數(shù)學第二篇 熟練規(guī)范 中檔大題保高分 第25練 空間中的平行與垂直 文
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1、第二篇熟練規(guī)范中檔大題保高分第25練空間中的平行與垂直明考情高考中對直線和平面的平行、垂直關(guān)系交匯綜合命題,多以棱柱、棱錐、棱臺或簡單組合體為載體進行考查,難度中檔偏下.知考向1.空間中的平行關(guān)系.2.空間中的垂直關(guān)系.3.平行和垂直的綜合應用.研透考點核心考點突破練欄目索引規(guī)范解答模板答題規(guī)范練研透考點核心考點突破練考點一空間中的平行關(guān)系方法技巧方法技巧(1)平行關(guān)系的基礎是線線平行,比較常見的是利用三角形中位線構(gòu)造平行關(guān)系,利用平行四邊形構(gòu)造平行關(guān)系.(2)證明過程中要嚴格遵循定理中的條件,注意推證的嚴謹性.1.如圖,在正方體ABCDA1B1C1D1中,點N在BD上,點M在B1C上,且CM
2、DN,求證:MN平面AA1B1B.證明1234證明證明如圖所示, 作MEBC交BB1于點E, 作NFAD交AB于點F, 連接EF,則EF平面AA1B1B.MEBC,NFAD,在正方體ABCDA1B1C1D1中,CMDN,B1MNB.又BCAD,MENF.12341234又MEBCADNF,四邊形MEFN為平行四邊形,MNEF.又EF平面AA1B1B,MN 平面AA1B1B,MN平面AA1B1B.2.(2017全國)如圖,在四棱錐PABCD中,ABCD,且BAPCDP90.(1)證明:平面PAB平面PAD;1234證明證明證明由已知BAPCDP90,得ABPA,CDPD.由于ABCD,故ABPD
3、,從而AB平面PAD.又AB平面PAB,所以平面PAB平面PAD.(2)若PAPDABDC,APD90,且四棱錐PABCD的體積為 ,求該四棱錐的側(cè)面積.1234解答解解如圖,在平面PAD內(nèi)作PEAD,垂足為E.由(1)知,AB平面PAD,故ABPE,ABAD,所以PE平面ABCD.可得四棱錐PABCD的側(cè)面積為12343.(2017龍巖市新羅區(qū)校級模擬)如圖,O是圓錐底面圓的圓心,圓錐的軸截面PAB為等腰直角三角形,C為底面圓周上一點.(1)若弧BC的中點為D,求證:AC平面POD;1234證明證明證明方法一方法一設BCODE,D是弧BC的中點,E是BC的中點.又O是AB的中點,ACOE.又
4、AC 平面POD,OE平面POD,AC平面POD.方法二方法二AB是底面圓的直徑,ACBC.弧BC的中點為D,ODBC.又AC,OD共面,ACOD.又AC 平面POD,OD平面POD,AC平面POD.12341234(2)如果PAB的面積是9,求此圓錐的表面積.解答解解設圓錐底面半徑為r,高為h,母線長為l,圓錐的軸截面PAB為等腰直角三角形,4.如圖,在直四棱柱ABCDA1B1C1D1中,底面ABCD為等腰梯形,ABCD,且AB2CD,在棱AB上是否存在一點F,使平面C1CF平面ADD1A1?若存在,求點F的位置;若不存在?請說明理由.1234解答解解存在這樣的點F,使平面C1CF平面ADD
5、1A1,此時點F為AB的中點,證明如下:ABCD,AB2CD,AF綊CD,四邊形AFCD是平行四邊形,ADCF.又AD平面ADD1A1,CF 平面ADD1A1,CF平面ADD1A1.又CC1DD1,CC1 平面ADD1A1,DD1平面ADD1A1,CC1平面ADD1A1.又CC1,CF平面C1CF,CC1CFC,平面C1CF平面ADD1A1.1234考點二空間中的垂直關(guān)系方法技巧方法技巧判定直線與平面垂直的常用方法(1)利用線面垂直定義.(2)利用線面垂直的判定定理,一條直線與平面內(nèi)兩條相交直線都垂直,則這條直線與平面垂直.(3)利用線面垂直的性質(zhì),兩平行線中的一條垂直于平面,則另一條也垂直于
6、這個平面.(4)利用面面垂直的性質(zhì)定理,兩平面垂直,在一個平面內(nèi)垂直于交線的直線必垂直于另一個平面.5.如圖所示,已知AB平面ACD,DE平面ACD,ACD為等邊三角形,ADDE2AB,F(xiàn)為CD的中點.求證:(1)AF平面BCE;5678證明證明證明如圖,取CE的中點G,連接FG,BG.5678AB平面ACD,DE平面ACD,ABDE,GFAB.四邊形GFAB為平行四邊形,AFBG.AF 平面BCE,BG平面BCE,AF平面BCE.(2)平面BCE平面CDE.證明證明ACD為等邊三角形,F(xiàn)為CD的中點,AFCD.DE平面ACD,AF平面ACD,DEAF.又CDDED,故AF平面CDE.BGAF
