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广西专用高考数学一轮复习第八章立体几何3空间点直线平面之间的位置关系课件新人教A版理
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这是一份广西专用高考数学一轮复习第八章立体几何3空间点直线平面之间的位置关系课件新人教A版理，共36页。PPT课件主要包含了-2-，知识梳理，双基自测，不在一条直线上，-3-，-4-，同一条直线，-5-，相等或互补，-6-等内容，欢迎下载使用。
1.平面的基本性质公理1:如果一条直线上的 在一个平面内,那么这条直线在此平面内. 公理2:过 的三点,有且只有一个平面. 公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有 过该点的公共直线.
2.直线与直线的位置关系
(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)叫做异面直线a,b所成的角(或夹角).
3.公理4平行于 的两条直线互相平行.
4.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 .
5.直线与平面的位置关系直线与平面的位置关系有 、 、__________三种情况.
6.平面与平面的位置关系平面与平面的位置关系有 、 两种情况.
7.常用结论(1)唯一性定理①过直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行.②过直线外一点有且只有一个平面与已知直线垂直.③过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行.④过平面外一点有且只有一条直线与已知平面垂直.(2)异面直线的判定定理经过平面内一点的直线与平面内不经过该点的直线互为异面直线.
(3)确定平面的三个推论①推论1:经过一条直线和这条直线外一点,有且只有一个平面.②推论2:经过两条相交直线,有且只有一个平面.③推论3:经过两条平行直线,有且只有一个平面.(4)异面直线易误解为“分别在两个不同平面内的两条直线为异面直线”,实质上两异面直线不能确定任何一个平面,因此异面直线既不平行,也不相交.
1.下列结论正确的打“√”,错误的打“×”.(1)两个不重合的平面只能把空间分成四个部分.( )(2)两个平面α,β有一个公共点A,就说α,β相交于A点,记作α∩β=A.( )(3)已知a,b是异面直线,直线c平行于直线a,那么c与b不可能是平行直线.( )(4)如果两个不重合的平面α,β有一条公共直线a,那么就说平面α,β相交,并记作α∩β=a.( )(5)若a,b是两条直线,α,β是两个平面,且a⊂α,b⊂β,则a,b是异面直 线.( )
2.如图,平面α∩平面β=直线l,点A,B∈α,点C∈β,且C∉l,直线AB∩l=M,过A,B,C三点的平面记作γ,则γ与β的交线必通过( )A.点AB.点BC.点C但不过点MD.点C和点M
3.如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是AB,AD的中点,则异面直线B1C与EF所成角的大小为( )A.30°B.45°C.60°D.90°
4.设P表示一个点,a,b表示两条直线,α,β表示两个平面,给出下列四个命题,其中正确的命题是 .(填序号) ①P∈a,P∈α⇒a⊂α;②a∩b=P,b⊂β⇒a⊂β;③a∥b,a⊂α,P∈b,P∈α⇒b⊂α;④α∩β=b,P∈α,P∈β⇒P∈b
5.如图,在三棱锥A-BCD中,E,F,G,H分别是棱AB,BC,CD,DA的中点,则(1)当AC,BD满足条件 时,四边形EFGH为菱形; (2)当AC,BD满足条件 时,四边形EFGH是正方形.
例1如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是AB,AA1的中点,求证:(1)E,C,D1,F四点共面;(2)CE,D1F,DA三线共点.思考如何利用平面的基本性质证明点共线和线共点?
证明 (1)如图,连接EF,CD1,A1B.∵E,F分别是AB,AA1的中点,∴EF∥A1B.又A1B∥CD1,∴EF∥CD1,∴E,C,D1,F四点共面.(2)∵EF∥CD1,EF
对点训练1如图,在空间四边形ABCD中,E,F分别是AB,AD的中点,G,H分别在BC,CD上,且BG∶GC=DH∶HC=1∶2.(1)求证:E,F,G,H四点共面;(2)设EG与FH交于点P,求证:P,A,C三点共线.
