空间点、直线平面之间的位置关系讲义与例题

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2020年08月16日 04:54
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国际电汇-奠基仪式主持词



平面
1、平面含义
师:以上实物都给我们以平面的印象,几何里 所说的平面,就是从这样的一些物体中抽象出
来的,但是,几何里的平面是无限延展的。
2、平面的画法及表示
师:在平面几何中,怎样画直线?
之后教师加以肯定,解 说、类比,将知识迁移,得出平面的画法:水平放置的平面通常画成
0
一个平行四边形,锐角画 成45,且横边画成邻边的2倍长(如图)


D C


α

A B


平面通常用希腊字母α、β、γ等表示 ,如平面α、平面β等,也可以用表示平面的平行四
边形的四个顶点或者相对的两个顶点的大写字母来表 示,如平面AC、平面ABCD等。
如果几个平面画在一起,当一个平面的一部分被另一个平面遮住时 ,应画成虚线或不画(打
出投影片)


β
β




α

α


·B


课本P41 图 2.1-4 说明
·A

平面内有无数个点,平面可以看成点的集合。
α
点A在平面α内,记作:A∈α
点B在平面α外,记作:B

α
2.1-4
3、平面的基本性质
教师引导学生思考教材P41的思考题,让学生充分发表自己的见解。
师:把一把直尺边缘上 的任意两点放在桌边,可以看到,直尺的整个边缘就落在了桌面上,
用事实引导学生归纳出以下公理
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
(教师引导学生阅读教材P42前几行相关内容,并加以解析)
符号表示为
A∈L
A
B∈L => L α

B

α
·

·
L
A∈α



B∈α
公理1作用:判断直线是否在平面内
师:生活中,我们看到三脚架可以牢固地支撑照相机或测量用的平板仪等等……
引导学生归纳出公理2
公理2:过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面。
A B
·

α
·

C
符号表示为:A、B、C三点不共线 => 有且只有一个平面α,
·

使A∈α、B∈α、C∈α。
公理2作用:确定一个平面的依据。
教师用正(长)方形模型,让学生理解两个平面的交线的含义。
引导学生阅读P42的思考题,从而归纳出公理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。
符号表示为:P∈α∩β =>α∩β=L,且P∈L
β
公理3作用:判定两个平面是否相交的依据
P
α

·

L

空间中直线与直线之间的位置关系
2、师:那么,空间两条直线有多少种位置关系?(板书课题)
(二)讲授新课
1、教师给出长方体模型,引导学生得出空间的两条直线有如下三种关系:
相交直线:同一平面内,有且只有一个公共点;
共面直线
平行直线:同一平面内,没有公共点;
异面直线: 不同在任何一个平面内,没有公共点。
教师再次强调异面直线不共面的特点,作图时通常用一个或两个平面衬托,如下图:



2、(1)师:在同一平面内,如果两条直线都与第三条直线平行,那么这两条直 线互相平行。
在空间中,是否有类似的规律?
组织学生思考:
长方体ABCD-A'B'C'D'中,
BB'∥AA',DD'∥AA',
BB'与DD'平行吗?
生:平行
再联系其他相应实例归纳出公理4
公理4:平行于同一条直线的两条直线互相平行。
符号表示为:设a、b、c是三条直线
a∥b
=>a∥c
c∥b
强调:公理4实质上是说平行具有传递性,在平面、空间这个性质都适用。
公理4作用:判断空间两条直线平行的依据。




(投影)





让学生观察、思考:
∠ADC与A'D'C'、∠ADC与∠A'B'C'的两边分别对应平行,这两组角的大小关系如何?
0
生:∠ADC = A'D'C',∠ADC + ∠A'B'C' = 180
教师画出更具一般性的图形,师生共同归纳出如下定理
等角定理: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。
教师强调:并非所有关于平面图形的结论都可以推广到空间中来。
4、以教师讲授为主,师生共同交流,导出异面直线所成的角的概念。
(1)师:如图,已知 异面直线a、b,经过空间中任一点O作直线a'∥a、b'∥b,我们把
a'与b'所成的锐角(或直 角)叫异面直线a与b所成的角(夹角)。

(2)强调:
① a'与b'所成的 角的大小只由a、b的相互位置来确定,与O的选择无关,为了简便,点
O一般取在两直线中的一条上;

② 两条异面直线所成的角θ∈(0, );
2
③ 当两条异面直线所成的角是直角时,我们就说这两条异面直线互相垂直,记作a⊥b;
④ 两条直线互相垂直,有共面垂直与异面垂直两种情形;
⑤ 计算中,通常把两条异面直线所成的角转化为两条相交直线所成的角。
1、判断题:
(1)a∥b c⊥a => c⊥b ( )
(1)a⊥c b⊥c => a⊥b ( )
2、填空题:
在正方体ABCD-A'B'C'D'中,与BD'成异面直线的有 ________ 条。





