2022届高三数学一轮复习(原卷版)8.3 空间点、线、面之间的位置关系.doc
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1、 1 83 空间点、线、面之间的位置关系空间点、线、面之间的位置关系 1平面的基本性质 (1)公理 1:如果一条直线上的_在一个平面内,那么这条直线在此平面内它的作用是可用来证明点在平面内或_ (2)公理 2:过_上的三点,有且只有一个平面 公理 2 的推论如下: 经过一条直线和直线外一点,有且只有一个平面; 经过两条相交直线,有且只有一个平面; 经过两条平行直线,有且只有一个平面 公理 2 及其推论的作用是可用来确定一个平面,或用来证明点、线共面 (3)公理 3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们_过该点的公共直线它的作用是可用来确定两个平面的交线,或证明三点共线、三线共点等问题 2
2、空间两条直线的位置关系 (1)位置关系的分类 共面直线相交直线:同一个平面内,有且只有 .平行直线:同一个平面内, .异面直线:不同在任何一个平面内, . (2)异面直线 定义:不同在任何一个平面内的两条直线叫做异面直线 注:异面直线定义中“不同在任何一个平面内的两条直线”是指“不可能找到一个平面能同时经过这两条直线”,也可以理解为“既不平行也不相交的两条直线”,但是不能理解为“分别在两个平面内的两条直线” 异面直线的画法:画异面直线时,为了充分显示出它们既不平行又不相交,也不共面的特点,常常需要以辅助平面作为衬托,以加强直观性 异面直线所成的角: 已知两条异面直线 a, b,经过空间任一点
3、O 作直线 aa, bb, 把 a与 b所成的锐角(或直角)叫做异面直线 a 与 b 所成的角( 或 夹 角 )异 面 直 线 所 成 角 的 范 围 是_若两条异面直线所成的角是直角,则称两条异面直线_,所以空间两条直线垂直分为相交垂直和_ 3平行公理 公理 4:平行于_的两条直线互相平行(空间平行线的传递性)它给出了判断空间两条直线平行的依据 4等角定理 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_ 自查自纠: 1(1)两点 直线在平面内 (2)不在一条直线 (3)有且只有一条 2(1)一个公共点 没有公共点 没有公共点 (2)0,2 互相垂直 异面垂直 3同一条直线 4相
4、等或互补 若 l1,l2,l3是空间三条不同的直线,则下列命题正确的是 ( ) Al1l2,l2l3l1l3 Bl1l2,l2l3l1l3 Cl1l2l3l1,l2,l3共面 Dl1,l2,l3共点l1,l2,l3共面 解:易知仅 B 正确故选 B (2018厦门调考)设 a,b,c 是空间中的三条直线,给出以下几个命题: 设 ab,bc,则 ac; 若 a, b 是异面直线, b, c 是异面直线, 则 a,c 也是异面直线; 若 a 和 b 相交,b 和 c 相交,则 a 和 c 也相交 其中真命题的个数是 ( ) A0 B1 C2 D3 解:因为 ab,bc,所以 a 与 c 可能相交、
5、平行、异面,故错因为 a,b 异面,b,c 异面,则 a,c 可能异面、相交、平行,故错由 a,b相交,b,c 相交,则 a,c 可能异面、相交、平行,故错故选 A (2017黑龙江哈师大附中月考)若AOBA1O1B1,且 OAO1A1,OA 与 O1A1的方向相同, 2 则下列结论中正确的是 ( ) AOBO1B1且方向相同 BOBO1B1 COB 与 O1B1不平行 DOB 与 O1B1不一定平行 解:两角相等,角的一边平行且方向相同,另一边不一定平行,如圆锥的母线与轴的夹角故选D 有下列四个命题: 若ABC 在平面 外,它的三条边所在的直线分别交平面 于 P,Q,R,则 P,Q,R 三点
6、共线; 若三条直线 a,b,c 互相平行且分别交直线l 于 A,B,C 三点,则这四条直线共面; 空间中不共面的五个点一定能确定 10 个平面; 若直线 a 不平行于平面 ,且 a,则 内的所有直线与 a 异面 其中正确命题的序号是_ 解:在中,因为 P,Q,R 三点既在平面 ABC上, 又在平面 上, 所以这三点必在平面 ABC 与平面 的交线上, 即 P, Q, R 三点共线, 所以正确在中,因为 ab,所以 a 与 b 确定一个平面 ,而l 上有 A,B 两点在该平面上,所以 l,即 a,b,l 三线共面于 ;同理 a,c,l 三线也共面,不妨设为 ,而 , 有两条公共的直线 a,l,所
