2019版高考文科数学大一轮复习人教A版文档:第八章 立体几何8.5 .docx
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1、8.5直线、平面垂直的判定与性质最新考纲考情考向分析1.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线面垂直的有关性质与判定定理.2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的垂直关系的简单命题.直线、平面垂直的判定及其性质是高考中的重点考查内容,涉及线线垂直、线面垂直、面面垂直的判定及其应用等内容题型主要以解答题的形式出现,解题要求有较强的推理论证能力,广泛应用转化与化归的思想.1直线与平面垂直(1)定义如果直线l与平面内的任意一条直线都垂直,则直线l与平面互相垂直,记作l,直线l叫做平面的垂线,平面叫做直线l的垂面(2)判定定理与性质定理文字语言图形语言符号语言判定定理一条
2、直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直l性质定理垂直于同一个平面的两条直线平行ab2.直线和平面所成的角(1)定义平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角,叫做这条直线和这个平面所成的角若一条直线垂直于平面,它们所成的角是直角,若一条直线和平面平行,或在平面内,它们所成的角是0的角(2)范围:.3平面与平面垂直(1)二面角的有关概念二面角:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角;二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂直于棱的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角(2)平面和平面垂直的定义两个平面相交,如果它们所成的
3、二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直(3)平面与平面垂直的判定定理与性质定理文字语言图形语言符号语言判定定理一个平面过另一个平面的垂线,则这两个平面垂直性质定理两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直l知识拓展重要结论(1)若两条平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于这个平面(2)若一条直线垂直于一个平面,则它垂直于这个平面内的任何一条直线(证明线线垂直的一个重要方法)(3)垂直于同一条直线的两个平面平行(4)一条直线垂直于两平行平面中的一个,则这条直线与另一个平面也垂直题组一思考辨析1判断下列结论是否正确(请在括号中打“”或“”)(1)直线l与平面内的无数条直线
4、都垂直,则l.()(2)垂直于同一个平面的两平面平行()(3)直线a,b,则ab.()(4)若,a,则a.()(5)若直线a平面,直线b,则直线a与b垂直()(6)若平面内的一条直线垂直于平面内的无数条直线,则.()题组二教材改编2P73T1下列命题中错误的是()A如果平面平面,那么平面内一定存在直线平行于平面B如果平面不垂直于平面,那么平面内一定不存在直线垂直于平面C如果平面平面,平面平面,l,那么l平面D如果平面平面,那么平面内所有直线都垂直于平面答案D解析对于D,若平面平面,则平面内的直线可能不垂直于平面,即与平面的关系还可以是斜交、平行或在平面内,其他选项均是正确的3P67T2在三棱锥
5、PABC中,点P在平面ABC中的射影为点O.(1)若PAPBPC,则点O是ABC的_心;(2)若PAPB,PBPC,PCPA,则点O是ABC的_心答案(1)外(2)垂解析(1)如图1,连接OA,OB,OC,OP,在RtPOA,RtPOB和RtPOC中,PAPCPB,所以OAOBOC,即O为ABC的外心(2)如图2,延长AO,BO,CO分别交BC,AC,AB于H,D,G.PCPA,PBPC,PAPBP,PC平面PAB,又AB平面PAB,PCAB,ABPO,POPCP,AB平面PGC,又CG平面PGC,ABCG,即CG为ABC边AB上的高同理可证BD,AH分别为ABC边AC,BC上的高,即O为AB
