前，在图1中，连接DE ，CD ，则12DE =，1AC =， 翻折后，在图2中，此时 .CB AD ⊥BC DE ⊥，BC AD ⊥，DE AD D ⋂=，,DE AD ADE ⊂平面，BC ∴⊥平面ADE ，AE ADE ⊂平面，BC AE ∴⊥，DE BC ⊥，又BC AE ⊥，E 为BC 中点，1AB AC ∴==，2114AE x ∴=-，212x AD +=， 在ADE 中：①221111224x x ++>-，②221111224x x +<+-，③0x >， 由①②③，得0 3.x <<如图3，翻折后，当1B CD 与ACD 在一个平面上，AD 与1B C 交于M ，且1AD B C ⊥，1AD B D CD BD ===，1CBD BCD B CD ∠=∠=∠， 又190CBD BCD B CD ︒∠+∠+∠=，130CBD BCD B CD ︒∴∠=∠=∠=，60A ︒∴∠=，tan 60BC AC ︒=，此时1x ==综上，x 的取值范围为故答案为：11.【答案】2解：由题易知，DO AC ⊥，1D O AC ⊥，1DO D O O ⋂=，DO ，1D O ⊂平面11BDD B ， AC ∴⊥平面11BDD B ，又AC ⊂平面1ACD ，∴平面1ACD ⊥平面11BDD B ， 又MN ⊥平面1ACD ，平面1ACD ⋂平面111BDD B D O =，MN ∴⊂平面11BDD B ，且N 在平面1111A B C D 内，11N B D ∴∈，过N 作11NG A B ⊥，交11A B 于G ，将平面1111A B C D 展开，如图：设NG x =，(01)x ，11NG A B ⊥，1111A D A B ⊥，11//NG A D ∴，又11A D ⊥平面11ABB A ，NG ∴⊥平面11ABB A ，且AG ⊂平面11ABB A ，NG AG ∴⊥， 22221(1)222AN x x x x ∴=+-+=-+21362()222x =-+， 当12x =时，AN 取最小值6.2 故答案为：6.212.【答案】证明：(1)E ，F 分别是AC ，1B C 的中点．所以1//EF AB ，因为EF ⊂/平面11AB C ，1AB ⊂平面11AB C ，所以//EF 平面11AB C ；(2)因为1B C ⊥平面ABC ，AB ⊂平面ABC ，所以1B C AB ⊥，又因为AB AC ⊥，1AC B C C ⋂=，AC ⊂平面1AB C ，1B C ⊂平面1AB C ， 所以AB ⊥平面1AB C ，因为AB ⊂平面1ABB ，所以平面1AB C ⊥平面1.ABB13.【答案】证明：(1)平行六面体1111ABCD A B C D -中，11//AB A B ，又AB ⊂平面1111,A B C A B ⊂/平面11A B C ；得//AB 平面11A B C ；(2)在平行六面体1111ABCD A B C D -中，1AA AB =，得四边形11ABB A 是菱形，11.AB A B ⊥在平行六面体1111ABCD A B C D -中，1AA AB =，1111.AB B C AB BC ⊥⇒⊥ 又1A B BC C ⋂=，1A B ⊂平面1A BC ，BC ⊂平面1A BC得1AB ⊥面1A BC ，且1AB ⊂平面11ABB A∴平面11ABB A ⊥平面1.A BC14.【答案】(1)证明：矩形ABCD ，且E ，F 是AB 、CD 中点，//AE CF ∴且AE CF =，∴四边形AECF 是平行四边形，//CE AF ∴，又CE ⊂/面AMF ，AF ⊂面AMF ，//CE ∴平面AMF ；又M 是PD 中点，则//MF PC ，同理可得//PC 平面AMF ，又CE ⊂平面PEC ，PC ⊂平面PEC ，CE PC C ⋂=，∴平面//AMF 平面PEC ；(2)解：棱锥M AFD -的高等于PA 的一半，则多面体PECFMA 的体积 111120(12)44142.32323P AECD M AFD V V V --=-=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=15.【答案】()Ⅰ证明：连接AC 交BD 于点O ，连接OE ， 则O 是AC 的中点．又知E 是PC 中点，//EO PA ∴，PA ⊥平面ABCD ，OE ∴⊥平面.ABCD又知OE ⊂平面BED ，∴平面BED ⊥平面.ABCD()Ⅱ解：过B 作BM ⊥平面ABCD ，连接PM ，ME ，如图，由()Ⅰ可知，////PA EO MB ，则MB 是平面PBA 与平面EBD 的交线，由BM ⊥平面ABCD ，AB ，BO ⊂平面ABCD ，可得MB AB ⊥，MB BO ⊥，则ABO ∠即平面PBA 与平面EBD 所成二面角的平面角，四边形ABCD 为菱形，60.ABC ︒∠=可知30ABO ︒∠=，3cos cos30.2ABO ︒∠== 所以，平面PBA 与平面EBD 所成二面角(锐角)的余弦值为3.216.【答案】证明：()Ⅰ连结1A E ，11A A A C =，E 是AC 的中点，1A E AC ∴⊥，又平面11A ACC ⊥平面ABC ，1A E ⊂平面11A ACC ，平面11A ACC ⋂平面ABC AC =，1A E ∴⊥平面ABC ，又BC ⊂平面ABC ，1A E BC ∴⊥，1//A F AB ，90ABC ︒∠=，1BC A F ∴⊥，111A E A F A ⋂=，1A E 、1A F ⊂平面1A EF ，BC ∴⊥平面1A EF ，又EF ⊂平面1A EF ，EF BC ∴⊥；解：()Ⅱ取BC 中点G ，连结EG 、GF ，则1EGFA 是平行四边形，由于1A E ⊥平面ABC ，故1A E EG ⊥，∴平行四边形1EGFA 是矩形，由()Ⅰ得BC ⊥平面1EGFA ，则平面1A BC ⊥平面1EGFA ，EF ∴在平面1A BC 上的射影在直线1A G 上，连结1A G ，交EF 于O ，则EOG ∠是直线EF 与平面1A BC 所成角(或其补角)，不妨设4AC =，则在1Rt A EG 中，123A E =，3EG =，O 是1A G 的中点，故11522A G EO OG ===， 2223cos 25EO OG EG EOG EO OG +-∴∠==⨯⨯，∴直线EF 与平面1A BC 所成角的余弦值为3.517.