高考数学大一轮复习 第八章 立体几何 8_5 直线、平面垂直的判定与性质课件 文 新人教版

8.5 直线、平面垂直的判定与性质 基础知识 自主学习 课时作业 题型分类 深度剖析 内容索引 基础知识 自主学习 (1)定义 如果直线l与平面内的 直线都垂直，则直线l与平面垂直. 1.直线与平面垂直 知识梳理 任意一条 (2)判定定理与性质定理 文字语言图形语言符号语言 判定 定理 一条直线与一个平 面内的两条 直线都垂直，则该 直线与此平面垂直 l 相交 a，b abO la lb 性质 定理 垂直于同一个平面 的两条直线 ab 平行 a b 2.平面与平面垂直 (1)平面和平面垂直的定义 两个平面相交，如果它们所成的二面角是 ，就说这两个平面 互相垂直. 直二面角 (2)平面与平面垂直的判定定理与性质定理 文字语言图形语言符号语言 判定 定理 一个平面过另一个平面 的 ，则这两个平面 垂直 性质 定理 两个平面垂直，则一个 平面内垂直于 的 直线与另一个平面垂直 l 交线 垂线 重要结论： (1)若两平行线中的一条垂直于一个平面，则另一条也垂直于这个平面. (2)若一条直线垂直于一个平面，则它垂直于这个平面内的任何一条直 线(证明线线垂直的一个重要方法). (3)垂直于同一条直线的两个平面平行. (4)一条直线垂直于两平行平面中的一个，则这一条直线与另一个平面 也垂直. 知识拓展 判断下列结论是否正确(请在括号中打“”或“”) (1)直线l与平面内的无数条直线都垂直，则l.( ) (2)垂直于同一个平面的两平面平行.( ) (3)直线a，b，则ab.( ) (4)若，aa.( ) (5)若直线a平面，直线b，则直线a与b垂直.( ) 思考辨析 1.(教材改编)下列命题中不正确的是 A.如果平面平面，且直线l平面，则直线l平面 B.如果平面平面，那么平面内一定存在直线平行于平面 C.如果平面不垂直于平面，那么平面内一定不存在直线垂直于平面 D.如果平面平面，平面平面，l，那么l 考点自测 答案解析 根据面面垂直的性质，知A不正确，直线l可能平行平面，也可能在 平面内. 2.设平面与平面相交于直线m，直线a在平面内，直线b在平面内， 且bm，则“”是“ab”的 A.充分不必要条件B.必要不充分条件 C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件 答案解析 若，因为m，b，bm， 所以根据两个平面垂直的性质定理可得b，又a，所以ab； 反过来，当am时，因为bm，且a，m共面，一定有ba， 但不能保证b，所以不能推出. 3.设m、n是两条不同的直线，、是两个不同的平面，则 A.若mn，n，则m B.若m，则m C.若m，n，n，则m D.若mn，n，则m 答案解析 A中，由mn, n，可得m或m或m与相交，错误； B中，由m，可得m或m或m与相交，错误； C中，由m，n，可得mn，又n，则m，正确； D中，由mn，n，可得m与相交或m或m，错误. 4.(2016深圳模拟)在正四面体ABCD中，E，F，G分别是BC，CD，DB 的中点，下面的结论不正确的是 A.BC平面AGF B.EG平面ABF C.平面AEF平面BCD D.平面ABF平面BCD 答案解析 易知点A在平面BCD上的射影在底面的中心，而中心不在EF上，所以 平面AEF平面BCD错误，选C. 5.(教材改编)在三棱锥PABC中，点P在平面ABC中的射影为点O. (1)若PAPBPC，则点O是ABC的_心. 答案解析 外 如图1，连接OA，OB，OC，OP， 在RtPOA、RtPOB和RtPOC中， PAPCPB， 所以OAOBOC， 即O为ABC的外心. (2)若PAPB，PBPC，PCPA，则点O是ABC的_心. 