鲁京津琼专用2020版高考数学大一轮复习第八章立体几何与空间向量8.4直线平面垂直的判定与性质课件
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1、8.4 直线、平面垂直的判定与性质,第八章 立体几何与空间向量,ZUIXINKAOGANG,最新考纲,1.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,通过直观感知、操作确认、思辨论证,认识和理解空间中线面垂直的有关性质与判定. 2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的垂直关系的简单命题.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,基础知识 自主学习,题型分类 深度剖析,课时作业,1,基础知识 自主学习,PART ONE,1.直线与平面垂直,知识梳理,ZHISHISHULI,任意一条,(1)定义 如果直线l与平面内的 直线都垂直,则直线l与平面互相垂直, 记作l,直线l叫做平面的垂线,平面叫做
2、直线l的垂面.,(2)判定定理与性质定理,相交,平行,_ _ _ _,a,b,abO,la,lb,_ _,a,b,2.直线和平面所成的角,(1)定义 平面的一条斜线和 所成的锐角,叫做这条直线和这个平面所成的角.若一条直线垂直于平面,它们所成的角是 ,若一条直线和平面平行,或在平面内,它们所成的角是 的角.,它在平面上的射影,直角,0,3.平面与平面垂直,(1)二面角的有关概念 二面角:从一条直线出发的 所组成的图形叫做二面角; 二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作 的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角. (2)平面和平面垂直的定义 两个平面
3、相交,如果它们所成的二面角是 ,就说这两个平面互相垂直.,两个半平面,垂直于棱,直二面角,(3)平面与平面垂直的判定定理与性质定理,垂线,交线,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吗?,提示 垂直.若两平行线中的一条垂直于一个平面,那么在平面内可以找到两条相交直线与该直线垂直,根据异面直线所成的角,可以得出两平行直线中的另一条也与平面内的那两条直线成90的角,即垂直于平面内的这两条相交直线,所以垂直于这个平面.,【概念方法微思考】,2.两个相交平面同时垂直于第三个平面,它们的交线也垂直于第三个平面吗?,提示 垂直.在两个相交平面内分别作与第三个平面交线垂直的直线,则这
4、两条直线都垂直于第三个平面,那么这两条直线互相平行.由线面平行的性质定理可知,这两个相交平面的交线与这两条垂线平行,所以该交线垂直于第三个平面.,题组一 思考辨析,1.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,a,则a.( ) (5)若直线a平面,直线b,则直线a与b垂直.( ) (6)若平面内的一条直线垂直于平面内的无数条直线,则.( ),基础自测,JICHUZICE,1,2,3,4,5,6,题组二 教材改编,2.下列命题中错误的是 A.如果平面
5、平面,那么平面内一定存在直线平行于平面 B.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 C.如果平面平面,平面平面,l,那么l平面 D.如果平面平面,那么平面内所有直线都垂直于平面,1,2,3,4,5,解析 对于D,若平面平面,则平面内的直线可能不垂直于平面,即与平面的关系还可以是斜交、平行或在平面内,其他选项均是正确的.,6,1,2,3,4,5,3.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;,外,解析 如图1,连接OA,OB,OC,OP, 在RtPOA,RtPOB和RtPOC中,PAPCPB, 所以OAOBOC,即O为AB
6、C的外心.,6,1,2,3,4,5,(2)若PAPB,PBPC,PCPA,则点O是ABC的_心.,垂,解析 如图2,延长AO,BO,CO分别交BC,AC,AB于点H,D,G. PCPA,PBPC,PAPBP,PA,PB平面PAB, PC平面PAB,又AB平面PAB, PCAB, ABPO,POPCP,PO,PC平面PGC, 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分别为ABC边AC,BC上的高, 即O为ABC的垂心.,6,4.(2018赣州模拟)若l,m为两条不同的直线,为平面,且l,则“m”是“ml”的 A.充分不必要条件 B.必要不充分