【答案】(1)证明：由题意知111////AA BB CC ，又因为侧面11BB C C 是矩形且M ，N 分别是BC ，11B C 的中点，所以1//MN BB ，1BB BC ⊥，所以1//AA MN ，11MN B C ⊥，又底面为正三角形，所以AM BC ⊥，111A N B C ⊥，又因为1MN A N N ⋂=，1,MN A N ⊂平面1A AMN ，所以11B C ⊥平面1A AMN ，又11B C ⊂平面11EB C F ，所以平面11EB C F ⊥平面1.A AMN(2)解：因为//AO 平面11EB C F ，AO ⊂平面1A NMA ，平面1A NMA ⋂平面11EB C F NP =， 所以//AO NP ，又因为//NO AP ，所以6AO NP ==，3ON AP ==， 过M 作MH NP ⊥，垂足为H ，因为平面11EB C F ⊥平面1A AMN ，平面11EB C F ⋂平面1A AMN NP =，MH ⊂平面1A AMN ，所以MH ⊥平面11EB C F ，因为3MPN π∠=，所以sin33MH PM π=⋅=， 在ABC 中，EF AP BC AM = 可得2AP BC EF AM⋅== ， 11111()242EB C F S B C EF NP =+⋅=四边形， 又//BC 平面11EB C F ，所以1111B EB C F M EB C F V V --=11124.3EB C F S MH =⋅⋅=18.【答案】(1)证明：如图，连接1BC ，交1CB 于点N ，连接1A N ，.ON 则N 为1CB 的中点，又O 为BC 的中点，1//ON BB ∴，且112ON BB =， 又M 为1AA 的中点，11//MA BB ∴，且1112MA BB =， 1//ON MA ∴且1ON MA =，∴四边形1ONA M 为平行四边形，1//OM NA ∴，又1NA ⊂平面11CB A ，OM ⊂/平面11CB A ，//OM ∴平面11.CB A(2)解：如图，连接AO ，1OB ，1.ABAB AC =，O 为BC 的中点，AO BC ∴⊥， 又直三棱柱111ABC A B C -中，平面11CBB C ⊥平面ABC ，平面11CBB C ⋂平面ABC BC =，AO ⊂平面.ABCAO ∴⊥平面11.CBB C由(1)可知//OM 平面11CB A ，∴点M 到平面11CB A 的距离等于点O 到平面11CB A 的距离，设其为d ， 在直三棱柱111ABC A B C -中，由AB AC ==12BC AA ==可得，1AO =，11A B =1AC =1BC=，11CB A ∴是直角三角形，且1112CB A S = 由11111_{_}O CB A A A COB V V COB V --=-=得：111111213332COB d S AO =⨯⨯=⨯⨯⨯⨯，故d =即点M 到平面11CB A19.【答案】解：(1)连接1BC ，交1CB 于点O ，则O 为1CB 的中点，连接1A O ，MO因为M 为BC 的中点，所以1//MO BB ，所以1//MO NA ，从而M ，O ，1A ，N 四点共面.因为//MN 平面11A CB ，MN ⊂平面1MOA N ，平面1MOA N ⋂平面111=ACB AO ， 所以1//.MN AO又1//MO NA ，所以四边形1MOA N 为平行四边形， 所以1111122NA MO BB AA ===， 所以1=1.AN NA (2)因为11//A C AC ，所以直线MN 与直线11A C 所成角即为直线MN 与直线AC 所成角或者其补角. 取AB 的中点G ，连接,MG NG ，M 为BC 的中点，易得//AC GM ，则所求角为GMN ∠或者其补角GMN 中，112GM AC ==， 222GN AG AN =+=，222MN AM AN =+=由余弦定理可得1423cos 2124GMN +-∠==⨯⨯， 则7sin 4GMN ∠=， 所以，直线MN 与直线11A C 所成角的正弦值为7.420.【答案】证明：(1)如图：证明：连接BD ，由题意得AC BD H ⋂=，BH DH =，又由BG PG =，得//GH PD ，GH ⊂/平面PAD ，PD ⊂平面PAD ，//GH ∴平面PAD ；(2)证明：取棱PC 中点N ，连接DN ，依题意得DN PC ⊥， 又平面PAC ⊥平面PCD ，平面PAC ⋂平面PCD PC =，DN ⊂平面PCD ， DN ∴⊥平面PAC ，又PA ⊂平面PAC ，DN PA ∴⊥，又PA CD ⊥，CD DN D ⋂=，CD ⊂平面PCD ，DN ⊂平面PCD ，PA ∴⊥平面PCD ；(3)解：连接AN ，由(2)中DN ⊥平面PAC ，知DAN ∠是直线AD 与平面PAC 所成角， PCD 是等边三角形，2CD =，且N 为PC 中点， 3DN ∴=，又DN ⊥平面PAC ，AN PAC ⊂平面，DN AN ⊥，在Rt AND 中，3sin .3DN DAN DA ∠== ∴直线AD 与平面PAC 所成角的正弦值为3.3。