答案解析垂 如图2，延长AO，BO，CO分别交BC，AC，AB于H，D，G. PCPA，PBPC，PAPBP， PC平面PAB，AB平面PAB，PCAB， 又ABPO，POPCP， AB平面PGC， 又CG平面PGC， ABCG，即CG为ABC边AB上的高. 同理可证BD，AH为ABC底边上的高， 即O为ABC的垂心. 题型分类 深度剖析 题型一 直线与平面垂直的判定与性质 例1 (2016全国甲卷改编)如图，菱形ABCD的对角 线AC与BD交于点O，AB5，AC6，点E，F分别 在AD，CD上，AECF ，EF交BD于点H.将 DEF沿EF折到DEF的位置.OD . 证明：DH平面ABCD.证明几何画板展示 由已知得ACBD，ADCD. 因此EFHD，从而EFDH. 所以OH1，DHDH3. 于是DH2OH2321210DO2，故DHOH. 又DHEF，而OHEFH，且OH，EF平面ABCD， 所以DH平面ABCD. 思维升华 证明线面垂直的常用方法及关键 (1)证明直线和平面垂直的常用方法有：判定定理；垂直于平面的 传递性(ab，ab)；面面平行的性质(a，a)； 面面垂直的性质. (2)证明线面垂直的关键是证线线垂直，而证明线线垂直则需借助线面 垂直的性质.因此，判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的 基本思想. 跟踪训练1 (2015江苏)如图，在直三棱柱ABC-A1B1C1 中，已知ACBC，BCCC1.设AB1的中点为D， B1CBC1E. 求证：(1)DE平面AA1C1C； 由题意知，E为B1C的中点， 又D为AB1的中点，因此DEAC. 又因为DE平面AA1C1C，AC平面AA1C1C， 所以DE平面AA1C1C. 证明 (2)BC1AB1. 证明 因为棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱， 所以CC1平面ABC. 因为AC平面ABC， 所以ACCC1. 又因为ACBC，CC1平面BCC1B1， BC平面BCC1B1，BCCC1C， 所以AC平面BCC1B1. 又因为BC1平面BCC1B1， 所以BC1AC. 因为BCCC1，所以矩形BCC1B1是正方形， 因此BC1B1C. 因为AC，B1C平面B1AC，ACB1CC， 所以BC1平面B1AC. 又因为AB1平面B1AC， 所以BC1AB1. 题型二 平面与平面垂直的判定与性质 例2 如图，四棱锥PABCD中，ABAC，ABPA，ABCD，AB 2CD，E，F，G，M，N分别为PB，AB，BC，PD，PC的中点. (1)求证：CE平面PAD；证明 方法一 取PA的中点H，连接EH，DH. 又E为PB的中点， 所以EH綊 AB. 又CD綊 AB， 所以EH綊CD. 所以四边形DCEH是平行四边形，所以CEDH. 又DH平面PAD，CE平面PAD. 所以CE平面PAD. 方法二 连接CF. 因为F为AB的中点， 所以AF AB. 又CD AB，所以AFCD. 又AFCD，所以四边形AFCD为平行四边形. 因此CFAD，又CF平面PAD，AD平面PAD， 所以CF平面PAD. 因为E，F分别为PB，AB的中点，所以EFPA. 又EF平面PAD，PA平面PAD， 所以EF平面PAD. 因为CFEFF，故平面CEF平面PAD. 又CE平面CEF，所以CE平面PAD. (2)求证：平面EFG平面EMN. 证明 因为E、F分别为PB、AB的中点，所以EFPA. 又因为ABPA， 所以EFAB，同理可证ABFG. 又因为EFFGF，EF平面EFG，FG平面EFG. 所以AB平面EFG. 又因为M，N分别为PD，PC的中点， 所以MNCD，又ABCD，所以MNAB， 所以MN平面EFG. 