高考数学一轮复习 8.3 空间点、直线、平面之间的位置关系精品课件 新人教A版.ppt

8 3空间点 直线 平面之间的位置关系要点梳理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 那么这条直线在这个平面内 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 两点 不共线 一条 基础知识自主学习 2 直线与直线的位置关系 1 位置关系的分类 2 异面直线所成的角 定义 设a b是两条异面直线 经过空间中任一点o作直线a a b b 把a 与b 所成的叫做异面直线a b所成的角 或夹角 范围 平行 相交 任何 锐角或直角 3 直线与平面的位置关系有 三种情况 4 平面与平面的位置关系有 两种情况 5 平行公理平行于的两条直线互相平行 6 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 平行 相交 在平面内 平行 相交 同一条直线 相等或互补 基础自测1 若三个平面两两相交 且三条交线互相平行 则这三个平面把空间分成 a 5部分b 6部分c 7部分d 8部分解析如图所示 三个平面 两两相交 交线分别是a b c且a b c 则 把空间分成7部分 c 2 直线a b c两两平行 但不共面 经过其中两条直线的平面的个数为 a 1b 3c 6d 0解析以三棱柱为例 三条侧棱两两平行 但不共面 显然经过其中的两条直线的平面有3个 b 3 分别在两个平面内的两条直线的位置关系是 a 异面b 平行c 相交d 以上都有可能解析如图所示 a b c与d相交 a与d异面 d 4 如果两条异面直线称为 一对 那么在正方体的十二条棱中共有异面直线 a 12对b 24对c 36对d 48对解析如图所示 与ab异面的直线有b1c1 cc1 a1d1 dd1四条 因为各棱具有相同的位置且正方体共有12条棱 排除两棱的重复计算 共有异面直线 b 5 下列命题中不正确的是 没有公共点的两条直线是异面直线 分别和两条异面直线都相交的两直线异面 一条直线和两条异面直线中的一条平行 则它和另一条直线不可能平行 一条直线和两条异面直线都相交 则它们可以确定两个平面 解析没有公共点的两直线平行或异面 故 错 命题 错 此时两直线有可能相交 命题 正确 因为若直线a和b异面 c a 则c与b不可能平行 用反证法证明如下 若c b 又c a 则a b 这与a b异面矛盾 故cb 命题 也正确 若c与两异面直线a b都相交 由公理3可知 a c可能确定一个平面 b c也可确定一个平面 这样 a b c共确定两个平面 答案 题型一平面的基本性质如图所示 空间四边形abcd中 e f g分别在ab bc cd上 且满足ae eb cf fb 2 1 cg gd 3 1 过e f g的平面交ad于h 连接eh 1 求ah hd 2 求证 eh fg bd三线共点 证明线共点的问题实质上是证明点在线上的问题 其基本理论是把直线看作两平面的交线 点看作是两平面的公共点 由公理3得证 题型分类深度剖析 1 解 ef ac ef 平面acd 而ef 平面efgh 且平面efgh 平面acd gh ef gh 而ef ac ac gh 即ah hd 3 1 2 证明 ef gh 且 ef gh 四边形efgh为梯形 令eh fg p 则p eh 而eh 平面abd p fg fg 平面bcd 平面abd 平面bcd bd p bd eh fg bd三线共点 所谓线共点问题就是证明三条或三条以上的直线交于一点 1 证明三线共点的依据是公理3 2 证明三线共点的思路是 先证两条直线交于一点 再证明第三条直线经过该点 把问题转化为证明点在直线上的问题 实际上 点共线 线共点的问题都可以转化为点在直线上的问题来处理 知能迁移1如图所示 四边形abef和abcd都是直角梯形 bad fab 90 bcad befa g h分别为fa fd的中点 1 证明 四边形bchg是平行四边形 2 c d f e四点是否共面 为什么 1 证明由已知fg ga fh hd 可得ghad 又bcad ghbc 四边形bchg为平行四边形 2 解方法一由beaf g为fa中点知 befg 四边形befg为平行四边形 ef bg 由 1 知bgch ef ch ef与ch共面 又d