6、C的垂心题组三易错自纠4(2017湖南六校联考)已知m和n是两条不同的直线,和是两个不重合的平面,下列给出的条件中一定能推出m的是()A且m B且mCmn且n Dmn且答案C解析由线面垂直的判定定理,可知C正确5.如图所示,在正方体ABCDA1B1C1D1中,点O,M,N分别是线段BD,DD1,D1C1的中点,则直线OM与AC,MN的位置关系是()A与AC,MN均垂直B与AC垂直,与MN不垂直C与AC不垂直,与MN垂直D与AC,MN均不垂直答案A解析因为DD1平面ABCD,所以ACDD1,又因为ACBD,DD1BDD,所以AC平面BDD1B1,因为OM平面BDD1B1,所以OMAC.设正方体的
7、棱长为2,则OM,MN,ON,所以OM2MN2ON2,所以OMMN.故选A.6.如图所示,AB是半圆O的直径,VA垂直于半圆O所在的平面,点C是圆周上不同于A,B的任意一点,M,N分别为VA,VC的中点,则下列结论正确的是()AMNABB平面VAC平面VBCCMN与BC所成的角为45DOC平面VAC答案B解析由题意得BCAC,因为VA平面ABC,BC平面ABC,所以VABC.因为ACVAA,所以BC平面VAC.因为BC平面VBC,所以平面VAC平面VBC.故选B.题型一直线与平面垂直的判定与性质典例如图所示,在四棱锥PABCD中,PA底面ABCD,ABAD,ACCD,ABC60,PAABBC,
8、E是PC的中点证明:(1)CDAE;(2)PD平面ABE.证明(1)在四棱锥PABCD中,PA底面ABCD,CD平面ABCD,PACD.又ACCD,PAACA,PA,AC平面PAC,CD平面PAC.而AE平面PAC,CDAE.(2)由PAABBC,ABC60,可得ACPA.E是PC的中点,AEPC.由(1)知AECD,且PCCDC,PC,CD平面PCD,AE平面PCD,而PD平面PCD,AEPD.PA底面ABCD,AB平面ABCD,PAAB.又ABAD,且PAADA,AB平面PAD,而PD平面PAD,ABPD.又ABAEA,AB,AE平面ABE,PD平面ABE.思维升华 证明线面垂直的常用方法
9、及关键(1)证明直线和平面垂直的常用方法:判定定理;垂直于平面的传递性(ab,ab);面面平行的性质(a,a);面面垂直的性质(2)证明线面垂直的关键是证线线垂直,而证明线线垂直则需借助线面垂直的性质因此,判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的基本思想跟踪训练如图,在直三棱柱ABCA1B1C1中,已知ACBC,BCCC1.设AB1的中点为D,B1CBC1E.求证:(1)DE平面AA1C1C;(2)BC1AB1.证明(1)由题意知,E为B1C的中点,又D为AB1的中点,因此DEAC.又因为DE平面AA1C1C,AC平面AA1C1C,所以DE平面AA1C1C.(2)因为棱柱ABCA1B1C1
10、是直三棱柱,所以CC1平面ABC.因为AC平面ABC,所以ACCC1.又因为ACBC,CC1平面BCC1B1,BC平面BCC1B1,BCCC1C,所以AC平面BCC1B1.又因为BC1平面BCC1B1,所以BC1AC.因为BCCC1,所以矩形BCC1B1是正方形,因此BC1B1C.因为AC,B1C平面B1AC,ACB1CC,所以BC1平面B1AC.又因为AB1平面B1AC,所以BC1AB1.题型二平面与平面垂直的判定与性质典例 (2018开封模拟)如图,在四棱锥PABCD中,ABAC,ABPA,ABCD,AB2CD,E,F,G,M,N分别为PB,AB,BC,PD,PC的中点(1)求证:CE平面