7、条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件,1,2,3,4,5,题组三 易错自纠,解析 由l且m能推出ml,充分性成立; 若l且ml,则m或者m,必要性不成立, 因此“m”是“ml”的充分不必要条件,故选A.,6,1,2,3,4,5,5.如图所示,在正方体ABCDA1B1C1D1中,点O,M,N分别是线段BD,DD1,D1C1的中点,则直线OM与AC,MN的位置关系是 A.与AC,MN均垂直 B.与AC垂直,与MN不垂直 C.与AC不垂直,与MN垂直 D.与AC,MN均不垂直,6,1,2,3,4,5,解析 因为DD1平面ABCD,所以ACDD1, 又因为ACBD,DD1BDD, 所以AC平面
8、BDD1B1, 因为OM平面BDD1B1,所以OMAC. 设正方体的棱长为2,,6,1,2,3,4,5,6.如图所示,AB是半圆O的直径,VA垂直于半圆O所在的平面,点C是圆周上不同于A,B的任意一点,M,N分别为VA,VC的中点,则下列结论正确的是 A.MNAB B.平面VAC平面VBC C.MN与BC所成的角为45 D.OC平面VAC,6,1,2,3,4,5,解析 由题意得BCAC, 因为VA平面ABC,BC平面ABC, 所以VABC. 因为ACVAA, 所以BC平面VAC.因为BC平面VBC,所以平面VAC平面VBC.故选B.,6,2,题型分类 深度剖析,PART TWO,题型一 直线与
9、平面垂直的判定与性质,例1 如图所示,在直三棱柱ABCA1B1C1中,ABACAA13,BC2,D是BC的中点,F是CC1上一点.当CF2时,证明:B1F平面ADF.,师生共研,证明 因为ABAC,D是BC的中点,所以ADBC. 在直三棱柱ABCA1B1C1中, 因为BB1底面ABC,AD底面ABC, 所以ADB1B. 因为BCB1BB,BC,B1B平面B1BCC1, 所以AD平面B1BCC1. 因为B1F平面B1BCC1, 所以ADB1F. 方法一 在矩形B1BCC1中, 因为C1FCD1,B1C1CF2, 所以RtDCFRtFC1B1,,所以CFDC1B1F, 所以B1FD90,所以B1F
10、FD. 因为ADFDD,AD,FD平面ADF, 所以B1F平面ADF. 方法二 在RtB1BD中,BDCD1,BB13,,在RtB1C1F中,B1C12,C1F1,,在RtDCF中,CF2,CD1,,显然DF2B1F2B1D2, 所以B1FD90. 所以B1FFD. 因为ADFDD,AD,FD平面ADF, 所以B1F平面ADF.,证明线面垂直的常用方法及关键 (1)证明线面垂直的常用方法:判定定理;垂直于平面的传递性;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.,证明 在平面ABD内,因为ABAD,EFAD, 则ABEF. 又因为EF平面AB
11、C,AB平面ABC, 所以EF平面ABC.,求证:(1)EF平面ABC;,跟踪训练1 (2018贵阳模拟)如图,在三棱锥ABCD中,ABAD,BCBD,平面ABD平面BCD,点E,F(E与A,D不重合)分别在棱AD,BD上,且EFAD.,(2)ADAC.,证明 因为平面ABD平面BCD, 平面ABD平面BCDBD,BC平面BCD,BCBD, 所以BC平面ABD. 因为AD平面ABD,所以BCAD. 又ABAD,BCABB,AB平面ABC, BC平面ABC, 所以AD平面ABC. 又因为AC平面ABC,所以ADAC.,题型二 平面与平面垂直的判定与性质,例2 (2018全国)如图,在平行四边形A
12、BCM中,ABAC3,ACM90.以AC为折痕将ACM折起,使点M到达点D的位置,且ABDA.,师生共研,(1)证明:平面ACD平面ABC;,证明 由已知可得,BAC90,即BAAC. 又BAAD,ADACA,AD,AC平面ACD, 所以AB平面ACD. 又AB平面ABC, 所以平面ACD平面ABC.,如图,过点Q作QEAC,垂足为E,,由已知及(1)可得,DC平面ABC, 所以QE平面ABC,QE1. 因此,三棱锥QABP的体积为,(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