又因为MN平面EMN，所以平面EFG平面EMN. 引申探究 1.在本例条件下，证明：平面EMN平面PAC. 证明 因为ABPA，ABAC， 且PAACA，所以AB平面PAC. 又MNCD，CDAB，所以MNAB， 所以MN平面PAC. 又MN平面EMN， 所以平面EMN平面PAC. 2.在本例条件下，证明：平面EFG平面PAC. 证明 因为E，F，G分别为PB，AB，BC的中点， 所以EFPA，FGAC， 又EF平面PAC，PA平面PAC， 所以EF平面PAC. 同理，FG平面PAC. 又EFFGF， 所以平面EFG平面PAC. 思维升华 (1)判定面面垂直的方法 面面垂直的定义； 面面垂直的判定定理(a，a). (2)在已知平面垂直时，一般要用性质定理进行转化. 在一个平面内作交线的垂线，转化为线面垂直，然后进一步转化为线 线垂直. 跟踪训练2 (2016江苏)如图，在直三棱柱ABC-A1B1C1 中，D，E分别为AB，BC的中点，点F在侧棱B1B上，且 B1DA1F，A1C1A1B1. 求证：(1)直线DE平面A1C1F； 由已知，DE为ABC的中位线， DEAC，又由三棱柱的性质可得ACA1C1， DEA1C1， 又DE平面A1C1F，A1C1平面A1C1F， DE平面A1C1F. 证明 (2)平面B1DE平面A1C1F. 在直三棱柱ABC-A1B1C1中，AA1平面A1B1C1， AA1A1C1， 又A1B1A1C1，且A1B1AA1A1， A1C1平面ABB1A1， B1D平面ABB1A1， A1C1B1D， 又A1FB1D，且A1FA1C1A1， B1D平面A1C1F， 又B1D平面B1DE， 平面B1DE平面A1C1F. 证明 题型三 直线、平面垂直的综合应用 例3 如图所示，在四棱锥PABCD中，平面PAD 平面ABCD，ABDC，PAD是等边三角形，已知BD 2AD8，AB2DC4 . (1)设M是PC上的一点，求证：平面MBD平面PAD；证明 AD2BD2AB2，ADBD. 又平面PAD平面ABCD，平面PAD平面ABCDAD，BD平 面ABCD，BD平面PAD. 又BD平面MBD，平面MBD平面PAD. (2)求四棱锥PABCD的体积.解答 过P作POAD， 平面PAD平面ABCD， PO平面ABCD， 即PO为四棱锥PABCD的高. 又PAD是边长为4的等边三角形，PO2 . 在四边形ABCD中，ABDC，AB2DC， 四边形ABCD为梯形. 思维升华 垂直关系综合题的类型及解法 (1)三种垂直的综合问题，一般通过作辅助线进行线线、线面、面面垂 直间的转化. (2)垂直与平行结合问题，求解时应注意平行、垂直的性质及判定的综 合应用. (3)垂直与体积结合问题，在求体积时，可根据线面垂直得到表示高的 线段，进而求得体积. 跟踪训练3 (2016全国乙卷)如图，已知正三棱锥P- ABC的侧面是直角三角形，PA6，顶点P在平面 ABC内的正投影为点D，D在平面PAB内的正投影为 点E，连接PE并延长交AB于点G. (1)证明：G是AB的中点； 证明 因为P在平面ABC内的正投影为D， 所以ABPD. 因为D在平面PAB内的正投影为E，所以ABDE. 因为PDDED，PD，DE都在平面PED内， 所以AB平面PED，又PG在平面PED内， 故ABPG. 又由已知可得，PAPB，从而G是AB的中点. (2)作出点E在平面PAC内的正投影F(说明作法及理由)，并求四面 体PDEF的体积. 解答 在平面PAB内，过点E作PB的平行线交PA于点F，F即为E在平面PAC内 的正投影. 理由如下： 由已知可得PBPA，PBPC，又EFPB， 所以EFPA，EFPC，PCPAP，PC与PA 都在平面PAC中，因此EF平面PAC，即点F 为E在平面PAC内的正投影. 