高考数学专题精讲 (12).doc
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1、第 2 讲 空间中的平行与垂直考情研析 1.从具体内容上:(1)以选择题、填空题的形式考查,主要利用平面的基本性质及线线、线面和面面平行和垂直的判定定理与性质定理对命题的真假进行判断,属于基础题(2)以解答题的形式考查,主要是对线线、线面与面面平行和垂直关系交汇综合命题,且多以棱柱、棱锥、棱台或其简单组合体为载体进行考查 2.从高考特点上,难度中等,常以一道选填题或在解答题的第一问考查分值一般为 5 分.核心知识回顾1.直线与平面平行的判定和性质(1)判定判定定理:ab,b,aa.01面面平行的性质:,aa.02(2)性质:l,l,mlm.032直线和平面垂直的判定和性质(1)判定判定定理:a
2、b,ac,b,c,bcOa.01线面垂直的其他判定方法:a.ab,ab.02b.l,l.03c.,l,a,ala.04(2)性质l,ala.05l,mlm.063两个平面平行的判定和性质(1)判定判定定理:a,b,abP,a,b.01面面平行的其他判定方法:a.l,l.02b.,.03(2)性质:,a,bab.044两个平面垂直的判定和性质(1)判定:a,a.01(2)性质:,l,a,ala.02热点考向探究考向 1 空间线面位置关系的判定例 1 (1)(2019陕西延安高考模拟)已知 m,n 表示两条不同的直线, 表示平面下列说法正确的是( )A若 m,n,则 mnB若 m,n,则 mnC若
3、 m,mn,则 nD若 m,mn,则 n答案 B解析 若 m,n,则 m,n 相交或平行或异面,故 A 错误;若m,n,由线面垂直的性质定理可知 mn,故 B 正确;若m,mn,则 n 或 n,故 C 错误;若 m,mn,则 n 或 n或 n 或 n 与 斜交,故 D 错误故选 B.(2)正方体 ABCDA1B1C1D1的棱长为 2,M 为 CC1的中点,N 为线段 DD1上靠近 D1的三等分点,平面 BMN 交 AA1于点 Q,则线段 AQ 的长为( )A. B. C. D.23121613答案 D解析 如图所示,过点 A 作 AEBM 交 DD1于点 E,则 E 是 DD1的中点,过点 N
4、 作 NTAE 交 A1A 于点 T,此时 NTBM,所以 B,M,N,T 四点共面,所以点 Q 与点 T 重合,易知 AQNE ,故选 D.13空间线面位置关系判断的常用方法(1)根据空间线面平行、垂直关系的判定定理和性质定理逐项判断来解决问题(2)必要时可以借助空间几何模型,如从长方体、四面体等模型中观察线面位置关系,并结合有关定理来进行判断1(2019辽宁抚顺高三第一次模拟)在三棱锥 PABC 中,已知PAABAC,BACPAC,点 D,E 分别为棱 BC,PC 的中点,则下列结论正确的是( )A直线 DE直线 ADB直线 DE直线 PAC直线 DE直线 ABD直线 DE直线 AC答案
5、D解析 由题意,如图所示,因为 PAABAC,BACPAC,PACBAC,得 PCBC,取 PB 的中点 G,连接 AG,CG,则PBCG,PBAG,又AGCGG,PB平面 CAG,则PBAC,D,E 分别为棱 BC,PC 的中点,DEPB,则 DEAC.故选 D.2如图,在以角 C 为直角顶点的三角形 ABC 中,AC8,BC6,PA平面 ABC,F 为 PB 上的点,在线段 AB 上有一点 E,满足 BEAE.若 PB平面 CEF,则实数 的值为( )A. B. C. D.3165169163答案 C解析 PB平面 CEF,PBCE,又 PA平面 ABC,CE平面ABC,PACE,而 PA
6、PBP,CE平面 PAB,CEAB,EBAE.EBABAEABBC2AC2916考向 2 空间平行、垂直关系的证明例 2 (2019北京门头沟区高三 3 月模拟)在四棱锥 PABCD 中,底面ABCD 是边长为 6 的菱形,且ABC60,PA平面 ABCD,PA6,F 是棱PA 上的一动点,E 为 PD 的中点(1)求证:平面 BDF平面 ACF;(2)若 AF2,侧面 PAD 内是否存在过点 E 的一条直线,使得直线上任一点 M 都有 CM平面 BDF,若存在,给出证明;若不存在,请说明理由解 (1)证明:由题意可知,PA平面 ABCD,则 BDPA,又底面 ABCD是菱形,所以 BDAC,
