专题72 空间点、直线、平面间的位置关系.docx
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1、第七篇立体几何与空间向量专题7.02空间点、直线、平面间的位置关系【考纲要求】理解空间直线、平面位置关系的定义,并了解可以作为推理依据的公理和定理【命题趋势】 空间点、线、面的位置关系以位置关系的判断为主要考查点,同时也考查逻辑推理能力和空间想象能力【核心素养】本讲内容主要考查直观想象、逻辑推理的核心素养。【素养清单.基础知识】1 .平面的基本性质(1) 公理1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内.(2) 公理2:过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面.(3) 公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线.(4) 公理2的三个推论推论1
2、:经过一条直线和这条直线外一点有且只有一个平面.推论2:经过两条相交直线有且只有一个平面.推论3:经过两条平行直线有且只有一个平面.(5) 公理1是判断一条直线是否在某个平面内的依据,公理2及其推论是判断或证明点、线共面的依据,公 理3是证明三线共点或三点共线的依据.2. 空间中两直线的位置关系(1) 空间中两直线的位置关系共面直线(平行相交异面直线:不同在任何一个平面内.(2) 异面直线所成的角定义:设a,b是两条异面直线,经过空间任一点O作直线aa,少饥把a与b所成的锐角(或直角)叫做异面直线a与b所成的角(或夹角).范围:兀0,2.(3) 平行公理:平行于同一条直线的两条直线互相平行.(
3、4) 定理:空间中如果两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等或互补.3. 直线与平面、平面与平面之间的位置关系图形语言符号语言公共点直线平面相交7aa=A1个平行17all a0个在平面内a a无数个平面平面平行/一 /7all0个相交an=l无数个【素养清单.常用结论】1. 公理2的三个推论推论1:经过一条直线和这条直线外一点有且只有一个平面.推论2:经过两条相交直线有且只有一个平面.推论3:经过两条平行直线有且只有一个平面.2. 异面直线判定的一个定理过平面外一点和平面内一点的直线,与平面内不过该点的直线是异面直线.3. 唯一性定理(1) 过直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行.(
4、2) 过直线外一点有且只有一个平面与已知直线垂直.(3) 过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行.(4) 过平面外一点有且只有一条直线与已知平面垂直【真题体验】1.【2019年高考全国II卷理数】设a, B为两个平面,则a月的充要条件是A. a内有无数条直线与&平行B. a内有两条相交直线与&平行C. a, &平行于同一条直线D. a, &垂直于同一平面【答案】B【解析】由面面平行的判定定理知:a内两条相交直线都与P平行是a P的充分条件,由面面平行性质 定理知,若a&,则a内任意一条直线都与P平行,所以a内两条相交直线都与P平行是a&的必要 条件,故选B.【名师点睛】本题考查了空间两个平
5、面的判定与性质及充要条件,渗透直观想象、逻辑推理素养,利用面 面平行的判定定理与性质定理即可作出判断.面面平行的判定问题要紧扣面面平行判定定理,最容易犯的 错误为定理记不住,凭主观臆断,如:“若a ua,b u。,ab,则a&”此类的错误.2.【2019年高考全国III卷理数】如图,点N为正方形ABCD的中心,ECD为正三角形,平面ECD平面 ABCD,M是线段ED的中点,则A. BM=EN,且直线BM,EN是相交直线B. BM手EN,且直线BM,EN是相交直线C. BM=EN,且直线BM,EN是异面直线D. BM手EN,且直线BM,EN是异面直线【答案】B【解析】如图所示,作EO CD于O,