连接CG，因为P在平面ABC内的正投影为D，所以D是正三角形ABC的中 心. 由(1)知，G是AB的中点，所以D在CG上，故CD CG. 由题设可得PC平面PAB，DE平面PAB， 由已知，正三棱锥的侧面是直角三角形且PA6，可得DE2， PE2 . 在等腰直角三角形EFP中， 可得EFPF2， 典例 (12分)如图所示，M，N，K分别是正方体ABCD A1B1C1D1的棱AB，CD，C1D1的中点. 求证：(1)AN平面A1MK； (2)平面A1B1C平面A1MK. 立体几何证明问题中的转化思想 思想与方法系列17 规范解答思想方法指导 (1)线面平行、垂直关系的证明问题的指导思想是线线、线面、面面关 系的相互转化，交替使用平行、垂直的判定定理和性质定理； (2)线线关系是线面关系、面面关系的基础.证明过程中要注意利用平面 几何中的结论，如证明平行时常用的中位线、平行线分线段成比例； 证明垂直时常用的等腰三角形的中线等； (3)证明过程一定要严谨，使用定理时要对照条件、步骤书写要规范. 返回 证明 (1)如图所示，连接NK. 在正方体ABCDA1B1C1D1中， 四边形AA1D1D，DD1C1C都为正方形， AA1DD1，AA1DD1， C1D1CD，C1D1CD. 2分 N，K分别为CD，C1D1的中点， DND1K，DND1K， 四边形DD1KN为平行四边形，3分 KNDD1，KNDD1，AA1KN，AA1KN， 四边形AA1KN为平行四边形，ANA1K. 4分 A1K平面A1MK，AN平面A1MK， AN平面A1MK.6分 (2)如图所示，连接BC1.在正方体ABCDA1B1C1D1中， ABC1D1，ABC1D1. M，K分别为AB，C1D1的中点， BMC1K，BMC1K， 四边形BC1KM为平行四边形， MKBC1.8分 在正方体ABCDA1B1C1D1中，A1B1平面BB1C1C， BC1平面BB1C1C，A1B1BC1. MKBC1，A1B1MK. 四边形BB1C1C为正方形，BC1B1C.10分 MKB1C. A1B1平面A1B1C，B1C平面A1B1C，A1B1B1CB1， MK平面A1B1C. 又MK平面A1MK， 平面A1B1C平面A1MK.12分 返回 课时作业 1.已知直线m，n和平面，若，m，要使n，则应增 加的条件是 A.n且mn B.n C.n且nm D.n 12345678910 11 12 答案解析 由面面垂直的性质定理知选C. 12345678910 11 12 2.设m，n是两条不同的直线，是两个不同的平面，下列命题中正 确的是 A.若，m，n，则mn B.若，m，n，则mn C.若mn，m，n，则 D.若m，mn，n，则 答案解析 A中，m与n可垂直、可异面、可平行； B中，m与n可平行、可异面； C中，若，仍然满足mn，m，n，故C错误；故选D. 12345678910 11 12 3.(2016包头模拟)如图，三棱柱ABCA1B1C1中，侧棱AA1垂直底面 A1B1C1，底面三角形A1B1C1是正三角形，E是BC中点，则下列叙述正确 的是 A.CC1与B1E是异面直线 B.AC平面ABB1A1 C.AE与B1C1是异面直线，且AEB1C1 D.A1C1平面AB1E 答案解析 A不正确，因为CC1与B1E在同一个侧面中，故不是异面直线； B不正确，由题意知，上底面ABC是一个正三角形，故不可能存在 AC平面ABB1A1； C正确，因为AE，B1C1为在两个平行平面中且不平行的两条直线，故 它们是异面直线； D不正确，因为A1C1所在的平面与平面AB1E相交，且A1C1与交线有公 共点，故A1C1平面AB1E不正确，故选C. 12345678910 11 12 12345678910 11 12 4.