高中数学直线平面简单几何体第十五课时教案.pdf

三垂线定理练习课一教学目标1进一步理解、记忆并应用三垂线定理及其逆定理；2理解公式 cos1cos2cos的证明及其初步应用；（课本第122 页第 3 题）3理解正方体的体对角线与其异面的面对角线互相垂直及其应用；4了解课本第 33 页第 11 题教学重点和难点教学的重点是进一步掌握三垂线定理及其逆定理并应用它们来解有关的题教学的难点是在讲公式cos1cos2cos应用时比较2与的大小教学设计过程师：上一节课我们讲了三垂线定理及其逆定理的证明并初步应用了这两个定理来解一些有关的题 今天我们要进一步应用这两个定理来解一些有关的题，先看例 1例 1如图 1，AB和平面所成的角是1；AC在平面内，BB 平面于 B，AC和 AB的射影 AB 成角2，设 BAC 求证：cos1cos2cos师：这是要证明三个角1，2和的余弦的关系，1已经在直角 ABB 中，我们能否先作出两个直角三角形分别使2和是这两个直角三角形中的锐角生：作 BDAC于 D，连 BD，则 BD AC于 D这时2是直角 BDA中的一个锐角，是直角 ABD中的一个锐角师：刚才的表述是应用三垂线定理及其逆定理时常常使用的“套话”，我们一定要很好理解并能熟练地应用现在已经知道1、2和分别在三个直角三角形中，根据三角函数中的余弦的定义分别写出这三个角的余弦，再来证明这公式师：这个公式的证明是利用余弦的定义把它们转化成邻边与斜边的比，为此要先作出直角三角形，为了作出直角三角形我们应用了三垂线定理当然也可用它的逆定理这个公式是在课本第121 页总复习参考题中的第3 题 我们为什么要提前讲这个公式呢？讲这个公式的目的是为了用这个公式，因为在解许多有关题时都要用到这公式那我们要问在什么条件下可用这个公式？生：因为1是斜线 AB与平面所成的角，所以只有当图形中出现斜线与平面所成的角时，才有可能考虑用这公式师：为了在使用这个公式时方便、易记，我们规定1表示斜线与平面所成的角，2是平面内过斜足的一条射线与斜线射影所成的角，是这条射线与斜线所成的角下面我们来研究一下这个公式的应用应用这个公式可解决两类问题第一是求值即已知这公式中的两个角，即可求出第三个角或其余弦值例如：60，这时2；当145，2135时，coscos45cos135第二是比较2与的大小因为我们已经规定1是斜线与平面所成的角，一定有 0190，它的大小不变，为了比较2与的大小，下面分三种情况进行讨论（1）290，因为290，所以 cos20，因此 coscos1cos20，故 90当 90时，我们也可以证明290一条直线如果和斜线的射影垂直，那么它就和斜线垂直 这就是三垂线定理一条直线如果和斜线垂直，那么它就和斜线的射影垂直 这就是三垂线定理的逆定理所以，我们可以这样说，这个公式是三垂线定理及其逆定理的一般情况，而三垂线定理及其逆定理是这公式的特殊情况现在我们来研究在2是锐角时，2与的大小（2）0290师：在这个条件下，我们怎样来比较2与的大小？生：因为 0190，所以 0cos11，又因为 0290，所以 0cos21又因为 coscos1cos2，所以 0cos11，而且 coscos1 cos2cos2，在锐角条件下，余弦函数值大的它所对应的角小 所以2师：现在我们来讨论当2是钝角时，2与的大小（3）902180在这个条件下，我们不再用公式cos1cos2cos做理论上的证明来比较2与的大小，而是一起来看模型（或图形）我们假设2的邻补角为2，的邻补角为，即22180，180在模型（或图形）中我们可以看出当2是钝角时，也是钝角，所以它们的两个邻补角2和都是锐角，由对第二种情况的讨论我们知道2由等量减不等量减去小的大于减去大的，所以由21802，180，可得2根据以上讨论现在小结如下：当290时，290，它们都是直角当 0290时，2，它们都是锐角；当 902180时，2，它们都是钝角关于公式 cos1cos2cos的应用，今后还要随着课程的进展而反复提到现在我们来看例2例 2如图 2，在正方体 ABCD-A1B1C1D1中，求证：（1）A1C平面 C1DB于 G；（2）垂足 G为正 C1DB的中心；（3）A1G 2GC 师：我们先来证明第（1）问要证直线与平面垂直即要证什么？生：要证 A1C与平面 C1DB内两条相交的直线垂直师：我们先证 A1C为什么与 DB垂直？