11、PAD;(2)求证:平面EFG平面EMN.证明(1)方法一取PA的中点H,连接EH,DH.因为E为PB的中点,所以EH綊AB.又CD綊AB,所以EH綊CD.所以四边形DCEH是平行四边形,所以CEDH.又DH平面PAD,CE平面PAD,所以CE平面PAD.方法二连接CF.因为F为AB的中点,所以AFAB.又CDAB,所以AFCD.又AFCD,所以四边形AFCD为平行四边形因此CFAD,又CF平面PAD,AD平面PAD,所以CF平面PAD.因为E,F分别为PB,AB的中点,所以EFPA.又EF平面PAD,PA平面PAD,所以EF平面PAD.因为CFEFF,故平面CEF平面PAD.又CE平面CEF
12、,所以CE平面PAD.(2)因为E,F分别为PB,AB的中点,所以EFPA.又因为ABPA,所以EFAB,同理可证ABFG.又因为EFFGF,EF,FG平面EFG,所以AB平面EFG.又因为M,N分别为PD,PC的中点,所以MNCD,又ABCD,所以MNAB,所以MN平面EFG.又因为MN平面EMN,所以平面EFG平面EMN.引申探究1在本例条件下,证明:平面EMN平面PAC.证明因为ABPA,ABAC,且PAACA,PA,AC平面PAC,所以AB平面PAC.又MNCD,CDAB,所以MNAB,所以MN平面PAC.又MN平面EMN,所以平面EMN平面PAC.2在本例条件下,证明:平面EFG平面
13、PAC.证明因为E,F,G分别为PB,AB,BC的中点,所以EFPA,FGAC,又EF平面PAC,PA平面PAC,所以EF平面PAC.同理FG平面PAC.又EFFGF,所以平面EFG平面PAC.思维升华 (1)判定面面垂直的方法面面垂直的定义;面面垂直的判定定理(a,a)(2)在已知平面垂直时,一般要用性质定理进行转化在一个平面内作交线的垂线,转化为线面垂直,然后进一步转化为线线垂直跟踪训练 (2018届河南中原名校质检)在四棱锥PABCD中,平面PAD平面ABCD,ABCD,PAD是等边三角形,已知AD2,BD2,AB2CD4.(1)设M是PC上一点,求证:平面MBD平面PAD;(2)求四棱
14、锥PABCD的体积(1)证明在ABD中,由勾股定理知ADBD,又平面PAD平面ABCD,平面PAD平面ABCDAD,BD平面ABCD,所以BD平面PAD,又BD平面BDM,所以平面MBD平面PAD.(2)解如图,取AD的中点O,则POAD.因为平面PAD平面ABCD,且平面PAD平面ABCDAD,PO平面PAD,所以PO平面ABCD,所以PO是四棱锥PABCD的高,且PO2,底面ABCD的面积是ABD面积的,即3,所以四棱锥PABCD的体积为33.题型三垂直关系中的探索性问题典例如图所示,平面ABCD平面BCE,四边形ABCD为矩形,BCCE,点F为CE的中点(1)证明:AE平面BDF;(2)
15、点M为CD上任意一点,在线段AE上是否存在点P,使得PMBE?若存在,确定点P的位置,并加以证明;若不存在,请说明理由(1)证明连接AC交BD于点O,连接OF.四边形ABCD是矩形,O为AC的中点又F为EC的中点,OFAE.又OF平面BDF,AE平面BDF,AE平面BDF.(2)解当点P为AE的中点时,有PMBE,证明如下:取BE的中点H,连接DP,PH,CH.P为AE的中点,H为BE的中点,PHAB.又ABCD,PHCD,P,H,C,D四点共面平面ABCD平面BCE,且平面ABCD平面BCEBC,CDBC,CD平面ABCD,CD平面BCE.又BE平面BCE,CDBE,BCCE,且H为BE的中
16、点,CHBE.又CHCDC,且CH,CD平面DPHC,BE平面DPHC.又PM平面DPHC,PMBE.思维升华 对于线面关系中的存在性问题,首先假设存在,然后在该假设条件下,利用线面关系的相关定理、性质进行推理论证,寻找假设满足的条件,若满足则肯定假设,若得出矛盾的结论则否定假设跟踪训练 如图,在三棱柱ABCA1B1C1中,侧棱AA1底面ABC,M为棱AC的中点ABBC,AC2,AA1.(1)求证:B1C平面A1BM;(2)求证:AC1平面A1BM;(3)在棱BB1上是否存在点N,使得平面AC1N平面AA1C1C?如果存在,求此时的值;如果不存在,请说明理由(1)证明连接AB1与A1B,两线交
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