证明 (1)∵E,F分别为AB,AD的中点,∴EF∥BD.∴GH∥BD,∴EF∥GH.∴E,F,G,H四点共面.(2)∵EG∩FH=P,P∈EG,EG⊂平面ABC,∴P∈平面ABC.同理P∈平面ADC.∴P为平面ABC与平面ADC的公共点.又平面ABC∩平面ADC=AC,∴P∈AC,∴P,A,C三点共线.
例2(1)已知直线a,b分别在两个不同的平面α,β内,则“直线a和直线b相交”是“平面α和平面β相交”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(2)(2017全国Ⅱ,理10)已知在直三棱柱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( )
思考如何借助空间图形确定两直线位置关系?
解析:(1)若直线a和直线b相交,则直线a与直线b有一个公共点.因为直线a,b分别在两个不同的平面α,β内,所以平面α与β必有公共点,从而平面α和β相交;反之,若平面α和β相交,则直线a和直线b可能平行、异面、相交,故选A.
(2)(方法一)如图,取AB,BB1,B1C1的中点M,N,P,连接MN,NP,PM,可知AB1与BC1所成的角等于MN与NP所成的角.
(方法二)把三棱柱ABC-A1B1C1补成四棱柱ABCD-A1B1C1D1,如图,连接C1D,BD,则AB1与BC1所成的角为∠BC1D.
解题心得1.解题时一定要注意选项中的重要字眼“至少”“至多”,否则很容易出现错误.解决空间点、线、面的位置关系这类问题时一定要万分小心,除了作理论方面的推导论证外,利用特殊图形进行检验,也可作必要的合情推理.2.常用平移法求异面直线所成的角,步骤如下:一作:即根据定义作平行线,作出异面直线所成的角,平移的方法一般有三种类型:(1)利用图中已有的平行线平移;(2)利用特殊点(线段的端点或中点)作平行线平移;(3)补形平移.二证:即证明作出的角是异面直线所成的角(或其补角);三求:解三角形,求出所作的角,若求出的角是锐角或直角,则它就是要求的角,若求出的角是钝角,则它的补角才是要求的角.
对点训练2(1)(2020重庆沙坪坝区模拟)已知在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为菱形,且∠ABC=60°,AB=AA1,则异面直线A1B与D1B1所成角的余弦值为( )
解析:(1)连接A1D,DB,如图.∵在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为菱形,∴DB∥D1B1, ∴异面直线A1B与D1B1所成的角为∠A1BD或其补角.
(2)如图,G,N,M,H分别是三棱柱的顶点或所在棱的中点,则直线GH,MN是异面直线的图形有 .(填上所有正确答案的序号)
解析:题图①中,直线GH∥MN;题图②中,G,H,N三点共面,但M∉平面GHN,因此直线GH与MN异面;题图③中,连接MG,易知GM∥HN,因此GH与MN共面;题图④中,G,M,N共面,但H∉平面GMN,因此GH与MN异面.所以题图②,④中GH与MN异面.
例3设直线m与平面α相交但不垂直,则下列说法中正确的是( )A.在平面α内有且只有一条直线与直线m垂直B.过直线m有且只有一个平面与平面α垂直C.与直线m垂直的直线不可能与平面α平行D.与直线m平行的平面不可能与平面α垂直思考如何借助空间图形确定线面位置关系?
解题心得解决这类问题的关键就是熟悉直线与直线、直线与平面、平面与平面的各种位置关系及相应的公理定理,归纳整理平面几何中成立但立体几何中不成立的命题,并在解题过程中注意避免掉入由此设下的陷阱.判断时可由易到难进行,一般是作图分析,构造出符合题设条件的图形或反例来判断.
