(浙江專用)2020版高考數(shù)學(xué)新增分大一輪復(fù)習(xí) 第八章 立體幾何與空間向量 8.3 空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系課件.ppt
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1、8.3空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系,,第八章立體幾何與空間向量,,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,基礎(chǔ)知識 自主學(xué)習(xí),題型分類 深度剖析,課時(shí)作業(yè),1,基礎(chǔ)知識 自主學(xué)習(xí),PART ONE,,知識梳理,1.四個(gè)公理 公理1:如果一條直線上的 在一個(gè)平面內(nèi),那么這條直線在此平面內(nèi). 公理2:過 的三點(diǎn),有且只有一個(gè)平面. 公理3:如果兩個(gè)不重合的平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們 過該點(diǎn)的公共直線. 公理4:平行于同一條直線的兩條直線互相 .,ZHISHISHULI,,,,兩點(diǎn),不在同一條直線上,平行,有且只有一條,2.直線與直線的位置關(guān)系 (1)位置關(guān)系的
2、分類,任何,(2)異面直線所成的角 定義:設(shè)a,b是兩條異面直線,經(jīng)過空間任一點(diǎn)O作直線aa,bb,把a(bǔ)與b所成的 叫做異面直線a與b所成的角(或夾角).,平行,相交,銳角(或直角),3.直線與平面的位置關(guān)系有 、 、__________ 三種情況. 4.平面與平面的位置關(guān)系有 、 兩種情況. 5.等角定理 空間中如果兩個(gè)角的 ,那么這兩個(gè)角相等或互補(bǔ).,直線在平面內(nèi),直線與平面相交,直線與平,面平行,平行,相交,兩邊分別對應(yīng)平行,1.分別在兩個(gè)不同平面內(nèi)的兩條直線為異面直線嗎?,【概念方法微思考】,提示不一定.因?yàn)楫惷嬷本€不
3、同在任何一個(gè)平面內(nèi).分別在兩個(gè)不同平面內(nèi)的兩條直線可能平行或相交.,2.空間中如果兩個(gè)角的兩邊分別對應(yīng)平行,那么這兩個(gè)角一定相等嗎?,提示不一定.如果這兩個(gè)角開口方向一致,則它們相等,若反向則互補(bǔ).,1.判斷下列結(jié)論是否正確(請?jiān)诶ㄌ栔写颉啊被颉啊? (1)如果兩個(gè)不重合的平面,有一條公共直線a,就說平面,相交,并記作a.() (2)兩個(gè)平面,有一個(gè)公共點(diǎn)A,就說,相交于過A點(diǎn)的任意一條直線.() (3)如果兩個(gè)平面有三個(gè)公共點(diǎn),則這兩個(gè)平面重合.() (4)經(jīng)過兩條相交直線,有且只有一個(gè)平面.() (5)沒有公共點(diǎn)的兩條直線是異面直線.() (6)若a,b是兩條直線,,是兩個(gè)平面,且a,b,
4、則a,b是異面直線.(),,,基礎(chǔ)自測,JICHUZICE,題組一思考辨析,,,,,,,1,2,3,4,5,6,,,,題組二教材改編,,1,2,3,4,5,6,2.P52B組T1(2)如圖所示,在正方體ABCDA1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是AB,AD的中點(diǎn),則異面直線B1C與EF所成角的大小為 A.30 B.45 C.60 D.90,解析連接B1D1,D1C,則B1D1EF, 故D1B1C即為所求的角. 又B1D1B1CD1C, B1D1C為等邊三角形, D1B1C60.,,3.P45例2如圖,在三棱錐ABCD中,E,F(xiàn),G,H分別是棱AB,BC,CD,DA的中點(diǎn),則 (1)當(dāng)AC,BD滿足
5、條件________時(shí),四邊形EFGH為菱形;,ACBD,,1,2,3,4,5,6,解析四邊形EFGH為菱形, EFEH,ACBD.,(2)當(dāng)AC,BD滿足條件___________________時(shí),四邊形EFGH為正方形.,ACBD且ACBD,,1,2,3,4,5,6,解析四邊形EFGH為正方形, EFEH且EFEH,,ACBD且ACBD.,題組三易錯(cuò)自糾,,1,2,3,4,5,6,4.是一個(gè)平面,m,n是兩條直線,A是一個(gè)點(diǎn),若m,n,且Am,A,則m,n的位置關(guān)系不可能是 A.垂直 B.相交 C.異面 D.平行,解析依題意,mA,n, m與n可能異面、相交(垂直是相交的特例),一定不平
