2022年2022年立体几何知识点与例题讲解题型方法技巧 .pdf
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1、立体几何知识点and 例题讲解一、知识点常用结论1证明直线与直线的平行的思考途径:(1)转化为判定共面二直线无交点;(2)转化为二直线同与第三条直线平行;(3)转化为线面平行;(4)转化为线面垂直;(5)转化为面面平行.2证明直线与平面的平行的思考途径:(1)转化为直线与平面无公共点;(2)转化为线线平行;(3)转化为面面平行.3证明平面与平面平行的思考途径:(1)转化为判定二平面无公共点;(2)转化为线面平行;(3)转化为线面垂直.4证明直线与直线的垂直的思考途径:(1)转化为相交垂直;(2)转化为线面垂直;(3)转化为线与另一线的射影垂直;(4)转化为线与形成射影的斜线垂直.5证明直线与平
2、面垂直的思考途径:(1)转化为该直线与平面内任一直线垂直;(2)转化为该直线与平面内相交二直线垂直;(3)转化为该直线与平面的一条垂线平行;(4)转化为该直线垂直于另一个平行平面;(5)转化为该直线与两个垂直平面的交线垂直.6证明平面与平面的垂直的思考途径:(1)转化为判断二面角是直二面角;(2)转化为线面垂直.7.夹角公式:设a123(,)a a a,b123(,)b b b,则 cosa,b=1 12233222222123123aba ba baaabbb.8异面直线所成角:cos|cos,|a br r=121212222222111222|x xy yz za babxyzxyzr
3、rrr(其中(090oo)为异面直线a b,所成角,,a br r分别表示异面直线a b,的方向向量)9.直线AB与平面所成角:sin|AB marcABm(m为平面的法向量).10、空间四点A、B、C、P共面OCzOByOAxOP,且 x+y+z=1 11.二面角l的平面角cos|m narcm n或cos|m narcm n(m,n为平面,的法向量).12.三余弦定理:设AC是内的任一条直线,且BC AC,垂足为 C,又设 AO与 AB所成的角为1,AB与 AC所成的角为2,AO与 AC所成的角为则12coscoscos.13.空间两点间的距离公式若 A111(,)x y z,B222(,
4、)xyz,则,A Bd=|ABAB AB222212121()()()xxyyzz.14.异面直线间的距离:|CD ndn (12,l l是两异面直线,其公垂向量为n,CD、分别是12,l l上任一点,d为12,l l间的距离).15.点B到平面的距离:|AB ndn(n为平面的法向量,AB是经过面的一条斜线,A).16.三个向量和的平方公式:2222()222abcabca bb cc a2222|cos,2|cos,2|cos,abcaba bbcb ccac a17.长度为l的线段在三条两两互相垂直的直线上的射影长分别为123lll、,夹角分别为123、,则有2222123llll222
5、123coscoscos1222123sinsinsin2.(立体几何中长方体对角线长的公式是其特例).18.面积射影定理cosSS.(平面多边形及其射影的面积分别是S、S,它们所在平面所成锐二面角的).19.球的组合体(1)球与长方体的组合体:长方体的外接球的直径是长方体的体对角线长.(2)球与正方体的组名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 15 页 -合体:正方体的内切球的直径是正方体的棱长,正方体的棱切球的直径是正方体的面对角线长,正方体的外接球的直径是正方体的体对角线长.(3)球与正四面体的组合体:棱长为a的正四面体的内切球的半径为612a,外接球的半径为64a
6、.20.求点到面的距离的常规方法是什么?(直接法、体积法)21.求多面体体积的常规方法是什么?(割补法、等积变换法)二温馨提示:异面直线所成的角、直线与平面所成的角、二面角的取值范围依次.直线的倾斜角、到的角、与的夹角的取值范围依次是三解题思路:1、平行垂直的证明主要利用线面关系的转化:线 线线 面面 面判 定线 线线 面面 面性 质线 线线 面面 面线面平行的判定:abbaa,面,面a b 线面平行的性质:面,面,bab三垂线定理(及逆定理):PAAOPO面,为在内射影,面,则aaOAaPOaPOaAO;a P O 线面垂直:abacbcbcOa,a Ob c面面垂直:aa面,面面面,lla