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专题空间几何中的平行与垂直考点点、线、面位置关系的判断一1.(优质试题浙江卷)已知互相垂直的平面α,β交于直线l,若直线m,n满足m∥α,n⊥β,则( ).A.m∥lB.m∥nC.n⊥lD.m⊥n【解析】∵α∩β=l,∴l⊂β.∵n⊥β,∴n⊥l.【答案】C2.(优质试题安徽卷)已知m,n是两条不同直线,α,β是两个不同平面,则下列命题正确的是( ).A.若α,β垂直于同一平面,则α与β平行B.若m,n平行于同一平面,则m与n平行C.若α,β不平行,则在α内不存在与β平行的直线D.若m,n不平行,则m与n不可能垂直于同一平面【解析】A项,α,β可能相交,故错误;B项,直线m,n的位置关系不确定,可能相交、平行或异面,故错误;C项,若m⊂α,α∩β=n,m∥n,则m∥β,故错误;D项,假设m,n垂直于同一平面,则必有m∥n,所以原命题正确.故D项正确.【答案】D3.(优质试题广东卷)若直线l1和l2是异面直线,l1在平面α内,l2在平面β内,l是平面α与平面β的交线,则下列命题正确的是( ).A.l与l1,l2都不相交B.l与l1,l2都相交C.l至多与l1,l2中的一条相交D.l至少与l1,l2中的一条相交【解析】由直线l1和l2是异面直线可知l1与l2不平行也不相交,故l1,l2中至少有一条与l相交.【答案】D4.(优质试题全国Ⅲ卷)在正方体ABCD -A1B1C1D1中,E为棱CD的中点,则( ).A.A1E⊥DC1B.A1E⊥BDC.A1E⊥BC1D.A1E⊥AC【解析】连接B1C,由题意得BC1⊥B1C.∵A1B1⊥平面B1BCC1,且BC1⊂平面B1BCC1,∴A1B1⊥BC1,∵A1B1∩B1C=B1,∴BC1⊥平面A1ECB1,∵A1E⊂平面A1ECB1,∴A1E⊥BC1.故选C.【答案】C5.(优质试题上海卷)如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别为BC、BB1的中点,则下列直线中与直线EF相交的是( ).A.直线AA1B.直线A1B1C.直线A1D1D.直线B1C1【解析】根据异面直线的概念可以看出直线AA1,A1B1,A1D1都和直线EF为异面直线,直线B1C1和直线EF在同一平面内,且这两条直线不平行,∴直线B1C1和直线EF相交,即选项D正确.【答案】D考点求异面直线所成的角二6.(优质试题全国Ⅲ卷)a,b为空间中两条互相垂直的直线,等腰直角三角形ABC的直角边AC所在直线与a,b都垂直,斜边AB以直线AC为旋转轴旋转,有下列结论:①当直线AB与a成60°角时,AB与b成30°角;②当直线AB与a成60°角时,AB与b成60°角;③直线AB与a所成角的最小值为45°;④直线AB与a所成角的最大值为60°.其中正确的是.(填写所有正确结论的编号)【解析】依题意建立如图所示的空间直角坐标系.设等腰直角三角形ABC的直角边长为1.由题意知点B在平面xOy中形成的轨迹是以C为圆心,1为半径的圆.设直线a的方向向量为a=(0,1,0),直线b的方向向量为b=(1,0,0),以Ox轴为始边沿逆时针方向旋转的旋转角为θ,θ∈[0,2π),则B(cos θ,sin θ,0),∴=(cos θ,sin θ,-1),||=设直线AB与a所成的角为α,则cos α==|sin θ|∈,∴45°≤α≤90°,∴③正确,④错误.设直线AB与b所成的角为β,则cos β==|cos θ|.当直线AB与a的夹角为60°,即α=60°时,则|sin θ|=cos α=cos 60°=,∴|cosθ|=.∴cosβ=|cos θ|=.∵0°≤β≤90°,∴β=60°,即直线AB与b的夹角为60°.∴②正确,①错误.【答案】②③7.(优质试题全国Ⅰ卷)平面α过正方体ABCD-A1B1C1D1的顶点A,α∥平面CB1D1,α∩平面ABCD=m,α∩平面ABB1A1=n,则m,n所成角的正弦值为( ).A. B. C. D.【解析】设平面CB1D1∩平面ABCD=m1.∵平面α∥平面CB1D1,∴m1∥m.又平面ABCD∥平面A1B1C1D1,且平面CB1D1∩平面A1B1C1D1=B1D1,∴B1D1∥m1.∴B1D1∥m.∵平面ABB1A1∥平面DCC1D1,且平面CB1D1∩平面DCC1D1=CD1,同理可证CD1∥n.因此直线m与n所成的角即直线B1D1与CD1所成的角.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,△CB1D1是正三角形,故直线B1D1与CD1所成角为60°,其正弦值为.【答案】A8.(优质试题全国Ⅱ卷)已知直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ABC=120°,AB=2,BC=CC1=1,则异面直线AB1与BC1所成角的余弦值为( ).A. B. C. D.【解析】将直三棱柱ABC-A1B1C1补形为直四棱柱ABCD-A1B1C1D1,如图所示,连接AD1,B1D1,BD.由题意知∠ABC=120°,AB=2,BC=CC1=1,所以AD1=BC1=,AB1=,∠DAB=60°.在△ABD中,由余弦定理知BD2=22+12-2×2×1×cos 60°=3,所以BD=,所以B1D1=.又直线AB1与AD1所成的角即为异面直线AB1与BC1所成的角θ,所以cos θ=-==.故选C.【答案】C9.(优质试题全国Ⅱ卷)直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BCA=90°,M,N分别是A1B1,A1C1的中点,BC=CA=CC1,则BM与AN所成角的余弦值为( ).A. B.C. D.【解析】如图,取BC的中点D,连接MN,ND,AD,由于MN B1C1BD,因此有ND BM,则ND与NA所成的角即为异面直线BM与AN所成的角.设BC=2,则BM=ND=,AN=,AD=,因此cos∠AND=-=.【答案】C考点求线面角或二面角的正弦值、余弦值等三10.(优质试题全国Ⅲ卷)如图,四面体ABCD中,△ABC是正三角形,△ACD 是直角三角形,∠ABD=∠CBD,AB=BD.(1)证明:平面ACD⊥平面ABC.(2)过AC的平面交BD于点E,若平面AEC把四面体ABCD分成体积相等的两部分,求二面角D-AE-C的余弦值.【解析】(1)由题设可得△ABD≌△CBD,从而AD=CD.又△ACD是直角三角形,所以∠ADC=90°.取AC的中点O,连接DO,BO,则DO⊥AC,DO=AO.又因为△ABC是正三角形,所以BO⊥AC,所以∠DOB为二面角D-AC-B的平面角.在Rt△AOB中,BO2+AO2=AB2,又AB=BD,所以BO2+DO2=BO2+AO2=AB2=BD2,故∠DOB=90°.所以平面ACD⊥平面ABC.