6、行.,,5.如圖,l,A,B,C,且Cl,直線ABlM,過A,B,C三點(diǎn)的平面記作,則與的交線必通過 A.點(diǎn)AB.點(diǎn)B C.點(diǎn)C但不過點(diǎn)MD.點(diǎn)C和點(diǎn)M,,1,2,3,4,5,6,解析AB,MAB,M. 又l,Ml,M. 根據(jù)公理3可知,M在與的交線上. 同理可知,點(diǎn)C也在與的交線上.,,6.如圖為正方體表面的一種展開圖,則圖中的四條線段AB,CD,EF,GH在原正方體中互為異面的對數(shù)為____.,,1,2,3,4,5,6,3,解析平面圖形的翻折應(yīng)注意翻折前后相對位置的變化, 則AB,CD,EF和GH在原正方體中, 顯然AB與CD,EF與GH,AB與GH都是異面直線, 而AB與EF相交,CD與
7、GH相交,CD與EF平行. 故互為異面的直線有且只有3對.,2,題型分類深度剖析,PART TWO,,題型一平面基本性質(zhì)的應(yīng)用,,師生共研,例1如圖所示,在正方體ABCDA1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是AB和AA1的中點(diǎn).求證: (1)E,C,D1,F(xiàn)四點(diǎn)共面;,證明如圖,連接EF,CD1,A1B. E,F(xiàn)分別是AB,AA1的中點(diǎn),EFBA1. 又A1BD1C,EFCD1, E,C,D1,F(xiàn)四點(diǎn)共面.,證明EFCD1,EF 8、直線DA,CE,D1F,DA三線共點(diǎn).,(2)CE,D1F,DA三線共點(diǎn).,共面、共線、共點(diǎn)問題的證明 (1)證明共面的方法:先確定一個(gè)平面,然后再證其余的線(或點(diǎn))在這個(gè)平面內(nèi);證兩平面重合. (2)證明共線的方法:先由兩點(diǎn)確定一條直線,再證其他各點(diǎn)都在這條直線上;直接證明這些點(diǎn)都在同一條特定直線上. (3)證明線共點(diǎn)問題的常用方法是:先證其中兩條直線交于一點(diǎn),再證其他直線經(jīng)過該點(diǎn).,跟蹤訓(xùn)練1如圖,在空間四邊形ABCD中,E,F(xiàn)分別是AB,AD的中點(diǎn),G,H分別在BC,CD上,且BGGCDHHC12. (1)求證:E,F(xiàn),G,H四點(diǎn)共面;,證明E,F(xiàn)分別為AB,AD的中點(diǎn), EFBD.,G 9、HBD,EFGH. E,F(xiàn),G,H四點(diǎn)共面.,(2)設(shè)EG與FH交于點(diǎn)P,求證:P,A,C三點(diǎn)共線.,證明EGFHP,PEG,EG平面ABC, P平面ABC. 同理P平面ADC. P為平面ABC與平面ADC的公共點(diǎn). 又平面ABC平面ADCAC, PAC,P,A,C三點(diǎn)共線.,例2(1)若直線l1和l2是異面直線,l1在平面內(nèi),l2在平面內(nèi),l是平面與平面的交線,則下列命題正確的是 A.l與l1,l2都不相交B.l與l1,l2都相交 C.l至多與l1,l2中的一條相交D.l至少與l1,l2中的一條相交,,題型二判斷空間兩直線的位置關(guān)系,,師生共研,解析由直線l1和l2是異面直線可知l1與l2不 10、平行,故l1,l2中至少有一條與l相交.故選D.,,(2)如圖,在正方體ABCDA1B1C1D1中,點(diǎn)E,F(xiàn)分別在A1D,AC上,且A1E2ED,CF2FA,則EF與BD1的位置關(guān)系是 A.相交但不垂直B.相交且垂直 C.異面D.平行,解析連接D1E并延長,與AD交于點(diǎn)M,由A1E2ED,可得M為AD的中點(diǎn), 連接BF并延長,交AD于點(diǎn)N,因?yàn)镃F2FA,可得N為AD的中點(diǎn),所以M,N重合,,,空間中兩直線位置關(guān)系的判定,主要是異面、平行和垂直的判定.異面直線可采用直接法或反證法;平行直線可利用三角形(梯形)中位線的性質(zhì)、公理4及線面平行與面面平行的性質(zhì)定理;垂直關(guān)系往往利用線面垂直或面面垂直 11、的性質(zhì)來解決.,跟蹤訓(xùn)練2(1)已知直線a,b分別在兩個(gè)不同的平面,內(nèi),則“直線a和直線b相交”是“平面和平面相交”的 A.充分不必要條件B.必要不充分條件 C.充要條件 D.既不充分也不必要條件,解析若直線a和直線b相交,則平面和平面相交;若平面和平面相交,那么直線a和直線b可能平行或異面或相交,故選A.,,(2)如圖所示,正方體ABCDA1B1C1D1中,M,N分別為棱C1D1,C1C的中點(diǎn),有以下四個(gè)結(jié)論: 直線AM與CC1是相交直線; 直線AM與BN是平行直線; 直線BN與MB1是異面直線; 直線AM與DD1是異面直線. 其中正確的結(jié)論為________.