□高考必备公式、结论、方法、细节四：立体几何与空间向量 学案

□高考必备公式、结论、方法、细节四：立体几何与空间向量

一、必备公式

1．空间几何体的表面积与体积公式：

(1)基本公式：①圆：面积S圆＝πr2，  周长C圆＝2πr； 

②扇形：弧长l扇形＝αR，  面积S扇形＝lR＝αR2，  周长C扇形＝l＋2R．

(2)圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图及侧面积公式

(3)柱、锥、台和球的体积公式

①柱体(棱柱和圆柱)：S表面积＝S侧＋2S底，V柱＝Sh；  ②锥体(棱锥和圆锥) ：S表面积＝S侧＋S底，V锥＝Sh；

③台体(棱台和圆台) ： S表面积＝S侧＋S上＋S下，V台＝(S上＋S下＋)h；  ④球：S球＝4πR2 ，V球＝πR3；

2．平行关系的判定及性质定理：

(1)线∥面的判定定理和性质定理

(2)面∥面的判定定理和性质定理

注意：面面平行性质公理：两个平面平行，其中一个平面内的任意直线与另一个平面平行，(简记为“面面平行⇒线面平行”)

3．垂直关系的判定及性质定理：

(1)线⊥面的判定定理及性质定理

(2)面⊥面的判定定理与性质定理

注意：线面垂直性质定理：一条直线垂直于一个平面，则垂直该平面内的任意直线，(简记为“线面垂直⇒线线垂直”)

4．空间向量与立体几何的求解公式：

(1)异面直线成角：设a，b分别是两异面直线l1，l2的方向向量，则l1与l2所成的角θ满足：cos θ＝；

(2)线面成角：设直线l的方向向量为a，平面α的法向量为n，a与n的夹角为β，

则直线l与平面α所成的角为θ满足：sin θ＝|cos β|＝.

(3)二面角：设n1，n2分别是二面角α－l－β的两个半平面α，β的法向量，

则两面的成角θ满足：cos θ＝cos〈n1，n2〉＝；

注意：二面角的平面角大小是向量n1与n2的夹角或是向量n1与n2的夹角的补角，具体情况要判断确定．

(4)点到平面的距离：如右图所示，已知AB为平面α的一条斜线段，n为平面α的法向量，

则点B到平面α的距离为：||＝，即向量在法向量n的方向上的投影长.

二、必备结论

1．直观图与原图的关系：

(1)作图关系：①位置：平行性、相交性不变； ②长度：平行x(z)轴的长度不变，平行y轴的长度减半.

(2)面积关系：S直观图′＝×S原图；

2．几个与球有关的内切、外接常用结论：

(1)正方体的棱长为a，球的半径为R，则： ①若球为正方体的外接球，则2R＝a；

②若球为正方体的内切球，则2R＝a；  ③球与正方体的各棱相切，则2R＝a.

(2)长方体的长、宽、高分别为a，b，c，则外接球直径＝长方体对角线，即：2R＝.

(3)正四面体的外接球与内切球的半径之比为：3∶1.

3．几种常见角的取值范围： ①异面直线成角∈(0，]     ②二面角∈[0，π] 

③线面角∈[0，]       ④向量夹角∈[0，π]         ⑤直线的倾斜角∈[0，π)

三、必备方法

1．三视图还原方法：提点连线法，具体步骤：①根据三视图轮廓画长方体或正方体；  ②在底面画俯视图；

③综合正视图和左视图进行提点连线；   ④验证与完善.

2．平行构造的常用方法： ①三角形中位线法；  ②平行四边形线法；  ③比例线段法.

注意：平行构造主要用于：①异面直线求夹角；  ②平行关系的判定.

3．垂直构造的常用方法： ①等腰三角形三线合一法；②勾股定理法；   ③投影法.

4．用向量证明空间中的平行关系

(1)线线平行：设直线l1和l2的方向向量分别为v1和v2，则l1∥l2(或l1与l2重合)⇔v1∥v2.

(2)线面平行：设直线l的方向向量为v，平面α的法向量为u，则l∥α或l⊂α⇔v⊥u.

(3)面面平行：设平面α和β的法向量分别为u1，u2，则α∥β⇔u1 ∥u2.

5．用向量证明空间中的垂直关系

(1)线线垂直：设直线l1和l2的方向向量分别为v1和v2，则l1⊥l2⇔v1⊥v2⇔v1·v2＝0.

(2)线面垂直：设直线l的方向向量为v，平面α的法向量为u，则l⊥α⇔v∥u.

(3)面面垂直：设平面α和β的法向量分别为u1和u2，则α⊥β⇔u1⊥u2⇔u1·u2＝0.

6．点面距常用方法：①作点到面的垂线，点到垂足的距离即为点到平面的距离； ②等体积法； ③向量法

7．外接球常用方法：①将几何体补成长方体或正方体，则球直径=体对角线；  

②过两个三角形的外接圆圆心作圆面垂线，则垂线交点即为外接球球心，找到球心即可求半径.

四、必备细节

1．证明平行和垂直关系时，条件罗列要全面；

2．用法向量求二面角时，要注意判断法向量夹角就是二面角还是二面角的补角；

3．在解决角度和距离问题时，一定要遵循“一作、二证、三求解”的原则。