江苏省南京市2019届高三数学二轮专题复习资料专题06:空间的平行与垂直问题
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1、南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 1 专题 6: 空间的平行与垂直问题 目录 问题归类篇 . 2 类型一 : 线线平行 . 2 类型二 : 线面平行 . 3 类型三 : 面面平行 . 4 类型四 : 线线垂直 . 6 类型五 : 线面垂直 . 7 类型六 : 面面垂直 . 8 类型七 : 有关表面积、体积计算 . 10 综合应用篇 11 一、例题分析 11 二、反馈巩固 . 14 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 2 问题归类篇 类型一 : 线线平行 一 、前测 回顾 1 如图所示 , 在 三棱柱 ABC A1B1C1 中 , 若 D、 E 是棱 CC1, AB
2、 的中点 , 求证 : DE 平面 AB1C1 提示: 法一:用线面平行的判定定理来证: “平行投影法”:取 AB1 的中点 F,证四边形 C1DEF 是平行四边形 “中心投影法”延长 BD 与 B1C1 交于 M,利用三角线中位线证 DE AM 法二:用面面平行的性质 取 BB1 中点 G,证平面 DEG 平面 AB1C1 二、 方法联想 ( 1)证 明线线平行 方法 1: 利用中位线 ; 方法 2: 利用平行四边形 ; 方法 3: 利用平行线段成比例 ; 方法 4: 利用平行公理 ; 方法 5: 利用线面平行性质定理 ; 方法 6: 利用线面垂直性质定理 ; 方法 7: 利用面面平行 (
3、2)已知线线平行,可得线面平行 三、 方法应用 例 .如 图,在四棱锥 P ABCD 中,底面 ABCD 是矩形,点 E 在 棱 PC 上 (异于点 P , C ),平面 ABE 与棱 PD 交于点 F ( 1) 求证: AB EF ; ( 2) 若平面 PAD 平面 ABCD , 求证: AF EF 解答 ( 1)因为 ABCD 是矩形,所以 AB CD 又因为 AB 平面 PDC , CD 平面 PDC , 所以 AB 平面 PDC 又因为 AB 平面 ABEF ,平面 ABEF 平面 PDC EF , 所以 AB EF 1,3,5 A B C A1 B1 C1 D ED A B C D
4、E F P 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 3 ( 2) 因为 ABCD 是矩形,所以 AB AD 又因为 平面 PAD 平面 ABCD , 平面 PAD 平面 ABCD AD , AB 平面 ABCD , 所以 AB 平面 PAD 又 AF 平面 PAD ,所以 AB AF 又由( 1)知 AB EF ,所以 AF EF 四、归类巩固 *1 如图,在五面体 ABCDEF 中 ,面 ABCD 为平行四边形,求证: EF BC (平行公理证明线线平行,由线线平行得线面平行 ) 类型二 : 线面平行 一 、前测 回顾 1 在正方体 ABCD A1B1C1D1 中 , (1)求证
5、: 平面 A1BD平面 B1D1C (2)若 E, F 分别是 A1A, C1C 的中点 , 求证 : 平面 EB1D1平面BDF 提示: (1)用面面平行的判定定理证: 证明 BD B1D1, A1B D1C (2)证明 BD B1D1, BF D1E 二、方法联想 ( 1) 证明线面平行 方法 1 构造三角形 (中心投影法 ), 转化为线线平行 寻找平面内平行直线步骤 , 如下图 : 在直线和平面外寻找一点 P; 连接 PA 交平面 于点 M; 连接 PA 交平面 于点 N, 连接 MN 即为要找的平行线 方法 2: 构造平行四边形 (平行投影法 ) , 转化为线线平行 寻找平面内平行直线
6、步骤,如下图 : 选择直线上两点 A、 B 构造两平行直线和平面 相交于 M、 N; 连接 MN 即为要找的平行线 方 法 3: 构造面面平行 构造平行平面步骤 , 如下图 : 过 A 做 AC 平行于平面 内一条直线 AC; 连结 BC; 平面 ABC 即为所要找的平行平面 ( 2) 已知线面平行 A1 D1 A B C D B1 C1 E F A B C D E F m l A B C A C A M N B 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 4 方法 1 可得线线平行, 过直线 l 做平面 交已知平面 于直线 m, 则 l m 方法 2 可得面面平行 三、方法应用 例 .