(2)由题设及(1)知,OA,OB,OD两两垂直,以O为坐标原点,的方向为x轴正方向,的方向为y轴正方向,的方向为z轴正方向,||为单位长度,建立如图所示的空间直角坐标系O-xyz,则A(1,0,0),B(0,,0),C(-1,0,0),D(0,0,1).由题设知,四面体ABCE的体积为四面体ABCD的体积的,从而E到平面ABC的距离为D到平面ABC的距离的,即E为DB的中点,得E,故=(-1,0,1),=(-2,0,0),=-.设n=(x,y,z)是平面DAE的法向量,则即--可取n=.设m是平面AEC的法向量,则同理可取m=(0,-1,),则cos<n,m>==.所以二面角D-AE-C的余弦值为.11.(优质试题全国Ⅱ卷)如图,长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=16,BC=10,AA1=8,点E,F分别在A1B1,D1C1上,A1E=D1F=4.过点E,F的平面α与此长方体的面相交,交线围成一个正方形.(1)在图中画出这个正方形(不必说明画法和理由);(2)求直线AF与平面α所成角的正弦值.【解析】(1)交线围成的正方形EHGF如图所示.(2)作EM⊥AB,垂足为M,则AM=A1E=4,EM=AA1=8.因为四边形EHGF为正方形,所以EH=EF=BC=10.于是MH=-=6,所以AH=10.以点D为坐标原点,的方向为x轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,则A(10,0,0),H(10,10,0),E(10,4,8),F(0,4,8),=(10,0,0),=(0,-6,8).设n=(x,y,z)是平面EHGF的法向量,则即-所以可取n=(0,4,3).又=(-10,4,8),故|cos<n,>|==.所以直线AF与平面EHGF所成角的正弦值为.高频考点:点、线、面位置关系的判断;证明平行关系和垂直关系;求异面直线所成的角、线面角和二面角.命题特点:点、线、面位置关系的判断和异面直线所成的角一般是一个选择题和一个解答题,其中解答题的第一问是平行、垂直关系的证明,第二问是线面角、二面角的求解,从考查分值看,在17分左右,题目注重思维能力、逻辑推理能力和运算能力,属中档题.§13.1空间中点、线、面的位置关系一平面的基本性质1.公理1:如果一条直线上的在一个平面内,那么这条直线在这个平面内.2.公理2: 的三点,有且只有一个平面.3.公理3:如果两个不重合的平面有公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线.二空间中两直线的位置关系1.空间中两条直线的位置关系共面直线异面直线不同在一个平面内2.异面直线所成的角(1)定义:设a,b是两条异面直线,经过空间任一点O作直线a'∥a,b'∥b,把a'与b'所成的锐角(或直角)叫作异面直线a与b所成的角(或夹角).(2)范围: .3.公理4:平行于的两条直线互相平行.4.等角定理:空间中如果两个角的两边分别对应平行,那么这两个角.三空间中直线与平面、平面与平面的位置关系1.直线与平面的位置关系有、、三种情况.2.平面与平面的位置关系有、两种情况.☞左学右考下面的说法是否正确?请说明理由.两个平面α,β有一个公共点A,就说α,β相交于点A,记作α∩β=A.四条线段顺次首尾相连,它们最多可确定的平面个数有( ).A.4个B.3个C.2个D.1个已知直线a和平面α,β,α∩β=l,a⊄α,a⊄β,且a在α,β内的射b和c,则直线b和c的位置关系是( ).A.相交或平行B.相交或异面C.平行或异面D.相交、平行或异面在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别为棱A1B1,BB1的中点,则异面直线与CN所成角的余弦值为.下面的说法是否正确?请说明理由.已知平面α和β,直线a和b,α∥β,m∥n,若m∥α,则n∥β.α是一个平面,m,n是两条直线,A是一个点,若m⊄α,n⊂α,且m,A∈α,则m,n的位置关系不可能是( ).A.平行B.相交C.异面D.垂直知识清单一、1.两点 2.过不在一条直线上 3.一个二、1.平行相交任何 2. 3.同一条直线4.相等或互补三、1.相交平行在平面内 2.平行相交基础训练1.【解析】错误.由公理3可知两个平面相交于一条公共直线.2.【解析】如空间四边形每两条相交线都确定一个平面,故最多可确定4个平面.【答案】A3.【解析】依题意可得b和c的位置关系可能是相交、平行或异面. 【答案】D4.【解析】利用平移法,结合余弦定理即可得出.【答案】5.【解析】错误.n可以平行于β,也可以在平面β内.6.【解析】∵α是一个平面,m,n是两条直线,A是一个点,m⊄α,n⊂α,∴n在平面α上,m与平面α相交.∵A∈m,A∈α,∴A是m和平面α相交的点.∴m和n 异面或相交,一定不平行.故选A.【答案】A题型空间两条直线的位置关系一【例1】a,b,c是空间中互不重合的三条直线,下面给出五个命题:①若a∥b,b∥c,则a∥c;②若a⊥b,b⊥c,则a∥c;③若a与b相交,b与c相交,则a与c相交;④若a⊂平面α,b⊂平面β,则a,b一定是异面直线;⑤若a,b与c成等角,则a∥b.上述命题中正确的.(只填序号)【解析】由公理4知①正确;当a⊥b,b⊥c时,a与c可以相交、平行,也可以异面,故②不正确;当a与b相交,b与c相交时,a与c可以相交、平行,也可以异面,故③不正确;a⊂α,b⊂β,并不能说明a与b“不同在任何一个平面内”,故④不正确;当a,b与c成等角时,a与b可以相交、平行,也可以异面,故⑤不正确.故答案为①.【答案】①【变式训练1】若空间中四条两两不同的直线l1,l2,l3,l4满足l1⊥l2,l2⊥l3,l3⊥l4,则下列结论一定正确的是( ).A.l1⊥l4B.l1∥l4C.l1与l4既不垂直也不平行D.l1与l4的位置关系不确定【解析】∵l1⊥l2,l2⊥l3,∴l1与l3的位置关系不确定,又l4⊥l3,∴l1与l4的位置关系不确定.故A、B、C错误,D正确.【答案】D题型异面直线所成的角二【例2】已知长方体ABCD-A1B1C1D1中,AA1=AB=,AD=1,则异面直线B1C和C1D所成角的余弦值为( ).A. B. C. D.