正方体ABCDABCD中，E为AC的中点，则直线CE垂 直于 A.AC B.BD C.AD D.AA 答案解析 连接BD， BDAC，BDCC， 且ACCCC， BD平面CCE. 而CE平面CCE， BDCE. 又BDBD，BDCE. 12345678910 11 12 5.如图所示，直线PA垂直于O所在的平面，ABC 内接于O，且AB为O的直径，点M为线段PB的 中点.现有结论：BCPC；OM平面APC； 点B到平面PAC的距离等于线段BC的长.其中正确 的是 A. B. C. D. 答案解析 对于，PA平面ABC，PABC， AB为O的直径，BCAC，BC平面PAC， 又PC平面PAC，BCPC； 对于，点M为线段PB的中点，OMPA， PA平面PAC，OM平面PAC，OM平面PAC； 对于，由知BC平面PAC，线段BC的长即是点B到平面PAC的 距离，故都正确. 12345678910 11 12 12345678910 11 12 6.如图，BAC90，PC平面ABC，则在ABC 和PAC的边所在的直线中，与PC垂直的直线有 _；与AP垂直的直线有_. 答案解析 AB、BC、ACAB PC平面ABC，PC垂直于直线AB，BC，AC；ABAC， ABPC，ACPCC，AB平面PAC，与AP垂直的直线是AB. 12345678910 11 12 7.如图所示，在四棱锥PABCD中，PA底面 ABCD，且底面各边都相等，M是PC上的一动点 ，当点M满足_时，平面 MBD平面PCD.(只要填写一个你认为是正确的 条件即可) 答案解析 DMPC(或BMPC等) 由定理可知，BDPC. 当DMPC(或BMPC)时，即有PC平面MBD， 而PC平面PCD，平面MBD平面PCD. 12345678910 11 12 8.如图，PA圆O所在的平面，AB是圆O的直径，C是圆 O上的一点，E，F分别是点A在PB，PC上的射影，给出 下列结论： AFPB；EFPB；AFBC；AE平面PBC. 其中正确结论的序号是_.答案解析 由题意知PA平面ABC，PABC. 又ACBC，且PAACA， BC平面PAC，BCAF. AFPC，且BCPCC， AF平面PBC， AFPB，又AEPB，AEAFA， PB平面AEF，PBEF. 故正确. 12345678910 11 12 12345678910 11 12 9.已知，是三个不同的平面，命题“，且”是真 命题，如果把，中的任意两个换成直线，另一个保持不变，在所 得的所有新命题中，真命题有_个. 答案解析 2 若，换为直线a，b，则命题化为“ab，且ab”，此命题为 真命题； 若，换为直线a，b，则命题化为“a，且abb”，此命题 为假命题； 若，换为直线a，b，则命题化为“a，且bab”，此命题 为真命题. 12345678910 11 12 10.(2016四川)如图，在四棱锥P-ABCD中， PACD，ADBC，ADCPAB90， BCCD AD. (1)在平面PAD内找一点M，使得直线CM平 面PAB，并说明理由； 解答 取棱AD的中点M(M平面PAD)，点M即为所求的一个点，理由如下： 连接BM，CM. 12345678910 11 12 所以BCAM，且BCAM， 所以四边形AMCB是平行四边形，从而CMAB. 又AB平面PAB，CM平面PAB. 所以CM平面PAB. (说明：取棱PD的中点N，则所找的点可以是直线MN上任意一点) (2)证明：平面PAB平面PBD.证明 12345678910 11 12 由已知，PAAB，PACD. 所以直线AB与CD相交， 所以PA平面ABCD， 从而PABD. 又BCMD，且BCMD. 所以四边形BCDM是平行四边形， 1