7、如图 , 在四棱锥 PABCD 中 , AD 平面 PAB, AP AB. (1) 求证 : CD AP; (2) 若 CD PD, 求证 : CD 平面 PAB. 解答 (1) 因为 AD 平面 PAB, AP 平面 PAB, 所以 AP AD.(2分 ) 又因为 AP AB, AB AD A, AB, AD 平面 ABCD, 所以 AP 平面 ABCD.(4分 ) 因为 CD 平面 ABCD, 所以 CD AP.(6分 ) (2) 由 (1)知 CD AP, 又 CD PD, AP PD P, AP, PD 平面 PAD, 所以 CD 平面 PAD.(8分 ) 因为 AD 平面 PAB,
8、AB 平面 PAB, 所以 AB AD. 又因为 AB AP, AP AD A, AP, AD 平面 PAD, 所以 AB 平面 PAD.(10分 ) 因为 CD, AB 都是平面 PAD 的垂线 , 所以 CD AB.(12分 ) 又因为 CD平面 PAB, AB 平面 PAB, 所以 CD 平面 PAB.(14分 ) 解后反思 第 (2)题证明中,可先证 CD AD, AB AD,并强调四边形 ABCD是平面四边形,也可证得CD AB(在同一平面内,垂直于同一直线的两条直线平行 ) 四 、归类巩固 *1 如图所示 , 在 三棱柱 ABC A1B1C1 中 , D、 E 是棱 CC1, AB
9、 的 上的 点 , 且 AE 23AB, 若 DE 平面 AB1C1,求 CDDC1的值 (已 知线面,转化为线线平行) *2 E, P, G, H 分别是四面体的棱 ABCD 的棱 AB、 CD、 CA、 CB 的中点, 求证: PE 平面 PGH ( 通过面面的平行证明线面平行) *3 在正方体 ABCD A1B1C1D1 中 , E 是 A1A 的中点 点 F 在棱 CC1 上 ,使 得 平面 EB1D1平面 BDF 求证:点 F 为棱 CC1 的中点 类型三 : 面面平行 一 、前测 回顾 A B C D E P H G 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 5 A B C
10、 S G F E 1 在正方体 ABCD A1B1C1D1 中, M 为棱 CC1 的中点, AC 交 BD 于 O,求证: A1O平面 MBD 提示:用线面垂直的判定定理: 证 BD 平面 AA1C1C,从而得出 BD A1O; 在矩形 AA1C1C 中,用平几知识证明 A1O OM; 二、方法联想 ( 1) 证明面面平行 方法 在一个平面内寻找两条相交直线证明与另一个平面平行 注意 证面面平行必须先通过证线面平行 , 不可以直接通过证线线平行来证面面平行 ( 2)已知 面面平行 可得线线平行 三、方法应用 例 .如图 , 在三棱柱 ABC A1B1C1 中 , E, F, G, H 分别是
11、 AB, AC, A1B1, A1C1 的中点 , 求证 : (1)B, C, H, G 四点共面 ; (2)平面 EFA1 平面 BCHG. 证明 (1) GH是 A1B1C1的中位线, GH B1C1. 又 B1C1 BC, GH BC, B, C, H, G四点共面 . (2) E、 F分别为 AB、 AC的中点, EF BC, EF平面 BCHG, BC 平面 BCHG, EF 平面 BCHG. A1G綊 EB, 四边形 A1EBG是平行四边形, A1E GB. A1E平面 BCHG, GB 平面 BCHG. A1E 平面 BCHG. A1E EF E, 平面 EFA1 平面 BCHG
12、. 四 、归类巩固 *1 如 图,在三棱锥 S ABC 中,平面 SAB 平面 SBC, AB BC, AS AB,过 A 作 AF SB,垂足为 F,点 E, G 分别是棱 SA, SC 的中点 求证:( 1)平面 EFG 平面 ABC; ( 2) BC SA 答案:证明略 (考查平面与平面平行,线线垂直 ) M O A1 D1 A B C D B1 C1 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 6 类型四 : 线线垂直 一 、前测 回顾 1 在正三棱 柱 ABC A1B1C1 中,所有棱长均相等, D 为 BB1 的中点,求证: A1B C D 分析: 要证明 A1B C D,只
13、要证明 A1B 与 CD 所在的平面垂直,或 CD 与 A1B 所在的平面垂直, 但都没有现 成的平面,构造经过 CD 的平面与直线 A1B 垂直 ,或经过 A1B 的平面与直线 CD 垂直 方法 1:取 AB 的中点 E,连 CE,证 A1B 平面 CDE; 方法 2:取 B1C1 的 中点 F,连 BF,证 CD 平面 A1BF 二、方法联想 ( 1) 证明线线垂直 方法 1:利用线面垂直; 构造垂面证线线垂直 要证 l 垂直于 AB, 构造垂面证线线垂直 步骤 :如下图 : 过 A 找垂直 于 l 的直线 AC; 连 结 BC, 证 BC 垂直 l ,则 l 面 ABC 方法 2:利用线
14、线平行 转移线线垂直 ; 方法 3:利用勾股定理; 方法 4:利用等腰三角形三线合一; 方法 5:利用菱形对角线互相垂直; 方法 6:利用四边形为矩形 ( 2) 已知 线线垂直 可得线面垂直 三、方法应用 例 .如图 , 在斜三棱柱 ABCA1B1C1 中 , 侧面 AA1C1C 是菱形 , AC1 与 A1C 交于点 O, E 是棱 AB 上一点 ,且 OE 平面 BCC1B1. (1) 求证 : E 是 AB 的中点 ; (2) 若 AC1 A1B, 求证 : AC1 BC. 解答 (1) 连结 BC1, 因为 OE 平面 BCC1B1, OE 平面 ABC1, 平面 BCC1B1 平面