对点训练3已知α,β是两个平面,m,n是两条直线,有下列四个命题:①如果m⊥n,m⊥α,n∥β,那么α⊥β.②如果m⊥α,n∥α,那么m⊥n.③如果α∥β,m⊂α,那么m∥β.④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.其中正确的命题有 .(填写所有正确命题的编号)
思想方法——构造模型判断空间线面的位置关系空间点、直线、平面的位置关系是立体几何的理论基础,高考常设置选择题或填空题,考查直线、平面位置关系的判断和异面直线所成的角的求法.在判断线、面位置关系时,有时可以借助常见的几何体作出判断.这类试题一般称为空间线面位置关系的组合判断题,解决的方法是“推理论证加反例推断”,即正确的结论需要根据空间线面位置关系的相关定理进行证明,错误的结论需要通过举出反例说明其错误,在解题中可以以常见的空间几何体(如正方体、正四面体等)为模型进行推理或者反驳.
典例(1)已知空间三条直线l,m,n,若l与m异面,且l与n异面,则( )A.m与n异面B.m与n相交C.m与n平行D.m与n异面、相交、平行均有可能(2)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.
(3)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.其中所有正确的命题的序号是 . 答案:(1)D (2)无数 (3)①④
解析:(1)在如图所示的长方体中,m,n1与l都异面,但是m∥n1,所以A,B错误;m,n2与l都异面,且m,n2也异面,所以C错误.(2)(方法一)如图,在EF上任意取一点M,直线A1D1与M确定一个平面,这个平面与CD有且仅有一个交点N,当M取不同的位置时就确定不同的平面,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,所以在空间中与这三条直线都相交的直线有无数条.
(方法二)在A1D1上任取一点P,过点P与直线EF作一个平面α,因CD与平面α不平行,所以它们相交,设它们交于点Q,连接PQ(图略),则PQ与EF必然相交,即PQ为所求直线.由点P的任意性,知有无数条直线与三条直线A1D1,EF,CD都相交.(3)对于①,利用直二面角的定义可得平面α,β互相垂直,故①正确;借助于长方体模型来解决,对于②,平面α,β可能垂直,如图b所示,故②不正确;对于③,平面α,β可能垂直,如图c所示,故③不正确;对于④,由m⊥α,α∥β可得m⊥β,因为n∥β,所以过n作平面γ,且γ∩β=g,如图d所示,所以n与交线g平行,因为m⊥g,所以m⊥n,故④正确.
1.平面的基本性质公理1:如果一条直线上的 在一个平面内,那么这条直线在此平面内. 公理2:过 的三点,有且只有一个平面. 公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有 过该点的公共直线.
2.直线与直线的位置关系
(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)叫做异面直线a,b所成的角(或夹角).
3.公理4平行于 的两条直线互相平行.
4.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 .
5.直线与平面的位置关系直线与平面的位置关系有 、 、__________三种情况.
6.平面与平面的位置关系平面与平面的位置关系有 、 两种情况.
7.常用结论(1)唯一性定理①过直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行.②过直线外一点有且只有一个平面与已知直线垂直.③过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行.④过平面外一点有且只有一条直线与已知平面垂直.(2)异面直线的判定定理经过平面内一点的直线与平面内不经过该点的直线互为异面直线.
(3)确定平面的三个推论①推论1:经过一条直线和这条直线外一点,有且只有一个平面.②推论2:经过两条相交直线,有且只有一个平面.③推论3:经过两条平行直线,有且只有一个平面.(4)异面直线易误解为“分别在两个不同平面内的两条直线为异面直线”,实质上两异面直线不能确定任何一个平面,因此异面直线既不平行,也不相交.