7、以 与 重合,即这些直线共面,所以正确 在中,不妨设其中有四点共面,则它们最多只能确定 7 个平面,所以错在中,由题设知,a 与 相交,设 aP,如图,在 内过点 P 的直线 l 与 a 共面,所以错故填 (2018广东百校联盟联考)如图,E 是正方体 ABCD- A1B1C1D1的棱长 C1D1上的一点,且 BD1平面 B1CE, 则异面直线 BD1与 CE 所成角的余弦值为_ 解: 不妨设正方体 ABCD- A1B1C1D1的棱长为 2,连接 BC1,设 B1CBC1O,连接 EO,如图所示,在BC1D1中, 当点 E 为 C1D1的中点时, BD1OE,则 BD1平面 B1CE,据此可得
8、OEC 为直线 BD1与 CE 所成的角 在OEC中, 边长EC 5, OC 2, OE 3, 则OEC 是直角三角形, 即异面直线 BD1与 CE 所成角的余弦值为35155故填155 类型一类型一 基本概念与性质问题基本概念与性质问题 (2017福建闽侯三中月考)ABCD- A1B1C1D1是正方体,在图 1 中,E、F 分别是 D1C1、B1B 的中点,画出图 1、2 中有阴影的平面与平面 ABCD的交线,并给出证明 解: 在图 3 中, 过点 E 作 EN 平行于 B1B 交 CD于点 N, 连接 NB 并延长交 EF 的延长线于点 M, 连接 AM,则 AM 即为有阴影的平面与平面
9、ABCD 的交线 在图 4 中,延长 DC,过点 C1作 C1MA1B 交DC 的延长线于点 M,连接 BM,则 BM 即为有阴影的平面与平面 ABCD 的交线 证明:在图 3 中,因为直线 ENBF,所以 B、N、E、F 四点共面,因此 EF 与 BN 相交,交点为M因为 MEF,且 MNB,而 EF平面 AEF, 3 NB平面 ABCD, 所以 M 是平面 ABCD 与平面 AEF的公共点又因为点 A 是平面 AEF 和平面 ABCD的公共点,故 AM 为两平面的交线 在图 4 中, C1M 在平面 DCC1D1内, 因此与 DC的延长线相交,交点为 M,则点 M 为平面 A1C1B与平面
10、 ABCD 的公共点, 又点 B 是这两个平面的公共点,因此直线 BM 是两平面的交线 点 拨: 本题解题的关键在于构造平面,可考虑过一条直线及另一条直线上的点作平面,进而找出两面相交的交线 如图所示,E,F 分别是正方体ABCD- A1B1C1D1的棱 CC1,AA1的中点,试画出平面 BED1F 与平面 ABCD 的交线 解:如图所示,在平面 AA1D1D 内,D1F 与 DA不平行, 分别延长 D1F 与 DA,则 D1F 与 DA 必相交,设交点为 M 因为 MD1F,MDA,D1F平面 BED1F,DA平面 ABCD, 所以 M平面 BED1F平面 ABCD, 又 B平面 BED1F
11、平面 ABCD, 连接 MB,则平面 BED1F平面 ABCDMB 故直线 MB 即为所求两平面的交线 类型二类型二 点共线、线共点问题点共线、线共点问题 如图,空间四边形 ABCD 中,E,F 分别是 AB,AD 的中点,G,H 分别在 BC,CD 上,且 BGGCDHHC12 (1)求证:E,F,G,H 四点共面; (2)设 EG 与 FH 交于点 P,求证:P,A,C 三点共线 证明:(1)因为 E,F 分别为 AB,AD 的中点, 所以 EFBD 在BCD 中,因为BGGCDHHC12, 所以 GHBD,所以 EFGH 所以 E,F,G,H 四点共面 (2)因为 EGFHP, PEG,