fh c d f e四点共面 方法二如图所示 延长fe dc分别与ab交于点m m beaf b为ma中点 bcad b为m a中点 m与m 重合 即fe与dc交于点m m c d f e四点共面 题型二异面直线的判定 12分 如图所示 正方体abcd a1b1c1d1中 m n分别是a1b1 b1c1的中点 问 1 am和cn是否是异面直线 说明理由 2 d1b和cc1是否是异面直线 说明理由 1 易证mn ac am与cn不异面 2 由图易判断d1b和cc1是异面直线 证明时常用反证法 解 1 不是异面直线 理由 连接mn a1c1 ac m n分别是a1b1 b1c1的中点 mn a1c1 又 a1ac1c a1acc1为平行四边形 a1c1 ac mn ac a m n c在同一平面内 故am和cn不是异面直线 2 是异面直线 证明如下 abcd a1b1c1d1是正方体 b c c1 d1不共面 3分 6分 假设d1b与cc1不是异面直线 则存在平面 使d1b 平面 cc1 平面 d1 b c c1 与abcd a1b1c1d1是正方体矛盾 假设不成立 即d1b与cc1是异面直线 解决这类开放型问题常用的方法有直接法 即由条件入手 经过推理 演算 变形等 如第 1 问 还有假设法 特例法 有时证明两直线异面用直接法较难说明问题 这时可用反证法 即假设两直线共面 由这个假设出发 来推证错误 从而否定假设 则两直线是异面的 10分 12分 知能迁移2 1 如图是一几何体的平面展开图 其中四边形abcd为正方形 e f分别为pa pd的中点 在此几何体中 给出下面四个结论 直线be与直线cf是异面直线 直线be与直线af是异面直线 直线ef 平面pbc 平面bce 平面pad 其中正确结论的序号是 a b c d 解析由ef ad bc 知be cf共面 错 正确 正确 错 故选b b 2 如图 正方体abcd a1b1c1d1中 m n分别为棱c1d1 c1c的中点 有以下四个结论 直线am与cc1是相交直线 直线am与bn是平行直线 直线bn与mb1是异面直线 直线am与dd1是异面直线 其中正确的结论为 注 把你认为正确的结论的序号都填上 解析直线am与cc1是异面直线 直线am与bn也是异面直线 故 错误 题型三求异面直线所成的角正方体abcd a1b1c1d1中 1 求ac与a1d所成角的大小 2 若e f分别为ab ad的中点 求a1c1与ef所成角的大小 1 平移a1d到b1c 找出ac与a1d所成的角 再计算 2 可证a1c1与ef垂直 解 1 如图所示 连接b1c 由abcd a1b1c1d1是正方体 易知a1d b1c 从而b1c与ac所成的锐角或直角就是ac与a1d所成的角 ab1 ac b1c b1ca 60 即a1d与ac所成角为60 2 如图所示 连接ac bd 在正方体abcd a1b1c1d1中 ac bd ac a1c1 e f为ab ad的中点 ef bd ef ac ef a1c1 即a1c1与ef所成的角为90 求异面直线所成的角常采用 平移线段法 平移的方法一般有三种类型 利用图中已有的平行线平移 利用特殊点 线段的端点或中点 作平行线平移 补形平移 计算异面直线所成的角通常放在三角形中进行 知能迁移3 2009 全国 理 7 已知三棱柱abc a1b1c1的侧棱与底面边长都相等 a1在底面abc上的射影d为bc的中点 则异面直线ab与cc1所成的角的余弦值为 a b c d 解析方法一如图 1 a1d 平面abc 且d为bc的中点 设三棱柱的各棱长为1 则ad 由a1d 平面abc知a1d rt a1bd中 易求a1b 图 1 cc1 aa1 ab与aa1所成的角即为ab与cc1所成的角 在 a1ba中 由余弦定理可知cos a1ab ab与cc1所成的角的余弦值为方法二如图 2 建立空间直角坐标系 因为a1d 平面abc ad bc 由aa1 1知 图 2 答案d 方法与技巧1 主要题型的解题方法 1 要证明 线共面 或 点共面 可先由部分直线或点确定一个平面 再证其余直线或点也在这个平面内 即 纳入法 2 要证明 点共线 可将线看作两个平面的交线 只要证明这些点都是这两个平面的公共点 根据公理3可知这些点在交线上 因此共线 2 判定空间两条直线是异面直线的方法 1 判定定理 