1.下列结论正确的打“√”,错误的打“×”.(1)两个不重合的平面只能把空间分成四个部分.( )(2)两个平面α,β有一个公共点A,就说α,β相交于A点,记作α∩β=A.( )(3)已知a,b是异面直线,直线c平行于直线a,那么c与b不可能是平行直线.( )(4)如果两个不重合的平面α,β有一条公共直线a,那么就说平面α,β相交,并记作α∩β=a.( )(5)若a,b是两条直线,α,β是两个平面,且a⊂α,b⊂β,则a,b是异面直 线.( )
2.如图,平面α∩平面β=直线l,点A,B∈α,点C∈β,且C∉l,直线AB∩l=M,过A,B,C三点的平面记作γ,则γ与β的交线必通过( )A.点AB.点BC.点C但不过点MD.点C和点M
3.如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是AB,AD的中点,则异面直线B1C与EF所成角的大小为( )A.30°B.45°C.60°D.90°
4.设P表示一个点,a,b表示两条直线,α,β表示两个平面,给出下列四个命题,其中正确的命题是 .(填序号) ①P∈a,P∈α⇒a⊂α;②a∩b=P,b⊂β⇒a⊂β;③a∥b,a⊂α,P∈b,P∈α⇒b⊂α;④α∩β=b,P∈α,P∈β⇒P∈b
5.如图,在三棱锥A-BCD中,E,F,G,H分别是棱AB,BC,CD,DA的中点,则(1)当AC,BD满足条件 时,四边形EFGH为菱形; (2)当AC,BD满足条件 时,四边形EFGH是正方形.
例1如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是AB,AA1的中点,求证:(1)E,C,D1,F四点共面;(2)CE,D1F,DA三线共点.思考如何利用平面的基本性质证明点共线和线共点?
证明 (1)如图,连接EF,CD1,A1B.∵E,F分别是AB,AA1的中点,∴EF∥A1B.又A1B∥CD1,∴EF∥CD1,∴E,C,D1,F四点共面.(2)∵EF∥CD1,EF
对点训练1如图,在空间四边形ABCD中,E,F分别是AB,AD的中点,G,H分别在BC,CD上,且BG∶GC=DH∶HC=1∶2.(1)求证:E,F,G,H四点共面;(2)设EG与FH交于点P,求证:P,A,C三点共线.
证明 (1)∵E,F分别为AB,AD的中点,∴EF∥BD.∴GH∥BD,∴EF∥GH.∴E,F,G,H四点共面.(2)∵EG∩FH=P,P∈EG,EG⊂平面ABC,∴P∈平面ABC.同理P∈平面ADC.∴P为平面ABC与平面ADC的公共点.又平面ABC∩平面ADC=AC,∴P∈AC,∴P,A,C三点共线.
例2(1)已知直线a,b分别在两个不同的平面α,β内,则“直线a和直线b相交”是“平面α和平面β相交”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(2)(2017全国Ⅱ,理10)已知在直三棱柱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( )
思考如何借助空间图形确定两直线位置关系?
解析:(1)若直线a和直线b相交,则直线a与直线b有一个公共点.因为直线a,b分别在两个不同的平面α,β内,所以平面α与β必有公共点,从而平面α和β相交;反之,若平面α和β相交,则直线a和直线b可能平行、异面、相交,故选A.
(2)(方法一)如图,取AB,BB1,B1C1的中点M,N,P,连接MN,NP,PM,可知AB1与BC1所成的角等于MN与NP所成的角.
(方法二)把三棱柱ABC-A1B1C1补成四棱柱ABCD-A1B1C1D1,如图,连接C1D,BD,则AB1与BC1所成的角为∠BC1D.
解题心得1.解题时一定要注意选项中的重要字眼“至少”“至多”,否则很容易出现错误.解决空间点、线、面的位置关系这类问题时一定要万分小心,除了作理论方面的推导论证外,利用特殊图形进行检验,也可作必要的合情推理.2.常用平移法求异面直线所成的角,步骤如下:一作:即根据定义作平行线,作出异面直线所成的角,平移的方法一般有三种类型:(1)利用图中已有的平行线平移;(2)利用特殊点(线段的端点或中点)作平行线平移;(3)补形平移.二证:即证明作出的角是异面直线所成的角(或其补角);三求:解三角形,求出所作的角,若求出的角是锐角或直角,则它就是要求的角,若求出的角是钝角,则它的补角才是要求的角.