7、aaalabab面,面面 ,面 aaa b 2、三类角的定义及求法(1)异面直线所成的角,0 90名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 15 页 -(2)直线与平面所成的角,090时,或0bob()二面角:二面角的平面角,30180loo(三垂线定理法:A作或证 AB于 B,作BO棱于 O,连 AO,则 AO棱l,AOB 为所求。)三类角的求法:找出或作出有关的角。证明其符合定义,并指出所求作的角。计算大小(解直角三角形,或用余弦定理二、题型与方法【考点透视】不论是求空间距离还是空间角,都要按照“一作,二证,三算”的步骤来完成。求解空间距离和角的方法有两种:一是利用传统
8、的几何方法,二是利用空间向量。【例题解析】考点 1 点到平面的距离求点到平面的距离就是求点到平面的垂线段的长度,其关键在于确定点在平面内的垂足,当然别忘了转化法与等体积法的应用.例 1 如图,正三棱柱111ABCA BC的所有棱长都为2,D为1CC中点()求证:1AB 平面1A BD;()求二面角1AADB的大小;()求点C到平面1ABD的距离考查目的:本小题主要考查直线与平面的位置关系,二面角的大小,点到平面的距离等知识,考查空间想象能力、逻辑思维能力和运算能力解答过程:解法一:()取BC中点O,连结AOABC为正三角形,AOBCA B C D 1A1C1BA B C D 1A1C1BO F
9、 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 15 页 -正三棱柱111ABCAB C中,平面ABC 平面11BCC B,AO平面11BCC B连结1B O,在正方形11BBC C中,OD,分别为1BCCC,的中点,1B OBD,1ABBD在正方形11ABB A中,11ABAB,1AB 平面1ABD()设1AB与1AB交于点G,在平面1ABD中,作1GFAD于F,连结AF,由()得1AB 平面1ABD 1AFAD,AFG为二面角1AADB的平面角在1AAD中,由等面积法可求得4 55AF,又1122AGAB,210sin44 55AGAFGAF所以二面角1AADB的大小为10
10、arcsin4()1ABD中,11152 26A BDBDADABS,1BCDS在正三棱柱中,1A到平面11BCC B 的距离为3设点C到平面1ABD的距离为d由11ABCDCA BDVV,得111333BCDA BDSSd,1322BCDA BDSdS点C到平面1ABD的距离为22解法二:()取BC中点O,连结AOABC为正三角形,AOBC在正三棱柱111ABCABC中,平面ABC平面11BCC B,AD平面11BCC B取11BC 中点1O,以O为原点,OB,1OO,OA的方向为xyz,轴的正方向建立空间直角坐标系,则(10 0)B,(11 0)D,1(0 23)A,(0 03)A,1(1
11、20)B,1(123)AB,(210)BD,1(123)BA,12200AB BD,111430AB BA,1ABBD,11ABBA1AB 平面1ABD x z A B C D 1A1C1BO F y 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 15 页 -()设平面1A AD的法向量为()xyz,n(113)AD,1(0 2 0)AA,ADn,1AAn,100ADAA,nn3020 xyzy,03yxz,令1z得(301),n为平面1AAD 的一个法向量由()知1AB 平面1ABD,1AB为平面1ABD的法向量cosn,11133642 2 2ABABABnn二面角1AAD
12、B的大小为6arccos4()由(),1AB为平面1ABD法向量,1(2 00)(123)BCAB,点C到平面1ABD的距离1122222BC ABdAB小结:本例中()采用了两种方法求点到平面的距离.解法二采用了平面向量的计算方法,把不易直接求的B点到平面1AMB的距离转化为容易求的点K 到平面1AMB的距离的计算方法,这是数学解题中常用的方法;解法一采用了等体积法,这种方法可以避免复杂的几何作图,显得更简单些,因此可优先考虑使用这一种方法.考点 2 异面直线的距离此类题目主要考查异面直线的距离的概念及其求法,考纲只要求掌握已给出公垂线段的异面直线的距离.例 2 已知三棱锥ABCS,底面是边