(填序號),,解析因?yàn)辄c(diǎn)A在平 12、面CDD1C1外,點(diǎn)M在平面CDD1C1內(nèi),直線CC1在平面CDD1C1內(nèi),CC1不過點(diǎn)M,所以AM與CC1是異面直線,故錯(cuò); 取DD1中點(diǎn)E,連接AE,則BNAE,但AE與AM相交,故錯(cuò); 因?yàn)锽1與BN都在平面BCC1B1內(nèi),M在平面BCC1B1外,BN不過點(diǎn)B1,所以BN與MB1是異面直線,故正確; 同理正確,故填.,,題型三求兩條異面直線所成的角,,師生共研,例3(1)(2018浙江金麗衢聯(lián)考)正四面體ABCD中,E為棱AD的中點(diǎn),過點(diǎn)A作平面BCE的平行平面,該平面與平面ABC、平面ACD的交線分別為l1,l2,則l1,l2所成角的正弦值為,解析由題意得BCl1,CEl2,則BCE即 13、為l1與l2所成角.,,(2)如圖,把邊長為4的正三角形ABC沿中線AD折起,使得二面角CADE的大小為60,則異面直線AC與DE所成角的余弦值為,,解析如圖,取AB的中點(diǎn)F,連接DF,EF,因?yàn)镈,F(xiàn)分別是線段BC,AB的中點(diǎn), 所以DFAC,所以EDF(或其補(bǔ)角)是異面直線AC與DE所成的角. 由正三角形的性質(zhì)可得ADBC, 所以CDE就是二面角CADE的平面角,所以CDE60. 又CDDE,所以CDE是正三角形. 作EGCD,垂足為G,作FHBD,垂足為H,連接EH,,用平移法求異面直線所成的角的三個(gè)步驟 (1)一作:根據(jù)定義作平行線,作出異面直線所成的角; (2)二證:證明作出的角是異 14、面直線所成的角; (3)三求:解三角形,求出所作的角.,,解析方法一如圖,在長方體ABCDA1B1C1D1的一側(cè)補(bǔ)上一個(gè)相同的長方體ABBAA1B1B1A1.連接B1B, 由長方體性質(zhì)可知,B1BAD1, 所以DB1B為異面直線AD1與DB1所成的角或其補(bǔ)角.連接DB,,在DBB1中,由余弦定理,得,方法二如圖,以點(diǎn)D為坐標(biāo)原點(diǎn),分別以DA,DC,DD1所在直線為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系Dxyz. 由題意,得A(1,0,0),D(0,0,0),,直觀想象是指借助幾何直觀和空間想象感知事物的形態(tài)與變化,利用空間形式特別是圖形,理解和解決數(shù)學(xué)問題.,,核心素養(yǎng)之直觀想象,HEXINSUYAN 15、GZHIZHIGUANXIANGXIANG,立體幾何中的線面位置關(guān)系,,,,證明由已知FGGA,F(xiàn)HHD,,GHBC且GHBC, 四邊形BCHG為平行四邊形.,(2)C,D,F(xiàn),E四點(diǎn)是否共面?為什么?,BEFG且BEFG, 四邊形BEFG為平行四邊形, EFBG. 由(1)知BGCH. EFCH,EF與CH共面. 又DFH,C,D,F(xiàn),E四點(diǎn)共面.,平面幾何和立體幾何在點(diǎn)線面的位置關(guān)系中有很多的不同,借助確定的幾何模型,利用直觀想象討論點(diǎn)線面關(guān)系在平面和空間中的差異.,3,課時(shí)作業(yè),PART THREE,,基礎(chǔ)保分練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1 16、6,1.四條線段順次首尾相連,它們最多可確定的平面?zhèn)€數(shù)為 A.4 B.3 C.2 D.1,解析首尾相連的四條線段每相鄰兩條確定一個(gè)平面,所以最多可以確定四個(gè)平面.,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,2.(2018湖州模擬)a,b,c是兩兩不同的三條直線,下面四個(gè)命題中,真命題是 A.若直線a,b異面,b,c異面,則a,c異面 B.若直線a,b相交,b,c相交,則a,c相交 C.若ab,則a,b與c所成的角相等 D.若ab,bc,則ac,,解析若直線a,b異面,b,c異面,則a,c相交、平行或異面; 若a,b相交,b,c相交,則a,c相交、平行或異 17、面; 若ab,bc,則a,c相交、平行或異面; 由異面直線所成的角的定義知C正確.故選C.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,3.如圖所示,平面平面l,A,B,ABlD,C,Cl,則平面ABC與平面的交線是 A.直線AC B.直線AB C.直線CD D.直線BC,解析由題意知,Dl,l,所以D, 又因?yàn)镈AB,所以D平面ABC, 所以點(diǎn)D在平面ABC與平面的交線上. 又因?yàn)镃平面ABC,C, 所以點(diǎn)C在平面與平面ABC的交線上, 所以平面ABC平面CD.,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,4.