空间中直线与平面、平面与平面之间的位置关系
(二)研探新知
1、引导学生观察、思考身边的实物,从而直观、准确地归纳出直线与平面有三种位置关系:
(1)直线在平面内 —— 有无数个公共点



(2)直线与平面相交 —— 有且只有一个公共点
(3)直线在平面平行 —— 没有公共点
指出:直线与平面相交或平行的情况统称为直线在平面外,可用a α来表示

a α a∩α=A a∥α
2、引导学生对生活实例以及对长方体模型的观察、思考,准确归纳出两个平面之间有两种
位置关系:
(1)两个平面平行 —— 没有公共点
(2)两个平面相交 —— 有且只有一条公共直线
用类比的方法,学生很快地理解与掌握了新内容,这两种位置关系用图形表示为


α
L



α β
β


α∥β α∩β= L

教师指出:画两个相互平行的平面时,要注意使表示平面的两个平行四边形的对应边平行。





空间点、直线平面之间的位置关系 单元测试
一、选择题
1. a,b是两条异面直线, ( )
A.若
P
为不在
a

b
上的一点,则 过
P
点有且只有一个平面与
a

b
都平行
B.过直线
a
且垂直于直线
b
的平面有且只有一个
C.若
P
为不在
a

b
上的一点,则过
P
点有且 只有一条直线与
a

b
都平行
D.若
P
为不在< br>a

b
上的一点,则过
P
点有且只有一条直线与
a< br>,
b
都垂直
2. a、b是异面直线,下面四个命题:
①过a至 少有一个平面平行于b;②过a至少有一个平面垂直于b;③至少有一条直线与a、



b都垂直;④至少有一个平面分别与a、b都平行,其中正确命题的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
3. 把正方形ABCD沿对角线AC折起,当以A、B、C、D四点为顶点的正棱锥体积最大时,直
线BD和平面ABC所成的角的大小为 ( )
A. 90° B .60° C. 45° D.30°
4、下面四个命题:

空间中如果有两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等
②一个平面内两条直线与另外一个平面平行,则这两个面平行
③一条直线与一个平面的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直
④两个平面垂直于交线的直线与另一个平面垂直
其中,正确命题的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
二、填空题
1. 已知直线m,n,平面

,

,给出下列命题:
①若
m

,m

,则



;②若
m

,m

,则




③若m

,m

,则



;④若异面 直线m,n互相垂直,则存在过m的平面与n垂直. 其
中正确的命题的题号为 _______
2. 设
l、m、n
是三条不同的直线,





是三个不同的平面,下面有四个命题:

若l∥

,



,则l∥



若l∥n,m∥n,则l∥m;






,l∥

,则l



若l

,m

,



, 则lm.

其中假命题的题号为__________
3. 在右图所示的是一个正方体的展开图,在原来的正方体中,有下列命题:
①AB与EF所在的直线平行 ;②AB与CD所在的直线异面;③MN与BF所在的直线成60°角;
④MN与CD所在的直线互相垂 直.其中正确的命题是_____________
三、解答题
D
1. 下列 五个正方体图形中,
l
是正方体的一条对角线,点
M

N

P
分别为其所在棱的中点,求能得出
l
⊥面
MNP
的图形的序号(写出所有符合要求的图形序号)
F C B
E N A
M



2. 如图,正三棱柱ABC —A
1
B
1
C
1
的底面边长的3,侧棱AA
1=
33
,
D是CB延长线上一点,
2
且BD=BC.
(Ⅰ)求证:直线BC
1
平面AB
1
D;
(Ⅱ)求二面角B
1
—AD—B的大小;
(Ⅲ)求三棱锥C
1
—ABB
1
的体积.















3. 如图,已知四棱锥
S

ABCD
的底 面
ABCD
是正方形,
SA
⊥底面
S
ABCD

E

SC
上的一点.
(1)求证:平面
EBD
⊥平面
SAC

E
< br>(2)设
SA
=4,
AB
=2,求点
A
到平面
SBD
的距离;

D

A


C

B











答案:
一、1.D 2.A 3.C 4.B
二、1.③、④ 2.①、③ 3.②、④
三、1. 为了得到本题答案, 必须对5个图形逐一进行判别.对于给定的正方体,
l
位置固
定,截面MNP变动,< br>l
与面MNP是否垂直,可从正、反两方面进行判断.在MN、NP、MP三



