高中数学 2.1 空间点、直线、平面之间的位置关系素材 新人教a版必修2

点、线、面典例解析平面的基本性质与推论主要有：公理1、公理2和公理3、公理4及三个推论，它们是确定平面、判定直线或交线的基本依据为方便记忆，公理1可以简化成“两点定线”，它是判定一条直线是否在某个平面内的依据（只要在直线上找出两个点在该平面内即可）；公理2可简化为“窥一点知全线”，它是寻找两个平面交线的依据；公理3可简化成“三点定面”（强调不共线），它是确定平面的根本方法，后面的几个推论本质上都源于此而公理4体现了直线平行的传递性，且这种平行关系不受直线条数的限制，它是证明或判定两直线平行的主要依据应用公理4证明两条直线平行主要是要找出第三条直线与前两条直线平行例1 已知在平面外，且，求证：三点共线解析：如图1，只需要证明都在平面与所在平面的交线上即可，平面，则点平面，且，故点P在平面与平面的交线上，即同理可证也在平面与平面的交线上，即，因此三点共线（都在l上）例2 如图2，与三条边对应平行，且两个三角形不全等，证明三对对应顶点的连线相交于一点解析：，由推论3知可确定平面，同理，则和可分别确定平面?茁、?酌，而且与不全等，则由，若交点为，则又，则；，则；所以点在上，即，这样点在上，即三对对应顶点的连线相交于一点注：证明三条直线交于一点，可先设出两条直线的交点，然后证明此点在第三条直线上例3 求证两两相交且不过一点的四条直线必在同一个平面内解析：可首先由两条相交直线确定一个平面，再证明其余直线都在该平面内即可，分两类情况：有三条直线共点；任何三条直线都不共点（1）如图3，设直线相交于点，直线和分别交于三点，直线确定平面为，则，由公理1，则（即），则由，则，则，所以都在平面内（2）如图4，若中任何三条直线都不共点，设，直线确定平面为，则，都在内（即），同理，由，则，即，同理综上所述，都在平面内我们知道，空间平面是无限延展的，因此它们可以将各自所在的空间一分为二，于是我们有下面的问题：空间中的三个平面可以将整个空间分成多少个部分？此题可以借助三视图（见图5，其中五个图形均以直线代替平面），得到4、6、7、8部分例4 正方体各面所在平面将空间分成几部分？解析：若从整体考虑难于处理难点在于平面是无限延展的类比“平面上一条直线把这个平面分成两部分”与“空间内一个平面把空间分成两部分”之间的联系，从三视图中的俯视图考虑：平面、平面、平面、平面就变为直线、直线、直线、直线，正方体变成正方形（参考思维流程示意图6）由于平面是无限延展的，则“平面无限延展”类比“直线无限延伸”，可以将正方形延展为“井”字，因此侧面所在平面将空间分成9部分两个互相平行的平面又将“井”字分成三层，所以正方体各面所在平面将空间分成27部分例5如图1，在长方体中，分别是的中点，求证： 证明：连结，在长方体中，有， 四边形是平行四边形， 在中，分别是的中点， 由公理4知， 点评：判断两条直线平行的基本方法是分别寻找与这两条直线平行的第三条直线，再利用平行线的传递性就能证得这两条直线平行 例6如图2，在空间四边形中，分别是四边形边上的点，且满足求证：四点共面且四边形为平行四边形 证明：， ，且 ，即 又， ，且 ，即 ，且 共面且四边形为平行四边形 点评：要证明四点共面，只需证明直线与直线平行即可，这也是平行四边形所必需的，因此，问题就转化为利用直线平行的传递性，寻找第三条直线分别与所求两条直线平行 例7在平面几何中，经过直线外一点有且只有一条直线和这条直线平行，这个结论在空间中是否成立？ 解：在空间中这个结论也成立下面用反证法证明： 假设结论在空间中不成立，那么过直线a外一点有两条直线b、c与a平行，即有由平行公理4知，这与b、c有公共点矛盾 所以，该结论在空间仍然成立 点评：一般情况下，要把平面几何中的结论推广到立体几何中，需要经过证明才能使用，千万不能盲目套用总结：本题采用了反证法，其步骤为：（1）反设否定结论；（2）归谬由所作假设出发连同已知条件，通过推理，导出矛盾；（3）矛盾的产生是由于所作假设的错误，所以原命题正确像这种以线代面、以点代线的方法在立体几何中经常使用，从思维角度体现了化归与转化思想