【解析】如图,连接B1A,AC,则B1A∥C1D,∴∠AB1C为异面直线B1C和C1D所成的角,在△AB1C中,AB1=,B1C=2,AC=2,∴cos∠AB1C=-==.∴异面直线B1C和C1D所成角的余弦值为.故选A.【答案】A【变式训练2】如图,正四面体ABCD中,E、F分别是棱BC和AD的中点,则直线AE和CF所成角的余弦值为( ).A. B.C. D.【解析】连接ED,取ED的中点G,连接GF,GC.∵FG为△DAE的中位线,∴FG∥AE.∴直线AE和CF所成的角即为GF和FC所成的角.设BC=1,则AE=DE=CF=.∴FG=AE=,GC=== .在△GFC 中,cos ∠GFC= -=-=.即直线AE 和CF 所成角的余弦值为. 【答案】B方法构造模型判断空间中的线面位置关系——长方体的妙用构造法实质上是结合题意构造符合题意的直观模型,然后将问题利用模型直观地作出判断,这样减少了抽象性,避免了因考虑不全面而导致解题错误.对于线面、面面位置关系(平行、垂直)的判定,可构造长方体或正方体化抽象为直观去判断.【突破训练】已知m ,n 是两条不同的直线,α,β为两个不同的平面,有下列四个命题:①若m ⊥α,n ⊥β,m ⊥n ,则α⊥β; ②若m ∥α,n ∥β,m ⊥n ,则α∥β; ③若m ⊥α,n ∥β,m ⊥n ,则α∥β; ④若m ⊥α,n ∥β,α∥β,则m ⊥n.其中正确的命题是 .(填写所有正确命题的序号) 【解析】对于①,由题意可以得到平面α、β互相垂直,如图(1)所示,故①正确;对于②,平面α、β可能垂直,如图(2)所示,故②不正确;对于③,平面α、β可能垂直,如图(3)所示,故③不正确;对于④,由题意可以得到直线m 、n 互相垂直,如图(4)所示,故④正确.【答案】①④1.(优质试题福建四校联考)设A、B、C、D是空间四个不同的点,下列命题中,不正确的是( ).A.若AC与BD共面,则AD与BC共面B.若AC与BD是异面直线,则AD与BC是异面直线C.若AB=AC,DB=DC,则AD⊥BCD.若AB=AC,DB=DC,则AD=BC【解析】A显然正确;B正确,因为若AD与BC共面,则必有AC与BD 共面,由原命题与其逆否命题同真同假可判断;C正确,用平面几何与立体几何的知识都可证明;D不正确,如图所示.故选D.【答案】D2.(优质试题太原二模)已知平面α∥β,且α与β的距离为d(d>0).若m⊂α,则在β内与直线m平行的直线共有( ).A.0条B.1条C.2条D.无数条【解析】因为平面α∥β,且α与β的距离为d(d>0),m⊂α,所以在β内与直线m平行的直线是过直线m与平面β相交的平面得到的交线,而距离m为2d的直线有两条,故在β内与直线m的距离为2d 的直线共有2条.故选C.【答案】C3.(优质试题无极县校级期中)如果直线a∥平面α,那么直线a与平面α内的( ).A.一条直线不相交B.两条直线不相交C.无数条直线不相交D.任意一条直线不相交【解析】∵直线a∥平面α,∴直线a与平面α没有公共点,从而直线a与平面α内任意一条直线都没有公共点,即不相交,故选D.【答案】D4.(优质试题江西八校联考)已知m,n为异面直线,m⊥平面α,n⊥平面β.直线l满足l⊥m,l⊥n,l⊄α,l⊄β,则( ).A.α∥β且l∥αB.α⊥β且l⊥βC.α与β相交,且交线垂直于lD.α与β相交,且交线平行于l【解析】由m⊥平面α,直线l满足l⊥m,且l⊄α,所以l∥α,又n⊥平面β,l⊥n,l⊄β,所以l∥β.由直线m,n为异面直线,且m⊥平面α,n⊥平面β,则α与β相交,否则,若α∥β,则推出m∥n,与m,n异面矛盾.故α与β相交,且交线平行于l.故选D.【答案】D5.(优质试题天津学业考试)如图,长方体ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=2BC=2,则异面直线A1B与AD1所成角的余弦值为( ).A. B.C. D.【解析】连接BC1,A1C1,则AD1∥BC1,∴∠A1BC1为异面直线A1B与AD1所成的角或其补角.在长方体ABCD-A1B1C1D1中,∵AA1=2AB=2BC=2,∴A1B=BC1=A1C1=在△A1BC1中,由余弦定理得cos∠A1BC1==.故选D.【答案】D6.(优质试题西宁模拟)如图,四棱锥P-ABCD的底面是一个正方形,PA⊥平面ABCD,PA=AB=2,E是棱PA的中点,则异面直线BE与AC所成角的余弦值是( ).A. B.C. D.【解析】以A为原点,AB为x轴,AD为y轴,AP为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则B(2,0,0),E(0,0,1),A(0,0,0),C(2,2,0),=(-2,0,1),=(2,2,0),设异面直线BE与AC所成的角为θ,则cos θ===.故选B.【答案】B7.(优质试题武邑县校级模拟)正四面体ABCD中,M是棱AD的中点,O是点A在底面BCD内的射影,则异面直线BM与AO所成角的余弦值为( ).A. B. C. D.【解析】取BC的中点E,DC的中点F,连接DE、BF,则由题意得DE∩BF=O,取OD的中点N,连接MN,则MN∥AO,∴∠BMN是异面直线BM与AO所成的角(或所成角的补角).设正四面体ABCD的棱长为2,由BM=DE==,OD=DE=,∴AO==,∴MN=AO=.由AO⊥平面BCD,MN∥AO,得MN⊥平面BCD,∴cos∠BMN===,∴异面直线BM与AO所成角的余弦值为.故选B.【答案】B8.(优质试题东胜区校级模拟)设有两条直线m,n和三个平面α,β,γ,给出下面四个命题:①α∩β=m,n∥m⇒n∥α,n∥β;②α⊥β,m⊥β,m⊄α⇒m∥α;③α∥β,m⊂α⇒m∥β;④α⊥β,α⊥γ⇒β∥γ.其中命题正确的是.【解析】①α∩β=m,n∥m不能得出n∥α,n∥β,因为n可能在α或β内,故①错误;②α⊥β,m⊥β,m⊄α,根据线面平行的判定定理可得m∥α,故②正确;③α∥β,m⊂α,根据面面平行的性质定理可得m∥β,故③正确;④α⊥β,α⊥γ,则γ与β可能平行也可能相交,故④错误.【答案】②③9.