7、PA,AC 为平面 PAC 内两相交直线,所以,BD平面PAC,BD 为平面 BDF 内一直线,从而平面 BDF平面 ACF.(2)侧面 PAD 内存在过点 E 的一条直线,使得直线上任一点 M 都有 CM平面 BDF.设 G 是 PF 的中点,连接 EG,CG,OF,则Error!平面 CEG平面 FBD,所以直线 EG 上任一点 M 都满足 CM平面 BDF.空间平行、垂直关系证明的主要思想是转化,即通过判定定理、性质定理将线线、线面、面面之间的平行、垂直关系相互转化(2019朝阳区高三第一次模拟)如图,在多面体 ABCDEF 中,平面 ADEF平面 ABCD,四边形 ADEF 为正方形,
8、四边形 ABCD 为梯形,且ADBC,BAD90,ABAD1,BC2.(1)求证:AFCD;(2)若 M 为线段 BD 的中点,求证:CE平面 AMF.证明 (1)因为四边形 ADEF 为正方形,所以 AFAD.又因为平面 ADEF平面 ABCD,且平面 ADEF平面 ABCDAD,AF平面 ADEF,所以 AF平面 ABCD.又 CD平面 ABCD,所以 AFCD.(2)延长 AM 交 BC 于点 G,连接 FG.因为 ADBC,M 为 BD 的中点,所以BGMDAM,所以 BGAD1.因为 BC2,所以 GC1.由已知 FEAD1,且 FEAD,又因为 ADGC,所以 FEGC,且 FEG
9、C,所以四边形 GCEF 为平行四边形,所以 CEGF.因为 CE平面 AMF,GF平面 AMF,所以 CE平面 AMF.考向 3 立体几何中的翻折问题例 3 (2019巢湖高三 3 月联考)如图 1,在直角梯形 ABCP 中,CPAB,CPBC,ABBC CP,D 是 CP 的中点,将PAD 沿 AD 折起,12使点 P 到达点 P的位置得到图 2,点 M 为棱 PC 上的动点(1)当 M 在何处时,平面 ADM平面 PBC,并证明;(2)若 AB2,PDC135,证明:点 C 到平面 PAD 的距离等于点P到平面 ABCD 的距离,并求出该距离解 (1)当点 M 为 PC 的中点时,平面
10、ADM平面 PBC,证明如下:DPDC,M 为 PC 的中点,PCDM,ADDP,ADDC,AD平面 DPC,ADPC,PC平面 ADM,平面 ADM平面 PBC.(2)在平面 PCD 上作 PHCD 的延长线于点 H,由(1)中 AD平面 DPC,可知平面 PCD平面 ABCD,PH平面 ABCD,由题意得 DP2,PDH45,PH,2又 VPADCVCPAD,设点 C 到平面 PAD 的距离为 h,即 SADCPH SPADh,1313由题意,ADCADP,则 SADCSPAD.PHh,故点 C 到平面 PAD 的距离等于点 P到平面 ABCD 的距离,且该距离为.2翻折前后位于同一个半平
11、面内的直线间的位置关系、数量关系不变,翻折前后分别位于两个半平面内(非交线)的直线位置关系、数量关系一般发生变化,解翻折问题的关键是辨析清楚“不变的位置关系和数量关系” “变的位置关系和数量关系” 如图 1 所示,直角梯形 ABCD,ADC90,ABCD,ADCD AB2,点 E 为 AC 的中点,将ACD 沿 AC 折起,使折12起后的平面 ACD 与平面 ABC 垂直(如图 2),在图 2 所示的几何体 DABC 中(1)求证:BC平面 ACD;(2)点 F 在棱 CD 上,且满足 AD平面 BEF,求几何体 FBCE 的体积解 (1)证明:在图 1 中,由题意知,ACBC2,AB4,所以