12、 EG平面 ABC, 所以 P平面 ABC同理 P平面 ADC 所以 P 为平面 ABC 与平面 ADC 的公共点 又平面 ABC平面 ADCAC, 所以 PAC,即 P,A,C 三点共线 点 拨: 证明四点共面的基本思路:一是直接证明,即利用公理或推论来直接证明;二是先由其中不共线的三点确定一个平面,再证第四个点也在这个平面内即可要证明点共线问题,关键是转化为证明点在直线上,也就是利用公理 3,即证点在两个平面的交线上,本题即采用这种证法;或者选择其中两点确定一直线, 然后证明另一点也在直线上证明空间三线共点问题,先证两条直线交于一点,再证明第三条直线经过这点,把问题转化为证明点在直线上,如
13、变式 2 已知在正方体 ABCD- A1B1C1D1中, E,F 分别为 D1C1,C1B1的中点,ACBDP,A1C1EFQ求证: (1)D,B,F,E 四点共面; (2)若 A1C 交平面 DBFE 于 R 点,则 P,Q,R三点共线; (3)DE,BF,CC1三线交于一点 4 证明:(1)如图所示 因 为EF是 D1B1C1的 中 位 线 , 所 以EFB1D1在正方体 AC1中,B1D1BD,所以EFBD所以 EF,BD 确定一个平面,即 D,B,F,E 四点共面 (2)在正方体 AC1中,设平面 AA1C1C 为 , 又设平面 BDEF 为 因为 QA1C1,所以Q 又 QEF,所以
14、 Q所以 Q 是 与 的公共点同理, P 是 与 的公共点所以 PQ 又 A1CR,所以 RA1C,R,且 R 则 RPQ,故 P,Q,R 三点共线 (3)因为 EFBD 且 EFBD, 所以 DE 与 BF 相交,设交点为 M, 则由 MDE,DE平面 D1DCC1, 得 M平面 D1DCC1,同理,点 M平面B1BCC1又平面 D1DCC1平面 B1BCC1CC1,所以 MCC1 所以 DE,BF,CC1三线交于点 M 类型三类型三 共面问题共面问题 如图,已知直线 abc,laA,lbB,lcC求证:直线 a,b,c 和 l 共面 证明:方法一:(辅助平面法) 因为 ab,所以 a,b
15、确定一个平面 因为 Aa,Bb,所以 A,B 又 Al,Bl,所以 l 因为 Cl,所以 C,所以直线 a 与点 C 同在平面 内 又 ac,所以直线 a,c 确定一个平面 因为 Cc,c,所以 C,即直线 a 与点C 同在平面 内, 由公理 2 的推论 1, 可得平面 和平面 重合,则 c 所以 a,b,c,l 共面 方法二:(纳入平面法) 因为 ab,所以 a,b 确定一个平面 因为 Aa,Bb,所以 A,B 又 Al,Bl,所以 l 则 a,b,l 都在平面 内,即 b 在 a,l 确定的平面内 同理可证 c 在 a,l 确定的平面内 因为过 a 与 l 只能确定一个平面, 所以 a,b
16、,c,l 共面于 a,l 确定的平面, 即直线 a,b,c 和 l 共面 点 拨: 证明点、线共面的主要依据是公理 1、公理 2及其推论,常用的方法有:辅助平面法,先证明有关点、线确定平面 ,再证明其余点、线确定平面 ,最后证明平面 , 重合;纳入平面法,先由条件确定一个平面,再证明有关的点、线在此平面内 下列如图所示的正方体和正四面体中,P、Q、R、S 分别是所在棱的中点,则四个点共面的图形是_(填所有满足条件图形的序号) 解:易知中 PSQR,所以四点共面在中构造如图所示的含点 P,S,R,Q 的正六边形,易知四点共面在中,由点 P,R,Q 确定平面 ,由图象观察知点 S 在平面 外, 因
17、此四点不共面综上知,故填 类型四类型四 异面直线问题异面直线问题 如图所示,在正方体 ABCDA1B1C1D1中,M,N 分别是 A1B1,B1C1的中点问: (1)AM 和 CN 是否为异面直线?并说明理由; (2)D1B 和 CC1是否为异面直线?并说明理由 解:(1)AM 和 CN 不是异面直线,理由如下: 5 如图,连接 A1C1,AC,MN,因为 M,N 分别是 A1B1,B1C1的中点,所以 MNA1C1 又 A1A 綊 C1C,所以四边形 A1ACC1为平行四边形, 所以 A1C1AC,所以 MNAC,所以 A,M,N,C 在同一个平面内 故 AM 和 CN 不是异面直线 (2)
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- 2022 届高三 数学 一轮 复习 原卷版 空间 之间 位置 关系
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