对点训练2(1)(2020重庆沙坪坝区模拟)已知在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为菱形,且∠ABC=60°,AB=AA1,则异面直线A1B与D1B1所成角的余弦值为( )
解析:(1)连接A1D,DB,如图.∵在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为菱形,∴DB∥D1B1, ∴异面直线A1B与D1B1所成的角为∠A1BD或其补角.
(2)如图,G,N,M,H分别是三棱柱的顶点或所在棱的中点,则直线GH,MN是异面直线的图形有 .(填上所有正确答案的序号)
解析:题图①中,直线GH∥MN;题图②中,G,H,N三点共面,但M∉平面GHN,因此直线GH与MN异面;题图③中,连接MG,易知GM∥HN,因此GH与MN共面;题图④中,G,M,N共面,但H∉平面GMN,因此GH与MN异面.所以题图②,④中GH与MN异面.
例3设直线m与平面α相交但不垂直,则下列说法中正确的是( )A.在平面α内有且只有一条直线与直线m垂直B.过直线m有且只有一个平面与平面α垂直C.与直线m垂直的直线不可能与平面α平行D.与直线m平行的平面不可能与平面α垂直思考如何借助空间图形确定线面位置关系?
解题心得解决这类问题的关键就是熟悉直线与直线、直线与平面、平面与平面的各种位置关系及相应的公理定理,归纳整理平面几何中成立但立体几何中不成立的命题,并在解题过程中注意避免掉入由此设下的陷阱.判断时可由易到难进行,一般是作图分析,构造出符合题设条件的图形或反例来判断.
对点训练3已知α,β是两个平面,m,n是两条直线,有下列四个命题:①如果m⊥n,m⊥α,n∥β,那么α⊥β.②如果m⊥α,n∥α,那么m⊥n.③如果α∥β,m⊂α,那么m∥β.④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.其中正确的命题有 .(填写所有正确命题的编号)
思想方法——构造模型判断空间线面的位置关系空间点、直线、平面的位置关系是立体几何的理论基础,高考常设置选择题或填空题,考查直线、平面位置关系的判断和异面直线所成的角的求法.在判断线、面位置关系时,有时可以借助常见的几何体作出判断.这类试题一般称为空间线面位置关系的组合判断题,解决的方法是“推理论证加反例推断”,即正确的结论需要根据空间线面位置关系的相关定理进行证明,错误的结论需要通过举出反例说明其错误,在解题中可以以常见的空间几何体(如正方体、正四面体等)为模型进行推理或者反驳.
典例(1)已知空间三条直线l,m,n,若l与m异面,且l与n异面,则( )A.m与n异面B.m与n相交C.m与n平行D.m与n异面、相交、平行均有可能(2)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.
(3)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.其中所有正确的命题的序号是 . 答案:(1)D (2)无数 (3)①④
解析:(1)在如图所示的长方体中,m,n1与l都异面,但是m∥n1,所以A,B错误;m,n2与l都异面,且m,n2也异面,所以C错误.(2)(方法一)如图,在EF上任意取一点M,直线A1D1与M确定一个平面,这个平面与CD有且仅有一个交点N,当M取不同的位置时就确定不同的平面,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,所以在空间中与这三条直线都相交的直线有无数条.
(方法二)在A1D1上任取一点P,过点P与直线EF作一个平面α,因CD与平面α不平行,所以它们相交,设它们交于点Q,连接PQ(图略),则PQ与EF必然相交,即PQ为所求直线.由点P的任意性,知有无数条直线与三条直线A1D1,EF,CD都相交.(3)对于①,利用直二面角的定义可得平面α,β互相垂直,故①正确;借助于长方体模型来解决,对于②,平面α,β可能垂直,如图b所示,故②不正确;对于③,平面α,β可能垂直,如图c所示,故③不正确;对于④,由m⊥α,α∥β可得m⊥β,因为n∥β,所以过n作平面γ,且γ∩β=g,如图d所示,所以n与交线g平行,因为m⊥g,所以m⊥n,故④正确.
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