条线中,若有一条不垂直
l
,则可断定
l
与面MNP不垂直;若有两条与
l
都垂直,则可断定
l
⊥面MNP;若有l
的垂面∥面MNP,也可得
l
⊥面MNP.
解法1 作正方体ABCD-A
1
B
1
C
1
D
1如附图,与题设图形对比讨论.在附图中,三个截面
BA
1
D、EFGHKR和C B
1
D
1
都是对角线
l
(即 AC
1
)的垂面.
对比图①,由MN∥BA
l
,MP∥BD,知面MNP∥面BA
l
D,故得
l
⊥面MNP.
对比图②,由MN与面CB
1
D
1
相交,而过交点且与
l
垂直的直线都应在面CB
l
D< br>l
内,所以
MN不垂直于
l
,从而
l
不垂直于面MN P.
对比图③,由MP与面BA l D相交,知
l
不垂直于MN,故
l
不垂直于面MNP.
对比图④,由MN∥BD,MP∥BA.知面 MNP∥面BA
1
D,故
l
⊥面MNP.
对比图⑤,面MNP与面EFGHKR重合,故
l
⊥面MNP.
综合得本题的答案为①④⑤.
解法2 如果记正方体对角线
l
所在的对角截面为

.各图可讨论如下:
在图①中,MN,NP在平面

上的射影为同一直线,且与
l
垂直,故 l
⊥面
MNP.事实上,还可这样考虑:
l
在上底面的射影是MP的垂线 ,故
l
⊥MP;
l

左侧面的射影是MN的垂线,故
l⊥MN,从而
l
⊥面 MNP.
在图②中,由MP⊥面
,可证明MN在平面

上的射影不是
l
的垂线,故
l
不 垂直于MN.从而
l
不垂直于面MNP.
在图③中,点M在
上的射影是
l
的中点,点P在

上的射影是上底面的内点,知MP


上的射影不是
l
的垂线,得
l
不垂直于面 MNP.
在图④中,平面

垂直平分线段MN,故
l
⊥MN.又l
在左侧面的射影(即侧面正方形的
一条对角线)与MP垂直,从而
l
⊥ MP,故
l
⊥面 MNP.
在图⑤中,点N在平面

上的 射影是对角线
l
的中点,点M、P在平面

上的射影分别
是上、下底 面对角线的4分点,三个射影同在一条直线上,且
l
与这一直线垂直.从而
l

面MNP.
至此,得①④⑤为本题答案.
2. (Ⅰ)证明:CDC< br>1
B
1
,又BD=BC=B
1
C
1
, ∴ 四边形BDB
1
C
1
是平行四边形, ∴BC
1
DB
1
.
又DB
1

平面AB
1
D,BC
1

平面AB
1
D,∴直线BC
1
平面AB
1
D.
(Ⅱ)解:过B作BE⊥AD于E,连结EB
1
,[来源:]
∵B
1
B⊥平面ABD,∴B
1
E⊥AD ,
∴∠B
1
EB是二面角B
1
—AD—B的平面角,[来源:]
∵BD=BC=AB,
∴E是AD的中点,
BE
1
AC
3
.

22
在Rt△B
1
BE中,
3
3
B
1< br>B
2
tanB
1
BE3.
∴∠B
1
EB=60°.
3
BE
2

即二面角B
1
—AD—B的大小为60°
(Ⅲ)解法一:过A作AF⊥BC 于F,∵B
1
B⊥平面ABC,∴平面ABC⊥平面BB
1
C
1C,
∴AF⊥平面BB
1
C
1
C,且AF=
331
33,

V
CABB
V
ABBC< br>S

BBC
AF

11111
111
2 2
3
11333327
即三棱锥C
1
—ABB
1
的 体积为
27

(3).
.
32228
8
解法二:在三棱柱ABC—A
1
B
1
C
1
中,
S
ABB
S
AAB
V
C
1
ABB
1
V
C
1
AA
1
B
1
V
A A
1
B
1
C
1

1
1
1




113
2
33 27
即三棱锥C
1
—ABB
1
的体积为
27
S
A
1
B
1
C
1
AA
1
(43).
.
33428
8
S
E

A
B

O

C

D

13. < br>(1)证明:∵
SA
⊥底面
ABCD

BD
底面< br>ABCD
,∴
SA

BD


ABCD
是正方形,∴
AC

BD


BD
⊥平面
SAC
,又
BD
平面
EBD

∴平面
EBD
⊥平面
SAC
.
(2)解:设
AC

BD

O
,连结
SO
,则
SO
BD


AB
=2,知
BD
=22
SO

SA
2

AO
2
=4
2
+(2)
2
=32
11

S

SBD

BD
·
SO
=·22·32=6
22
11
令点< br>A
到平面
SBD
的距离为
h
,由
SA
⊥平面
ABCD
, 则·
S

SBD
·
h
=·< br>S

ABD
·
SA

33
144
∴6
h
=·2·2·4 
h
= ∴点
A
到平面
SBD
的距离为
233

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