13、垂直,然后进一步转化为线线垂直.,跟踪训练2 (2018武昌调研)如图,三棱锥PABC中,底面ABC是边长为2的正三角形,PAPC,PB2.,(1)求证:平面PAC平面ABC;,证明 如图,取AC的中点O,连接BO,PO,,因为ABC是边长为2的正三角形,,因为PB2,所以OP2OB2PB2, 所以POOB. 因为ACOPO,AC,OP平面PAC, 所以BO平面PAC. 又OB平面ABC, 所以平面PAC平面ABC.,(2)若PAPC,求三棱锥PABC的体积.,解 因为PAPC,PAPC,AC2,,由(1)知BO平面PAC,,题型三 垂直关系的综合应用,多维探究,命题点1 直线与平面所成的角,
14、例3 如图,AB是O的直径,PA垂直于O所在的平面,C是圆周上不同于A,B的一动点. (1)证明:PBC是直角三角形;,证明 AB是O的直径,C是圆周上不同于A,B的一动点. BCAC, PA平面ABC,BCPA, 又PAACA,PA,AC平面PAC, BC平面PAC,BCPC, BPC是直角三角形.,解 如图,过A作AHPC于H,,BC平面PAC,BCAH, 又PCBCC,PC,BC平面PBC, AH平面PBC, ABH是直线AB与平面PBC所成的角, PA平面ABC, PCA即是PC与平面ABC所成的角,,命题点2 与垂直有关的探索性问题,(1)求证:C1E平面ADF;,例4 如图,直三棱
15、柱ABCA1B1C1中,D,E分别是棱BC,AB的中点,点F在棱CC1上,已知ABAC,AA13,BCCF2.,证明 连接CE交AD于O,连接OF.,因为CE,AD为ABC的中线, 则O为ABC的重心,,因为OF平面ADF,C1E平面ADF, 所以C1E平面ADF.,(2)设点M在棱BB1上,当BM为何值时,平面CAM平面ADF.,解 当BM1时,平面CAM平面ADF. 证明如下:因为ABAC,AD平面ABC, 故ADBC.在直三棱柱ABCA1B1C1中, BB1平面ABC,BB1平面B1BCC1, 故平面B1BCC1平面ABC. 又平面B1BCC1平面ABCBC,AD平面ABC, 所以AD平
16、面B1BCC1, 又CM平面B1BCC1, 故ADCM.,又BM1,BC2,CD1,FC2, 故RtCBMRtFCD. 易证CMDF,又DFADD,DF,AD平面ADF, 故CM平面ADF. 又CM平面CAM, 故平面CAM平面ADF.,对命题条件的探索的三种途径 途径一:先猜后证. 途径二:先通过命题成立的必要条件探索出命题成立的条件,再证明充分性. 途径三:将几何问题转化为代数问题.,跟踪训练3 如图所示的空间几何体ABCDEFG中,四边形ABCD是边长为2的正方形,AE平面ABCD,EFAB,EGAD,EFEG1.,(1)求证:平面CFG平面ACE;,证明 连接BD交AC于点O,则BDA
17、C. 设AB,AD的中点分别为M,N,连接MN,则MNBD,连接FM,GN, 则FMGN,且FMGN, 所以四边形FMNG为平行四边形,,所以MNFG,所以BDFG,所以FGAC. 由于AE平面ABCD,所以AEBD. 所以FGAE, 又因为ACAEA,AC,AE平面ACE, 所以FG平面ACE. 又FG平面CFG,所以平面CFG平面ACE.,(2)在AC上是否存在一点H,使得EH平面CFG?若存在,求出CH的长,若不存在,请说明理由.,解 存在.设平面ACE交FG于Q, 则Q为FG的中点, 连接EQ,CQ,取CO的中点H,连接EH, 由已知易知,平面EFG平面ABCD, 又平面ACE平面EF
18、GEQ, 平面ACE平面ABCDAC, 所以CHEQ,,所以四边形EQCH为平行四边形,所以EHCQ, 又CQ平面CFG,EH平面CFG, 所以EH平面CFG, 所以在AC上存在一点H,使得EH平面CFG,,3,课时作业,PART THREE,1.已知互相垂直的平面,交于直线l,若直线m,n满足m,n,则 A.ml B.mn C.nl D.mn,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,基础保分练,解析 因为l,所以l,又n,所以nl.,2.(2018潍坊模拟)已知m,n是空间中两条不同的直线,是两个不同的平面,有以下结论: m,n,mn; m,n,m,n;
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