15、ABC1 BC1, 所以 OE BC1.(4分 ) 因为侧面 AA1C1C 是菱形 , AC1 A1C O, 所以 O 是棱 AC1 的中点 (5分 ) A1 B C C1 B1 D A A B l C 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 7 所以 AEEB AOOC1 1, 即 E 是 AB 的中点 (7分 ) (2) 因为侧面 AA1C1C 是菱形 , 所以 AC1 A1C.(9分 ) 又 AC1 A1B, A1C A1B A1, A1C, A1B 平面 A1BC, 所以 AC1 平面 A1BC.(12分 ) 因为 BC 平面 A1BC, 所以 AC1 BC. 四、归类巩固
16、*1 在正三棱 柱 ABC A1B1C1 中, D 为 BB1 的中点, A1B CD,求证: AA1 AB 类型五 : 线面垂直 一 、前测 回顾 1 如图,在四棱锥 P ABCD 中,四边形 ABCD 是菱形, PB PD,且 E, F 分别是 BC, CD 的中点 求证:平面 PEF平面 PAC 提示:设 EF 与 AC 交于点 O,证 EF AC, EF OP, 从而得出 EF 平面 PAC 二、方法联想 ( 1) 证明线面垂直 方法 证明 直线与平面内两条相交直线垂直 ( 2)已知 线面垂直 可得线线垂直和面面垂直 三、方法应用 例 .如图,在直三棱柱 ABCA1B1C1 中, M,
17、 N 分别为线段 A1B, AC1 的中点 (1) 求证: MN 平面 BB1C1C; (2) 若 D 在边 BC 上, AD DC1,求证: MN AD. B C D A P E F 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 8 解答 (1) 如图 , 连结 A1C, 在直三棱柱 ABCA1B1C1 中 , 侧面 AA1C1C 为平行四边形 , 又因为 N 为线段 AC1 的中点 , 所以 A1C 与 AC1 相交于点 N, 即 A1C 经过点 N, 且 N 为线段 A1C 的中点 (2分 ) 因为 M 为线段 A1B 的中点 , 所以 MN BC.(4分 ) 又 MN平面 BB1C
18、1C, BC 平面 BB1C1C, 所以 MN 平面 BB1C1C.(6分 ) (2) 在直三棱柱 ABCA1B1C1 中 , CC1 平面 ABC, 又 AD 平面 ABC, 所以 CC1 AD.(8分 ) 因为 AD DC1, DC1 平面 BB1C1C, CC1 平面 BB1C1C, CC1 DC1 C1, 所以 AD 平面 BB1C1C.(10分 ) 又 BC 平面 BB1C1C, 所以 AD BC.(12分 ) 由 (1)知 MN BC, 所以 MN AD. 四、归类巩固 *1 如图,在四棱锥 P ABCD 中,四边形 ABCD 是 平行四边形 , PB PD,且 E, F 分别是
19、BC, CD 的中点 ,若 平面 PEF平面 PAC,求证: 四边形 ABCD 是 菱形 *2 在正方体 ABCD A1B1C1D1 中, AC 交 BD 于 O, 点 M 在 棱 CC1 上 , 且 A1O平面 MBD, 求证: M 为棱 CC1 的中点 (线面垂直得线线垂直) *3 在四面体 ABCD 中, AD BC, CA CB CD 1, BD 2,则 ABC 的面积为 _ (计算证明线线垂直) *4 在直三棱柱 ABC A1B1C1 中, AB AC, AB1 BC1,求证: A1C BC1 (利用平行转移线线垂直,从而一条直线与两异面直线的 垂直转化为线面的垂直) 类型六 : 面
20、面垂直 一 、前测 回顾 1 如图, 已知 VB平面 ABC,侧面 VAB侧面 VAC,求证: VAC 是直角三角形 B C V A B C A1 B1 C1 南京市 2019 届高三 数学 二轮专题复习资料 9 提示:过 B 作 BD VA,垂足为 D, 由 侧面 VAB侧面 VAC, 得 出 BD 侧面 VAC, 从面 BD AC, 由 VB平面 ABC, 得 AC VB,从而 AC 平面 VAB 所以 AC VA 二、方法联想 ( 1) 证 明面面垂直 关键 是 找到和另一个平面垂直的垂线,转化为线面垂直 找垂线的一般方法: 分别在两个平面内找 两条 互相垂直的直线,再判断 其中 一条直
21、线 垂直于平面 ; 找(或 作 )两平面交线的垂线 若存在第三个平面与其中一个面垂直,则在第三个内作找或作它们的交线的垂线(可以就是第三个与另一个平面的交线),再将这个垂线转移到另一个平面内 ( 2)已知 面面垂直 优先 在 其中一个平面内找或作两个平面 交线 的垂线 ,转化为线面垂直 三、方法应用 例 .【 2018 江苏卷 15】 在平行六面体 1 1 1 1ABCD A B C D 中, 1 1 1 1,AA AB AB B C 求证:( 1) AB 平面 11ABC ; ( 2)平面 11ABBA 平面 1ABC 证明: ( 1)在平行六面体 ABCD-A1B1C1D1中, AB A1
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