如圖所示 18、,ABCDA1B1C1D1是長方體,O是B1D1的中點(diǎn),直線A1C交平面AB1D1于點(diǎn)M,則下列結(jié)論正確是 A.A,M,O三點(diǎn)共線B.A,M,O,A1不共面 C.A,M,C,O不共面D.B,B1,O,M共面,解析連接A1C1,AC,則A1C1AC, A1,C1,A,C四點(diǎn)共面,A1C平面ACC1A1, MA1C,M平面ACC1A1,又M平面AB1D1, M在平面ACC1A1與平面AB1D1的交線上, 同理A,O在平面ACC1A1與平面AB1D1的交線上. A,M,O三點(diǎn)共線.,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,,解析方法一如圖,在原三棱柱的上方 19、,再放一個(gè)完全一樣的三棱柱,連接AC1,CB1,C1B, 易得MNAC1,EFCB1C1B, 那么AC1B的補(bǔ)角即直線MN與EF所成的角.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,方法二如圖,連接AC1,C1B,CB1, 設(shè)C1B與CB1交于點(diǎn)O,取AB的中點(diǎn)D,連接CD,OD, 則MNAC1OD,EFCB1, 那么DOC即直線MN與EF所成的角,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,6.(2018衢州質(zhì)檢)如圖,在正方體ABCDA1 20、B1C1D1中,E為線段 A1C1的中點(diǎn),則異面直線DE與B1C所成角的大小為,,,解析連接AC,BD,B1E,設(shè)BD與AC交于點(diǎn)O,連接B1O, 則四邊形DOB1E為平行四邊形,所以DEOB1, 所以異面直線DE與B1C所成角為OB1C,設(shè)正方體棱長為1,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,7.給出下列命題,其中正確的命題為________.(填序號) 如果線段AB在平面內(nèi),那么直線AB在平面內(nèi); 兩個(gè)不同的平面可以相交于不在同一直線上的三個(gè)點(diǎn)A,B,C; 若三條直線a 21、,b,c互相平行且分別交直線l于A,B,C三點(diǎn),則這四條直線共面; 若三條直線兩兩相交,則這三條直線共面; 兩組對邊相等的四邊形是平行四邊形.,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,8.在三棱錐SABC中,G1,G2分別是SAB和SAC的重心,則直線G1G2與BC的位置關(guān)系是________.,解析如圖所示,連接SG1并延長交AB于M,連接SG2并延長交AC于N,連接MN.,G1G2MN, 易知MN是ABC的中位線,MNBC, G1G2BC.,平行,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,9.如圖,已知圓柱的軸 22、截面ABB1A1是正方形,C是圓柱下底面弧AB的中點(diǎn),C1是圓柱上底面弧A1B1的中點(diǎn),那么異面直線AC1與BC所成角的正切值為____.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析取圓柱下底面弧AB的另一中點(diǎn)D,連接C1D,AD, 因?yàn)镃是圓柱下底面弧AB的中點(diǎn), 所以ADBC,所以直線AC1與AD所成的角即為異面直線AC1與BC所成的角,因?yàn)镃1是圓柱上底面弧A1B1的中點(diǎn),所以C1D垂直于圓柱下底面,所以C1DAD.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,10.如圖是正四面體的平面展開圖,G,H,M,N 23、分別為DE,BE,EF,EC的中點(diǎn),在這個(gè)正四面體中,GH與EF平行;BD與MN為異面直線;GH與MN成60角;DE與MN垂直. 以上四個(gè)命題中,正確命題的序號是________.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析還原成正四面體ADEF,其中H與N重合,A,B,C三點(diǎn)重合. 易知GH與EF異面,BD與MN異面. 連接GM,GMH為等邊三角形, GH與MN成60角, 易證DEAF,又MNAF,MNDE. 因此正確命題的序號是.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,11.如圖所示,A是BCD所在平面外的 24、一點(diǎn),E,F(xiàn)分別是BC,AD的中點(diǎn). (1)求證:直線EF與BD是異面直線;,證明假設(shè)EF與BD不是異面直線,則EF與BD共面, 從而DF與BE共面,即AD與BC共面, 所以A,B,C,D在同一平面內(nèi), 這與A是BCD所在平面外的一點(diǎn)相矛盾. 