平面外一点a与平面内一点b的连线和平面内不经过该点b的直线是异面直线 思想方法感悟提高 2 反证法 证明两线不可能平行 相交或证明两线不可能共面 从而可得两线异面 3 求两条异面直线所成角的大小 一般方法是通过平行移动直线 把异面问题转化为共面问题来解决 根据空间等角定理及推论可知 异面直线所成角的大小与顶点位置无关 往往将角的顶点取在其中的一条直线上 特别地 可以取其中一条直线与另一条直线所在平面的交点或异面线段的端点 总之 顶点的选择要与已知量有关 以便于计算 具体步骤如下 1 利用定义构造角 可固定一条 平移另一条 或两条同时平移到某个特殊的位置 顶点选在特殊的位置上 2 证明作出的角即为所求角 3 利用三角形来求解 失误与防范1 异面直线是不同在任何一个平面内的两条直线 而不是分别在两个平面内 一定要理解定义 2 求异面直线所成的角要特别注意异面直线所成角的范围是 0 90 一 选择题1 已知平面外一点p和平面内不共线三点a b c a b c 分别在pa pb pc上 若延长a b b c a c 与平面分别交于d e f三点 则d e f三点 a 成钝角三角形b 成锐角三角形c 成直角三角形d 在一条直线上解析d e f为已知平面与平面a b c 的公共点 由公理2知 d e f共线 d 定时检测 2 关于直线和平面的四个命题中不正确的是 a 平行于同一平面的两个平面一定平行b 平行于同一直线的两条直线一定平行c 垂直于同一直线的两条直线一定平行d 垂直于同一平面的两条直线一定平行解析垂直于同一直线的两条直线不一定平行 还可能相交或异面 c 3 已知 是两个不同的平面 直线 直线 命题p a与b没有公共点 命题q 则p是q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解析当a b都平行于 与 的交线时 a与b无公共点 但 与 相交 当 时 a与b一定无公共点 q p 但pq b 4 若p是两条异面直线l m外的任意一点 则 a 过点p有且仅有一条直线与l m都平行b 过点p有且仅有一条直线与l m都垂直c 过点p有且仅有一条直线与l m都相交d 过点p有且仅有一条直线与l m都异面解析对于选项a 若过点p有直线n与l m都平行 则l m 这与l m异面矛盾 对于选项b 过点p与l m都垂直的直线 即过p且与l m的公垂线段平行的那一条直线 对于选项c 过点p与l m都相交的直线有一条或零条 对于选项d 过点p与l m都异面的直线可能有无数条 b 5 正四面体pabc中 m为棱ab的中点 则pa与cm所成角的余弦值为 a b c d 解析如图所示 取pb中点n 连接cn mn cmn为pa与cm所成的角 或所成角的补角 设pa 2 则cm mn 1 cn cos cmn c 6 正四棱锥s abcd的侧棱长为 底面边长为 e为sa的中点 则异面直线be和sc所成的角为 a 30 b 45 c 60 d 90 解析设ac中点为o 则oe sc 连结bo 则 beo 或其补角 即为异面直线be和sc所成的角 答案c 二 填空题7 如图所示 在正三棱柱abc a1b1c1中 d是ac的中点 aa1 ab 1 则异面直线ab1与bd所成的角为 解析在平面abc内 过a作db的平行线ae 过b作bh ae于h 连接b1h 则在rt ahb1中 b1ah为ab1与bd所成角 设ab 1 则a1a b1a ah bd cos b1ah b1ah 60 60 8 在图中 g h m n分别是正三棱柱的顶点或所在棱的中点 则表示直线gh mn是异面直线的图形有 填上所有正确答案的序号 解析图 1 中 直线gh mn 图 2 中 g h n三点共面 但m 面ghn 因此直线gh与mn异面 图 3 中 连接mg gm hn 因此gh与mn共面 图 4 中 g m n共面 但h 面gmn gh与mn异面 所以图 2 4 中gh与mn异面 答案 2 4 9 已知a b为不垂直的异面直线 是一个平面 则a b在 上的射影可能是 两条平行直线 两条互相垂直的直线 同一条直线 一条直线及其外一点 则在上面的结论中 正确结论的编号是 写出所有正确结论的编号 解析 对应的情况如下 用反证法证明 不可能 三 解答题10 在正方体abcd a1b1c1d1中 e为ab的中点 f为a1a的中点 求证 1 e c d1 f四点共面 2 ce d1f da三线共点 证