13、长为24的正三角形,棱SC的长为2,且垂直于底面.DE、分别为ABBC、的中点,求CD 与 SE 间的距离.思路启迪:由于异面直线CD 与 SE 的公垂线不易寻找,所以设法将所求异面直线的距离,转化成求直线与平面的距离,再进一步转化成求点到平面的距离.解答过程:如图所示,取BD 的中点 F,连结 EF,SF,CF,EF为BCD的中位线,EFCDCD,面SEF,CD到平面SEF的距离即为两异面直线间的距离.又线面之间的距离可转化为线CD上一点 C 到平面SEF的距离,设其为h,由题意知,24BC,D、E、F 分别是名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 15 页 -AB、B
14、C、BD 的中点,2,2,621,62SCDFCDEFCD33222621312131SCDFEFVCEFS在 RtSCE中,3222CESCSE在 RtSCF中,30224422CFSCSF又3,6SEFSEF由于hSVVSEFCEFSSEFC31,即332331h,解得332h故 CD 与 SE 间的距离为332.小结:通过本例我们可以看到求空间距离的过程,就是一个不断转化的过程.考点 3 直线到平面的距离此类题目再加上平行平面间的距离,主要考查点面、线面、面面距离间的转化.例 3 如图,在棱长为2 的正方体1AC中,G 是1AA的中点,求BD 到平面11DGB的距离.思路启迪:把线面距离
15、转化为点面距离,再用点到平面距离的方法求解.解答过程:解析一BD平面11DGB,BD上任意一点到平面11DGB的距离皆为所求,以下求点 O 平面11DGB的距离,1111CADB,AADB111,11DB平面11ACCA,又11DB平面11DGB平面1111DGBACCA,两个平面的交线是GO1,作GOOH1于 H,则有OH平面11DGB,即 OH 是 O 点到平面11DGB的距离.在OGO1中,222212111AOOOSOGO.又362,23212111OHOHGOOHSOGO.B A C D O G H 1A1C1D1B1O名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 1
16、5 页 -即 BD 到平面11DGB的距离等于362.解析二BD平面11DGB,BD上任意一点到平面11DGB的距离皆为所求,以下求点B 平面11DGB的距离.设点 B 到平面11DGB的距离为 h,将它视为三棱锥11DGBB的高,则,由于632221,111111DGBGBBDDGBBSVV34222213111GBBDV,36264h即 BD 到平面11DGB的距离等于362.小结:当直线与平面平行时,直线上的每一点到平面的距离都相等,都是线面距离.所以求线面距离关键是选准恰当的点,转化为点面距离.本例解析一是根据选出的点直接作出距离;解析二是等体积法求出点面距离.考点 4 异面直线所成的
17、角此类题目一般是按定义作出异面直线所成的角,然后通过解三角形来求角.异面直线所成的角是高考考查的重点.例 4、如图,在RtAOB中,6OAB,斜边4ABRtAOC可以通过RtAOB以直线AO为轴旋转得到,且二面角BAOC的直二面角D是AB的中点(I)求证:平面COD平面AOB;(II)求异面直线AO与CD所成角的大小思路启迪:(II)的关键是通过平移把异面直线转化到一个三角形内.解答过程:解法 1:(I)由题意,COAO,BOAO,BOC是二面角BAOC是直二面角,COBO,又AOBOO,CO平面AOB,又CO平面COD平面COD平面AOB(II)作DEOB,垂足为E,连结CE(如图),则,D
18、EAOCDE是异面直线AO与CD所成的角在RtCOE中,2COBO,112OEBO,225CECOOEOCADBEOCADBxyz名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 15 页 -又132DEAO在RtCDE中,515tan33CECDEDE异面直线AO与CD所成角的大小为15arctan3解法 2:(I)同解法1(II)建立空间直角坐标系Oxyz,如图,则(0 0 0)O,(0 0 2 3)A,(2 0 0)C,(013)D,(0 0 2 3)OA,(213)CD,cosOA CDOACDOA CD,6642 3 2 2异面直线AO与CD所成角的大小为6arccos4
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