6、连接ON,BD,易得直线BM,EN是三角形EBD的中线,是相交直线.过M作MF 1OD于F,连接BF平面 CDE1 平面 ABCD, EO 1 CD, EO u 平面 CDE, :. EO 1 平面 ABCD, MF1 平面 ABCD:.MFB与EON均为直角三角形.设正方形边长为2 ,易知EO =百,ON = 1, EN = 2MF = 2, BF = 5,. BM = t7, BM。EN,故选 B.22【名师点睛】本题考查空间想象能力和计算能力,解答本题的关键是构造直角三角形.解答本题时,先利用 垂直关系,再结合勾股定理进而解决问题.3.【2019年高考浙江卷】设三棱锥V-ABC的底面是正
7、三角形,侧棱长均相等,P是棱VA上的点(不含端点).记直线PB与直线AC所成的角为a,直线PB与平面ABC所成的角为为 二面角P-AC-B的平面角为Y,则A. Py,ayB. Ba, PyC.摩a,YaD. ag, yP【答案】 【解析】如图,G为AC中点,连接VG, V在底面ABC的投影为O,则P在底面的投影D在线段AO上,过D作DE垂直于AC于E,连接PE, BD,易得PEVG,过p作PF#AC交VG于F ,连接BF,过D 作 DH#AC,交 BG 于 H,则 a = ZBPF, fi = ZPBD,y = APED,结合 pfb, aBDH, aPDB 均为直PF EG DH BD角三角
8、形,可得cosa =0PB PB PB PBPD PD在RtAPED中,tany= tan P,即y P,综上所述,答案为B.ED BD【名师点睛】本题以三棱锥为载体,综合考查异面直线所成的角、直线与平面所成的角、二面角的概念, 以及各种角的计算.解答的基本方法是通过明确各种角,应用三角函数知识求解,而后比较大小而充分利用 图形特征,则可事倍功半常规解法下易出现的错误有,不能正确作图得出各种角,未能想到利用特殊位置 法”,寻求简便解法.4. 【2019年高考北京卷理数】已知1,m是平面a外的两条不同直线.给出下列三个论断:lm,mil a :/上 a .以其中的两个论断作为条件,余下的一个论断
9、作为结论,写出一个正确的命题:.【答案】如果ILa,mi a,则lm.【解析】将所给论断,分别作为条件、结论,得到如下三个命题:(1) 如果 lLa,mil a,则 lLm,正确;(2) 如果lLa,lLm,则mi a,不正确,有可能m在平面a内;(3) 如果lLm,mi a,则lLa,不正确,有可能l与a斜交、la.故答案为:如果lLa,mi a,则lLm.【名师点睛】本题主要考查空间线面的位置关系、命题、逻辑推理能力及空间想象能力.将所给论断,分别 作为条件、结论加以分析即可.5. 【2018年高考浙江卷】已知四棱锥S-ABCD的底面是正方形,侧棱长均相等M是线段AB上的点(不含端点),设
10、SE与BC所成的角为* SE与平面ABCD所成的角为,二面角S-AB-C的平面角为,贝 a. eee3b. eeevc. e1e3e2d. e2e3 SO, EO OM,所以 tanO tanO tanO ,即U 6 6132132故选D.【名师点睛】分别作出线线角、线面角以及二面角,再构造直角三角形,根据边的大小关系确定角的大小 关系.6. 【2017年高考全国III卷理数】a, b为空间中两条互相垂直的直线,等腰直角三角形A8C的直角边AC所 在直线与a, b都垂直,斜边AB以直线AC为旋转轴旋转,有下列结论: 当直线AB与a成60角时,AB与b成30角; 当直线AB与a成60角时,AB与
11、b成60角; 直线AB与a所成角的最小值为45; 直线AB与a所成角的最大值为60.其中正确的是.(填写所有正确结论的编号)【答案】【解析】设AC = BC = 1.由题意,AB是以AC为轴,BC为底面半径的圆锥的母线,由AC a, AC b又ACL圆锥底面,所以在底面内可以过点B,作BDa,交底面圆C于点D,如图所示,连接DE,则DE1BD,DEb,连接 AD,等腰 AABD 中,AB = AD =巨,当直线 AB 与 a 成 60角时,ZABD = 60故BD =、,又在RtABDE中,BE = 2,.DE = 42,过点B作B/ DE,交圆C于点尸,连接A尸,由圆的对称性可知BF = D