(优质试题河南二模)如图,G,H,M,N分别是正三棱柱的顶点或所在棱的中点,则表示GH,MN是异面直线的图形的序号为.【解析】异面直线的判定定理:经过平面外一点与平面内一点的直线与平面内不过该点的直线是异面直线.根据异面直线的判定定理可知:在图②④中,直线GH、MN是异面直线.在图①中,由G、M均为棱的中点,可知GH∥MN.在图③中,∵G、M均为棱的中点,∴四边形GMNH为梯形,则GH与MN相交.【答案】②④10.(优质试题烟台一模)若α,β是两个不同的平面,m,n是两条不同的直线,则下列结论错误的是( ).A.如果m∥n,α∥β,那么m与α所成的角和n与β所成的角相等B.如果m⊥n,m⊥α,n∥β,那么α⊥βC.如果α∥β,m⊂α,那么m∥βD.如果m⊥α,n∥α,那么m⊥n【解析】如果m∥n,α∥β,那么m,n与α所成的角和m,n与β所成的角均相等,故A正确;如果m⊥n,m⊥α,n∥β,不能得出α⊥β,故B 错误;如果α∥β,m⊂α,那么m与β无交点,则m∥β,故C正确;如果n∥α,那么存在直线l⊂α,使n∥l.由m⊥α,可得m⊥l,那么m⊥n,故D正确.故选B.【答案】B11.(优质试题南昌模拟)设四面体的六条棱的长分别为1,1,1,1,和a,且长为a的棱与长为的棱异面,则a的取值范围是( ).A.(0,)B.(0,)C.(1,)D.(1,)【解析】设四面体的底面是BCD,BC=a,BD=CD=1,顶点为A,AD=.在△BCD中,由两边之和大于第三边可得0<a<2.①取BC中点E,∵E是中点,Rt△ACE≌Rt△DCE,∴在△AED中,AE=ED=.∵两边之和大于第三边,∴,解得0<a<.②由①②得0<a<.故选A.【答案】A12.(优质试题湖北模拟)已知在四面体ABCD中,E,F分别是AC,BD的中点,若AB=2,CD=4,EF⊥AB,则EF与CD所成的角的大小为( ).A.30°B.45°C.60°D.90°【解析】设G为AD的中点,连接GF,GE,则GF,GE分别为△ABD,△ACD 的中位线.由此可得,GF∥AB且GF=AB=1,GE∥CD且GE=CD=2,∴∠GEF或其补角即为EF与CD所成的角.又∵EF⊥AB,GF∥AB,∴EF⊥GF.Rt△EFG中,GF=1,GE=2,∴∠GEF=30°.∴EF与CD所成的角的大小为30°,故选A.【答案】A13.(优质试题惠州期末)如图,下列四个正方体中,A、B为正方体的两个顶点,M、N、P分别为其所在棱的中点,能得出AB∥平面MNP的图形的序号是( ).A.①②B.③④C.②③D.①④【解析】对于①,由平面ADBC∥平面MNP,得出直线AB∥平面MNP;对于②,直线AB和平面MNP不平行;对于③,过点M易找到与AB平行的直线,得出AB与平面MNP相交;对于④,直线AB与平面MNP内的一条直线NP平行,且直线AB⊄平面MNP,∴直线AB∥平面MNP.综上,能得出直线AB∥平面MNP的图形的序号是①④.【答案】D14.(优质试题海南模拟)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别为棱AA1,CC1的中点,则在空间中与三条直线A1D1,EF,CD都相交的直线有条.【解析】在EF上任意取一点M,如图所示.直线A1D1与M确定一个平面,这个平面与CD有且仅有1个交点N,当M取不同的位置就确定不同的平面,从而与CD有不同的交点N,而直线MN与这三条异面直线都有交点.故在空间中与三条直线A1D1,EF,CD都相交的直线有无数条.【答案】无数15.(优质试题延边州模拟)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,△ABC为正三角形,侧棱垂直底面,AB=4,AA1=6,若E,F分别是棱BB1,CC1上的点,且BE=B1E,C1F=CC1,求异面直线A1E与AF所成角的余弦值.【解析】以C为原点,CA为x轴,在平面ABC中,过点C且垂直AC 的直线为y轴,CC1为z轴,建立空间直角坐标系,如图所示.∵在三棱柱ABC-A1B1C1中,底面为正三角形,侧棱垂直底面,AB=4,AA1=6,E,F分别是棱BB1,CC1上的点,且BE=B1E,C1F=CC1,∴A1(4,0,6),E(2,2,3),F(0,0,4),A(4,0,0),=(-2,2,-3),=(-4,0,4),设异面直线A1E与AF所成的角为θ,则cosθ===.∴异面直线A1E与AF所成角的余弦值为.§13.2直线、平面平行的判定与性质一直线与平面平行的判定定理和性质定理二平面与平面平行的判定定理和性质定理☞左学右考判断下列结论是否正确,正确的在括号内画“√”,错误的画.(1)若一条直线和平面内一条直线平行,则这条直线和这个平面平行.( ) (2)如果一个平面内的两条直线平行于另一个平面,那么这两个平面平行. ( ) (3)如果两个平面平行,那么分别在这两个平面内的两条直线平行或异面. ( )若两条直线都与一个平面平行,则这两条直线的位置关系是( ).A.平行B.相交C.异面D.以上均有可能设α,β是两个不同的平面,m是直线且m⊂α.“m∥β”是α∥β”的( ).A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件知识清单一、一条直线与此平面内的一条直线交线二、相交直线平行交线基础训练1.【解析】(1)错,也可能在平面内;(2)错,应该是两条相交直线,否则未必成立;(3)正确.【答案】(1)×(2)×(3)√2.【解析】平行、相交、异面都有可能.故选D.【答案】D3.【解析】满足面面平行的性质定理但不满足面面平行的判定定理,故是必要不充分条件.故选B.【答案】B题型直线与平面平行的判定一【例1】如图所示,斜三棱柱ABC-A1B1C1中,点D,D1分别为AC,A1C1的中点.(1)证明:AD1∥平面BDC1.(2)证明:BD∥平面AB1D1.【解析】(1)∵AC A1C1,D,D1分别是AC,A1C1的中点,∴AD C1D1,∴四边形ADC1D1是平行四边形,∴AD1∥DC1,又AD1⊄平面BDC1,DC1⊂平面BDC1,∴AD1∥平面BDC1.