生：连 AC，对平面 ABCD 来说，A1A是垂线，A1C是斜线，AC是 A1C在平面 ABCD上的射影，因为 AC DB（正方形的性质），所以 A1CDB（三垂线定理）同理可证 A1CBC1因为 A1C 平面 C1DB（直线与平面垂直的判定理）（在证 A1CBC1时，根据情况可详、可略，如果学生对应用三垂线定理还不太熟悉，则可让学生把这证明过程再叙述一遍，因为这时是对平面B1BCC1来说，A1B1是垂线，A1C是斜线，B1C是 A1C在平面 B1BCC1上的射影，由 B1C BC1，得 A1CBC1）师：现在来证第（2）问，垂足 G为什么是正 C1DB的中心？生：因为 A1BA1C1A1D，所以 BG GC1DG，故 G是正 C1DB的外心，正三角形四心合一，所以G是正 C1DB的中心师：现在来证第（3）问，我们注意看正方体的对角面A1ACC1，在这对角面内有没有相似三角形？生：在正方体的对角面A1ACC1内，由平面几何可知 A1GC1OGC，且 A1C1OC A1G GC，所以 A1G GC 21，因此 A1G 2GC 师：例 2 是在正方体的体对角线与其异面的面对角线互相垂直引申而来，而例 2 也是一个基本的题型，对于以后证有关综合题型时很有用所以对例 2 的证明思路和有关结论，尽可能的理解、记住现在我们来看例3例 3如图 3，已知：RtABC 在平面内，PC 平面于 C，D为斜边 AB的中点，CA 6，CB 8，PC 12求：（1）P，D两点间的距离；（2）P点到斜边 AB的距离师：现在先来解第（1）问，求 P，D两点间的距离师：现在我们来解第（2）问，求 P点到 AB边的距离生：作 PE AB于 E，连 CE则 CE AB（三垂线定理的逆定理）PE就是 P点到 AB边的距离师：要求 PE就要先求 CE，CE是直角三角形 ABC斜边上的高，已知直角三角形的三边如何求它斜边上的高呢？生：可用等积式 CE AB AC CB，即斜边上的高与斜边的乘积等于两直角边的乘积师：这个等积式是怎样证明的？生：有两种证法因CE AB是 RtABC面积的二倍，而 AC CB也是 RtABC面积的二倍，所以它们相等；也可用BCE ABC，对应边成比例推出这个等积式师：这个等积式很有用，根据这个等积式，我们可以由直角三角形的三边求出斜边上的高，这个等积式以后在求有关距离问题时会常常用到，所以要理解、记住、会用现在就利用这等积式先求CE，再求 PE 师：通过这一题我们要区分两种不同的距离概念及求法；在求点到直线距离时，经常要用到三垂线定理或其道定理；在求直角三角形斜边上的高时会利用上述的等积式来求斜边上的高现在我们来看例4例 4如图 4，已知：BAC在平面内，PO，PO 平面于 O 如果PAB PAC 求证：BAO CAO（这个例题就是课本第32 页习题四中的第 11 题 这个题也可以放在讲完课本第 30 页例 1 以后讲不论在讲课本第30 页例 1，还是在讲这个例时，都应先用模型作演示，使学生在观察模型后，得出相关的结论，然后再进行理论上的证明，这样使学生对问题理解得具体、实在，因而效果也较好）师：当我们观察了模型后，很容易就猜想到了结论即斜线PA在平面上的射线是 BAC 的角平分线所在的直线，现在想一想可以有几种证法？生：作 OD AB于 D，作 OE AC于 E，连 PD，PE，则 PD AB，PE AC 所以 RtPAD RtPAE，因此 PD PE，故 OD OE，所以 BAO CAO 师：今天我们讲了公式cos1cos2cos能否用这公式来证明这题（利用这公式来证明这个题，完全是由学生想到的，当然如果有的班学生成绩较差，思路不活，也可做些必要的提示）生：因为 PAO 是斜线与平面所成的角，所以可以考虑用公式cos1cos2cos PAO 相当于1；PAB PAC 它们都相当于，由公式可得22，即 BAO CAO 师：今天我们是应用三垂线定理及其逆定理来解这四个例题例1、例 2、例 4 是三个基本题 对这三个题一定要会证、记住、会用关于这三个题的应用，以后还会在讲课过程中反复出现在高考题中也曾用到作业课本第 33 页第 13 题补充题1已知：BSC 90，直线 SA 平面 BSC SASB ASC 60，求：SA和平面 BSC 所成角的大小 452已知：AB是平面的一斜线，B为斜足，AB a直线 AB与平面所成的角等于，AB在平面内的射影A1B与平面内过 B 3已知：P为 RtABC 所在平面外一点，ACB 90，P到直角顶点 C的距离等于 24，P 到平面 ABC的距离等于 12，P到 AC 4已知：BAC 在平面内，PA是平面的斜线，BAC 60，PAB PAC 45PA a，PO 平面于 O PD AC于 D，PE AB于 E求：（1）PD的长；