12、E = J2,. ABF为等边三角形,./ABF = 60,即AB与b成60角,正确, 错误.则直线AB与a所成角的最大值为90,错误.由图可知正确;很明显,可以满足平面ABCL直线a, 故正确的是.【名师点睛】(1)平移直线法是求异面直线所成角的常用方法,其基本思路是通过平移直线,把异面问题 化归为共面问题来解决,具体步骤如下: 平移:平移异面直线中的一条或两条,作出异面直线所成的角; 认定:证明作出的角就是所求异面直线所成的角; 计算:求该角的值,常利用解三角形; 取舍:由异面直线所成的角的取值范围是,了|,可知当求出的角为钝角时,应取它的补角作为两条异V 2面直线所成的角.(2)求异面直
13、线所成的角要特别注意异面直线之间所成角的范围.【考法拓展题型解码】考法一平面的基本性质及应用解题技巧用平面的基本性质证明共点、共线、共面的方法(1)证明点或线共面问题的两种方法:首先由所给条件中的部分线(或点)确定一个平面,然后再证其余的 线(或点)在这个平面内;将所有条件分为两部分,然后分别确定平面,再证两平面重合.(2)证明点共线问题的两种方法:先由两点确定一条直线,再证其他各点都在这条直线上;直接证明这 些点都在同一条特定直线上.(3)证明线共点问题的常用方法是:先证其中两条直线交于一点,再证其他直线经过该点.【例1】以下四个命题中,正确命题的个数是() 不共面的四点中,其中任意三点不共
14、线; 若点A,B,C,D共面,点A,B,C,E共面,贝A,B,C,D,E共面; 若直线a,b共面,直线a,c共面,则直线b,c共面; 依次首尾相接的四条线段必共面.B. 1A. 0C. 2D. 3【答案】B 【解析】显然是正确的,可用反证法证明;中若A, B, C三点共线,则A, B, C, D, E五点不一定 共面;构造长方体或正方体,如图所示,显然b, c异面,故不正确;中空间四边形中四条线段不共面.故只有正确.故选B.【例2】已知空间四边形ABCD(如图所示),E, F分别是AB, AD的中点,G, H分别是BC, CD上的点,11且 cg=3bc, ch=3dc.求证:(1) E, F
15、, G, H四点共面;(2) 直线FH, EG, AC共点.【答案】见解析1【解析】证明 连接EF, GH.因为E, F分别是AB, AD的中点,所以EF/BD.又因为CG=BC, CH=13DC,所以GH/BD,所以EF/GH,所以E, F, G, H四点共面.(2)由(1)知FH与直线AC不平行,但共面,所以设FHAC=M,所以ME平面EFHG, ME平面ABC.又因为平面EFHGn平面ABC=EG,所以ME EG.所以FH, EG, AC三线共点.考法二空间两条直线的位置关系解题技巧判断空间两条直线的位置关系的方法(1) 异面直线,可采用直接法或反证法.(2) 平行直线,可利用三角形(梯
16、形)中位线的性质、公理4及线面平行与面面平行的性质定理.(3) 垂直关系,往往利用线面垂直的性质来解决.【例3】(1)若直线11和12是异面直线,在平面a内,l2在平面P内,l是平面a与平面P的交线,则下列 命题正确的是()A. l与11,12都不相交B. 1与11,12都相交C. 1至多与11,12中的一条相交D. 1至少与11,12中的一条相交【答案】D【解析】A项,如图1所示,12与1相交,故A项错误;B项,如图1所示,11/1,11与1不相交,故B项 错误;C项,如图2所示,1分别与11,12相交,故C项错误;D项,假设1与11,12不相交,因为1与11共 面且1与12共面,所以111
17、12,这与11,12为异面直线相矛盾,故1至少与11,12中的一条相交,故D项正 确.故选D.图1图2(2)如图为正方体表面的一种展开图,则图中的四条线段AB,CD,EF,GH所在的直线在原正方体中互为 异面直线的对数为 对【答案】3【解析】平面图形的翻折应注意翻折前后相对位置的变化,则AB,CD,EF和GH在原正方体中,显然AB 与CD,EF与GH,AB与GH都是异面直线,而AB与EF相交,CD与GH相交,CD与EF平行.故互为 异面直线的有且只有3对.考法三两条异面直线所成角归纳总结两异面直线所成角的作法及求解步骤(1) 找异面直线所成角的三种方法: 利用图中已有的平行线平移; 利用特殊点
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