故直線EF與BD是異面直線.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,(2)若ACBD,ACBD,求EF與BD所成的角.,解取CD的中點(diǎn)G,連接EG,F(xiàn)G,則ACFG,EGBD, 所以相交直線EF與EG所成的角, 即為異面直線EF與BD所成的角. 又因?yàn)锳CBD,則FGEG. 在RtEGF中,由EGFG AC,求得 25、FEG45, 即異面直線EF與BD所成的角為45.,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,(1)三棱錐PABC的體積;,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,(2)異面直線BC與AD所成角的余弦值.,解如圖,取PB的中點(diǎn)E,連接DE,AE,則EDBC, 所以ADE(或其補(bǔ)角)是異面直線BC與AD所成的角.,技能提升練,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,13.若空間中四條兩兩不同的直線l1,l2,l3,l4,滿足l1l2,l2l3,l3l4,則下列結(jié)論一定正確的是 A 26、.l1l4 B.l1l4 C.l1與l4既不垂直也不平行 D.l1與l4的位置關(guān)系不確定,,,解析如圖,在長方體ABCDA1B1C1D1中,記l1DD1,l2DC,l3DA. 若l4AA1,滿足l1l2,l2l3,l3l4,此時(shí)l1l4,可以排除選項(xiàng)A和C. 若取C1D為l4,則l1與l4相交; 若取BA為l4,則l1與l4異面; 若取C1D1為l4,則l1與l4相交且垂直. 因此l1與l4的位置關(guān)系不能確定.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,14.平面過正方體ABCD 27、A1B1C1D1的頂點(diǎn)A,平面CB1D1,平面ABCDm,平面ABB1A1n,則m,n所成角的正弦值為,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析如圖所示,設(shè)平面CB1D1平面ABCDm1, 平面CB1D1,則m1m, 又平面ABCD平面A1B1C1D1, 平面CB1D1平面A1B1C1D1B1D1,B1D1m1, B1D1m,同理可得CD1n. 故m,n所成角的大小與B1D1,CD1所成角的大小相等,即CD1B1的大小. 又B1CB1D1CD1(均為面對角線),,拓展沖刺練,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, 28、16,15.(2018浙江省杭州市七校聯(lián)考) 如圖,在RtABC中,BAC60,點(diǎn)F在斜邊AB上,且AB4AF,點(diǎn)M在線段BC上運(yùn)動,D,E是平面ABC同一側(cè)的兩點(diǎn),AD平面ABC,BE平面ABC,AD3,ACBE4.當(dāng)點(diǎn)M運(yùn)動到線段BC的中點(diǎn)時(shí),異面直線CF與EM所成角的余弦值為,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析取BF的中點(diǎn)N,連接MN,EN, 因?yàn)镸,N分別為BC,BF的中點(diǎn),,所以EMN為異面直線CF與EM所成的角. 因?yàn)锳C4,BAC60,ACB90,,因?yàn)锳C4,BAC60,ACB90, 所以AB8,,,1,2,3,4,5,6,7 29、,8,9,10,11,12,13,14,15,16,所以BN3,,在EMN中,由余弦定理可得,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,16.(2018浙江省金華名校統(tǒng)考)如圖,在三棱錐ABCD中,平面ABC平面BCD,BAC與BCD均為等腰直角三角形,且BACBCD90,BC2.P是線段AB上的動點(diǎn)(不包括端點(diǎn)),若線段CD上存在點(diǎn)Q,使得異面直線PQ與AC成30的角,則線段PA長度的取值范圍是,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,整理得32621,顯然32<1,而(0,1),,方法二如圖,將題圖中的三棱錐補(bǔ)全為一個(gè)長方體,在平面ABC內(nèi),過點(diǎn)P作AB的垂線交CE于點(diǎn)R. 因?yàn)锳CAB,PRAB,所以ACPR, 因而RPQ即為異面直線PQ與AC所成的角,所以RPQ30.,
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