(2)连接DD1,∵四边形ACC1A1是平行四边形,D,D1分别是AC,A1C1的中点,∴DD1AA1,又AA1BB1,∴DD1BB1,∴四边形DBB1D1是平行四边形,∴B1D1∥BD,又BD⊄平面AB1D1,B1D1⊂平面AB1D1,∴BD∥平面AB1D1.证明线面平行应在平面内找一条直线与平面外的那条直线平行,【变式训练1】如图,四棱锥P-ABCD中,四边形ABCD为矩形,E为PD的中点.证明:PB∥平面AEC.【解析】连接BD交AC于点O,连接EO.因为四边形ABCD为矩形,所以O为BD的中点.又E为PD的中点,所以EO∥PB.因为EO⊂平面AEC,PB⊄平面AEC,所以PB∥平面AEC.题型直线与平面平行的性质二【例2】如图,已知四边形ABCD是平行四边形,点P是平面ABCD 外的一点,在四棱锥P-ABCD中,M是PC的中点,在DM上取一点G,过点G 和AP作平面交平面BDM于GH.求证:AP∥GH.【解析】连接AC,交BD于O,连接MO.因为四边形ABCD是平行四边形,所以 O是AC的中点,又因为M是PC的中点,所以MO∥PA.又因为 MO⊂平面BDM,PA⊄平面BDM,所以PA∥平面BDM.又因为经过PA与点G的平面交平面BDM于GH,所以AP∥GH.【变式训练2】如图,四棱锥P-ABCD的底面是边长为8的正方形,四条侧棱长均为2,点G,E,F,H分别是棱PB,AB,CD,PC上共面的四点,平面GEFH⊥平面ABCD,BC∥平面GEFH.(1)证明:GH∥EF.(2)若EB=2,求四边形GEFH的面积.【解析】(1)∵BC∥平面GEFH,平面GEFH∩平面ABCD=EF,BC⊂平面ABCD,∴BC∥EF,∵EF⊄平面PBC,BC⊂平面PBC,∴EF∥平面PBC.∵平面GEFH∩平面PBC=GH,∴EF∥GH.(2)连接AC,BD交于点O,BD交EF于点K,连接OP,GK.∵PA=PC,O为AC中点,∴PO⊥AC,同理可得PO⊥BD,又∵BD∩AC=O,AC⊂底面ABCD,BD⊂底面ABCD,∴PO⊥底面ABCD.又∵平面GEFH⊥平面ABCD,PO⊄平面GEFH,∴PO∥平面GEFH,∵平面PBD∩平面GEFH=GK,∴PO∥GK,∴GK⊥底面ABCD,∴GK是梯形GEFH的高,∵AB=8,EB=2,∴==,∴KB=DB=OB,即K为OB中点,又∵PO∥GK,∴GK=PO,即G为PB中点,且GH=BC=4,由已知可得OB=4,PO=-==6,∴GK=3,故四边形GEFH的面积S=(GH+EF)×GK=×(4+8)×3=18.题型平面与平面平行的判定与性质三【例3】如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,E,F,G,H分别是AB,AC,A1B1,A1C1的中点,求证:(1)B,C,H,G四点共面;(2)平面EFA1∥平面BCHG.【解析】(1)∵G、H分别为A1B1,A1C1的中点,∴GH∥B1C1,∵三棱柱ABC-A1B1C1中,BC∥B1C1,∴GH∥BC,∴B、C、H、G四点共面.(2)∵E、F分别为AB、AC的中点,∴EF∥BC,∴EF∥BC∥B1C1∥GH.又∵E、G分别为三棱柱侧面平行四边形AA1B1B对边AB、A1B1的中点,∴四边形A1EBG为平行四边形,A1E∥BG.∴平面EFA1中有两条相交直线A1E、EF分别与平面BCHG中的两条相交直线BG、BC平行,∴平面EFA1∥平面BCHG.【变式训练3】如图,四边形ABCD与四边形ADEF均为平行四边形且不共面,M,N,G分别是AB,AD,EF的中点.(1)求证:BE∥平面DMF.(2)求证:平面BDE∥平面MNG.【解析】(1)连接AE,AE与FD交于点O,∵四边形ADEF为平行四边形,∴O为FD的中点,也为AE的中点.又∵M为AB的中点,连接MO,∴MO∥BE.∵MO⊂平面DMF,BE⊄平面DMF,∴BE∥平面DMF.(2)∵MN∥BD,GN∥DE,且MN、GN交于点N,DE、DB交于点D,∴平面BDE∥平面MNG.方平行关系中的探究性问题法解决探究性问题一般先假设求解的结果存在,从这个结果出发,寻找使这个结论成立的充分条件,如果找到了使结论成立的充分条件,则存在;如果找不到使结论成立的充分条件(出现矛盾),则不存在.而对于探求点的问题,一般是先探求点的位置,多为线段的中点或某个三等分点,然后给出符合要求的证明.【突破训练】已知正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,M是DD1的中点.(1)求证:BD1∥平面AMC.(2)在线段BB1上是否存在点P,当=λ时,平面A1PC1∥平面AMC?若存在,求出λ的值并证明;若不存在,请说明理由.【解析】(1)在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,连接BD交AC于点N,连接MN.因为四边形ABCD为正方形,所以N为BD的中点.在△DBD1中,因为M为DD1的中点,所以BD1∥MN.因为MN⊂平面AMC,BD1⊄平面AMC,所以BD1∥平面AMC.(2)当λ=,即点P为线段BB1的中点时,平面A1PC1∥平面AMC.因为AA1∥CC1,且AA1=CC1,所以四边形AA1C1C是平行四边形.所以AC∥A1C1.取CC1的中点Q,连接MQ,QB.因为M为DD1的中点,所以MQ∥AB,且MQ=AB,所以四边形ABQM是平行四边形.所以BQ∥AM.同理BQ∥C1P.所以AM∥C1P.因为A1C1∩C1P=C1,AC∩AM=A,所以平面A1PC1∥平面AMC.1.(优质试题新余二模)如图,几何体E-ABCD是四棱锥,△ABD为正三角形,CB=CD,EC⊥BD.(1)求证:BE=DE.(2)若∠BCD=120°,M为线段AE的中点,求证:DM∥平面BEC.【解析】(1)设BD的中点为O,连接OC,OE,则由BC=CD知,CO⊥BD,又已知CE⊥BD,EC∩CO=C,∴BD⊥平面OCE.∴BD⊥OE,即OE是BD的垂直平分线,∴BE=DE.(2)取AB的中点N,连接MN,DN,∵M是AE的中点,∴MN∥BE,又MN⊄平面BEC,BE⊂平面BEC,∴MN∥平面BEC,∵△ABD是等边三角形,∴∠BDN=30°,又CB=CD,∠BCD=120°,∴∠CBD=30°,∴ND∥BC,又DN⊄平面BEC,BC⊂平面BEC,∴DN∥平面BEC,又MN∩DN=N,故平面DMN∥平面BEC,又DM⊂平面DMN,∴DM∥平面BEC.2.