12、2AC2BC2AB2,所以 ACBC.如图 2,因为 E 为 AC 的中点,连接 DE,则 DEAC,又平面 ADC平面 ABC,且平面 ADC平面 ABCAC,DE平面ACD,从而 ED平面 ABC,所以 EDBC.又 ACBC,ACEDE,所以 BC平面 ACD.(2)取 DC 的中点 F,连接 EF,BF,因为 E 是 AC 的中点,所以 EFAD,又 EF平面 BEF,AD平面 BEF,所以 AD平面 BEF,由(1)知,DE 为三棱锥 DABC 的高,因为三棱锥 FBCE 的高 h DE ,SBCE SABC 2121222212121222,22所以三棱锥 FBCE 的体积为VFB
13、CE SBCEh 2.13132223真题押题真题模拟1(2019河北唐山高三第二次模拟)已知直线 l,m 和平面 ,有如下三个命题:若存在平面 ,使 ,则 ;若 l,m 是两条异面直线,l,m,l,m,则 ;若 l,m,lm,则 .其中正确命题的个数是( )A0B1 C2D3答案 C解析 若存在平面 ,使 ,则 或 与 相交,故错误;假设 与 不平行,则 与 相交,设交线为n,l,l,n,ln,同理,mn,lm,与 l,m 异面矛盾,故假设不成立,所以 ,正确;若 l,lm,则 m,又 m,则,故正确2.(2019全国卷)如图,点 N 为正方形 ABCD 的中心,ECD 为正三角形,平面 E
14、CD平面 ABCD,M 是线段 ED 的中点,则( )ABMEN,且直线 BM,EN 是相交直线BBMEN,且直线 BM,EN 是相交直线CBMEN,且直线 BM,EN 是异面直线DBMEN,且直线 BM,EN 是异面直线答案 B解析 解法一:取 CD 的中点 O,连接 EO,ON.由ECD 是正三角形,平面 ECD平面 ABCD,知 EO平面 ABCD.EOCD,EOON.又 N 为正方形 ABCD 的中心,ONCD.以 CD 的中点 O 为原点,方向为 x 轴正方向建立空间直角坐标系,如图 1 所示不OD妨设 AD2,则 E(0,0,),N(0,1,0),M,B(1,2,0),3(12,0
15、,32)EN 2,BM ,12 32(32)24347ENBM.连接 BD,BE,点 N 是正方形 ABCD 的中心,点 N 在 BD 上,且 BNDN,BM,EN 是DBE 的中线,BM,EN 必相交故选 B.解法二:如图 2,取 CD 的中点 F,DF 的中点 G,连接EF,FN,MG,GB.ECD 是正三角形,EFCD.平面 ECD平面 ABCD,EF平面 ABCD.EFFN.不妨设 AB2,则 FN1,EF,3EN2.FN2EF2EMMD,DGGF,MGEF 且 MG EF,12MG平面 ABCD,MGBG.MG EF,BG ,BM1232CG2BC2(32)22252.BMEN.连接
16、 BD,BE,点 N 是正方形 ABCD 的中心,MG2BG27点 N 在 BD 上,且 BNDN,BM,EN 是DBE 的中线,BM,EN 必相交故选 B.3(2019北京高考)已知 l,m 是平面 外的两条不同直线给出下列三个论断:lm;m;l.以其中的两个论断作为条件,余下的一个论断作为结论,写出一个正确的命题:_.答案 若 m 且 l,则 lm 成立(或若 lm,l,则 m)解析 已知 l,m 是平面 外的两条不同直线,由lm 与m,不能推出l,因为 l 可以与 平行,也可以相交不垂直;由lm 与l 能推出m;由m 与l 可以推出lm.故正确的命题是或.金版押题4 九章算术中,将如图所
17、示的几何体称为刍甍,底面 ABCD 为矩形,且 EF底面 ABCD,EF 到平面 ABCD 的距离为 h,BCa,ABb,EFc,则2 时, ( )VBCDEFVEABDbcA. B. 1232C.D123答案 D解析 VEABD SABDh abh abh;同理 VFBCD abh.因为1313121616 ,所以 VBDEF ach,则VFBCDVBDEFVBCDFVBDEFS CDFS DEFbc16VBCDEFVBCDFVBDEF abh ach,所以1 2,1616VBCDEFVEABDbcbcb所以 1.故选 D.bc5如图,圆柱 O1O2的底面圆半径为 1,AB 是一条母线,BD
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