(优质试题衡水校级模拟)如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,∠ABC=∠ACD=90°,∠BAC=∠CAD=60°,E为PD的中点,F在AD上且∠FCD=30°.(1)求证:CE∥平面PAB.(2)若PA=2AB=2,求四面体P-ACE的体积.【解析】(1)∵∠ABC=∠ACD=90°,∠BAC=∠CAD=60°,∴∠FDC=30°,∵∠FCD=30°,∴∠ACF=60°,∴AF=CF=DF,∴F为AD的中点,∵E为PD的中点,∴在△PAD中,EF是中位线,可得EF∥PA.∵EF⊄平面PAB,PA⊂平面PAB,∴EF∥平面PAB.∵∠BAC=∠ACF=60°,∴CF∥AB.∵CF⊄平面PAB,AB⊂平面PAB,∴CF∥平面PAB.∵EF、CF是平面CEF内的两条相交直线,∴平面CEF∥平面PAB.∵CE⊂平面CEF,∴CE∥平面PAB.(2)∵EF∥AP,∴EF∥平面APC,∵∠ABC=∠ACD=90°,∠BAC=60°,PA=2AB=2,∴AC=2AB=2,CD==2,∴V P-ACE=V E-PAC=V F-PAC=V P-ACF=S△ACF·PA=×××2×2×2=.3.(优质试题大石桥市校级学业考试)如图所示,△ABC为正三角形,CE⊥平面ABC,BD∥CE且CE=AC=2BD,试在AE上确定一点M,使得DM∥平面ABC.【解析】当M为AE的中点时,OM∥平面ABC.证明如下:取AC的中点为N,连接MN,NB,在△AEC中,∵M,N分别是边AC,AE的中点,∴CE=2MN且MN∥CE,又∵CE=2BD且BD∥CE,∴MN∥BD且MN=BD,∴四边形BDMN是平行四边形.∴DM∥BN,又∵BN⊂平面ABC,DM⊄平面ABC,∴DM∥平面ABC.故M为AE的中点时,DM∥平面ABC.4.(优质试题辽宁校级月考)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,(1)求证:平面A1BD∥平面B1D1C.(2)若E、F分别是AA1,CC1的中点,求证:平面EB1D1∥平面FBD.【解析】(1)由B1B∥DD1得四边形BB1D1D是平行四边形,∴B1D1∥BD,又B1D1⊂平面B1D1C,BD⊄平面B1D1C,∴BD∥平面B1D1C.同理A1D∥平面B1D1C.而A1D∩BD=D,∴平面A1BD∥平面B1D1C.(2)由BD∥B1D1得BD∥平面EB1D1.取BB1的中点G,连接AG,GF(图略),则AE B1G,四边形AEB1G为平行四边形,从而得B1E∥AG,同理GF AD,四边形AGFD为平行四边形,∴AG∥DF.∴B1E∥DF.∴DF∥平面EB1D1.∵BD∩DF=F,∴平面EB1D1∥平面FBD.5.(优质试题南京校级四模)在正三棱柱ABC-A1B1C1中,D是BC的中点.(1)求证:A1C∥平面AB1D.(2)设M为棱CC1上的点,且满足BM⊥B1D,求证:平面AB1D⊥平面ABM.【解析】(1)连接A1B交AB1于点O,连接OD.∵四边形AA1B1B为矩形,∴O是A1B的中点,又∵D是BC的中点,∴A1C∥OD.又∵A1C⊄平面AB1D,OD⊂平面AB1D,∴A1C∥平面AB1D.(2)∵△ABC是正三角形,D是BC的中点,∴AD⊥BC.∵平面ABC⊥平面BB1C1C,平面ABC∩平面BB1C1C=BC,AD⊂平面ABC,∴AD⊥平面BB1C1C.∵BM⊂平面BB1C1C,∴AD⊥BM.又∵BM⊥B1D,AD∩B1D=D,AD,B1D⊂平面AB1D,∴BM⊥平面AB1D.又∵BM⊂平面ABM,∴平面AB1D⊥平面ABM.6.(优质试题万州区校级月考)如图,在斜三棱柱ABC-A1B1C1中,点D、D1分别为AC、A1C1上的点.(1)当等于何值时,BC1∥平面AB1D1?(2)若平面BC1D∥平面AB1D1,求的值.【解析】(1)如图,取D1为线段A1C1的中点,此时=1,BC1∥平面AB1D1,证明如下:连接A1B交AB1于点O,连接OD1.由棱柱的性质,知四边形A1ABB1为平行四边形,∴O为线段A1B的中点.在△A1BC1中,点O、D1分别为A1B、A1C1的中点,∴OD1∥BC1.又∵OD1⊂平面AB1D1,BC1⊄平面AB1D1,∴BC1∥平面AB1D1.∴当=1时,BC1∥平面AB1D1,(2)由已知,平面BC1D∥平面AB1D1,且平面A1BC1∩平面BDC1=BC1,平面A1BC1∩平面AB1D1=D1O.因此BC1∥D1O,同理AD1∥DC1.∴=,=.又∵=1,∴=1,即=1.7.(优质试题双鸭山校级期末)如图,AB是圆O的直径,PA垂直圆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OQG∥平面PBC.【解析】(1)∵AB是圆O的直径,∴BC⊥AC,又∵PA⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,∴BC⊥PA.∵PA∩AC=A,∴BC⊥平面PAC.(2)延长OG,交AC于点M,连接QM,∵G为△AOC的重心,∴OM是△AOC 的中线.∵Q为PA的中点,M为AC的中点,∴QM∥PC.∵QM⊄平面PBC,PC⊂平面PBC,∴QM∥平面PBC,同理可得QO∥平面PBC.∵QM、QO是平面OQG内的两条相交直线,∴平面OQG∥平面PBC.8.(优质试题朝阳区一模)如图,在四棱锥P-ABCD中,平面PAB⊥平面ABCD,AD∥BC,PA⊥AB,CD⊥AD,BC=CD=AD,E为AD的中点.(1)求证:PA⊥CD.(2)求证:平面PBD⊥平面PAB.(3)在平面PAB内是否存在点M,使得直线CM∥平面PBE?请说明理由.【解析】(1)因为平面PAB⊥平面ABCD,平面PAB∩平面ABCD=AB,PA⊥AB,所以PA⊥平面ABCD,则PA⊥CD.(2)由已知,BC∥ED,且BC=ED,所以四边形BCDE是平行四边形,。