7、,BG平面CDE.BG平面BCE,平面BCE平面CDE.5678證明6.(2017全國)如圖,在四面體ABCD中,ABC是正三角形,ADCD.(1)證明:ACBD;5678證明證明如圖,取AC的中點O,連接DO,BO.因為ADCD,所以ACDO.又由于ABC是正三角形,所以ACBO.又DOOBO,所以AC平面DOB,故ACBD.證明5678解答(2)已知ACD是直角三角形,ABBD,若E為棱BD上與D不重合的點,且AEEC,求四面體ABCE與四面體ACDE的體積比.解解連接EO.由(1)及題設知ADC90,所以DOAO.在RtAOB中,BO2AO2AB2.又ABBD,所以BO2DO2BO2AO
8、2AB2BD2,故DOB90.即四面體ABCE與四面體ACDE的體積之比為11.56787.(2017南京一模)如圖,在六面體ABCDE中,平面DBC平面ABC,AE平面ABC.(1)求證:AE平面DBC;證明證明過點D作DOBC,O為垂足.平面DBC平面ABC,平面DBC平面ABCBC,DO平面DBC,DO平面ABC.又AE平面ABC,則AEDO.又AE 平面DBC, DO平面DBC, 故AE平面DBC.5678證明(2)若ABBC,BDCD,求證:ADDC.證明證明由(1)知,DO平面ABC,AB平面ABC,DOAB.又ABBC, 且DOBCO, DO, BC平面DBC,AB平面DBC.D
9、C平面DBC,ABDC.又BDCD,ABDBB,AB,DB平面ABD,則DC平面ABD.又AD平面ABD,故可得ADDC.5678證明8.已知四棱錐SABCD的底面ABCD為正方形, 頂點S在底面ABCD上的射影為其中心O, 高為 , 設E, F分別為AB, SC的中點, 且SE2, M為CD邊上的點.(1)求證:EF平面SAD;證明證明取SB的中點P,連接PF,PE.F為SC的中點,PFBC,又底面ABCD為正方形,BCAD,即PFAD,又PESA,平面PFE平面SAD.EF平面PFE,EF平面SAD.5678證明解答5678(2)試確定點M的位置,使得平面EFM底面ABCD.解解連接AC,
10、AC的中點即為點O,連接SO,由題意知SO平面ABCD,取OC的中點H,連接FH,則FHSO,F(xiàn)H平面ABCD,平面EFH平面ABCD,連接EH并延長,則EH與DC的交點即為M點.OE1,AB2,AE1,5678考點三平行和垂直的綜合應用方法技巧方法技巧空間平行、垂直關(guān)系證明的主要思想是轉(zhuǎn)化,即通過判定、性質(zhì)定理將線線、線面、面面之間的平行、垂直關(guān)系相互轉(zhuǎn)化.91011129.如圖,在四棱錐PABCD中,平面PAD平面ABCD,ABAD,BAD60,E,F(xiàn)分別是AP,AD的中點.求證:(1)直線EF平面PCD;證明證明在PAD中,E,F(xiàn)分別為AP,AD的中點,EFPD.又EF 平面PCD,PD
11、平面PCD,直線EF平面PCD.證明(2)平面BEF平面PAD.證明證明如圖,連接BD.ABAD,BAD60,ADB為正三角形.F是AD的中點,BFAD.平面PAD平面ABCD,平面PAD平面ABCDAD,BF平面ABCD,BF平面PAD.又BF平面BEF,平面BEF平面PAD.9101112證明10.(2017山東)由四棱柱ABCDA1B1C1D1截去三棱錐C1B1CD1后得到的幾何體如圖所示.四邊形ABCD為正方形,O為AC與BD的交點,E為AD的中點,A1E平面ABCD.(1)證明:A1O平面B1CD1;證明證明取B1D1的中點O1, 連接CO1, A1O1,由于ABCDA1B1C1D1
12、是四棱柱,所以A1O1OC,A1O1OC,因此四邊形A1OCO1為平行四邊形,所以A1OO1C.又O1C平面B1CD1,A1O 平面B1CD1,所以A1O平面B1CD1.9101112證明(2)設M是OD的中點,證明:平面A1EM平面B1CD1.證明證明因為ACBD, E, M分別為AD和OD的中點,所以EMBD,又A1E平面ABCD,BD平面ABCD,所以A1EBD.因為B1D1BD,所以EMB1D1,A1EB1D1.又A1E,EM平面A1EM,A1EEME,所以B1D1平面A1EM.又B1D1平面B1CD1,所以平面A1EM平面B1CD1.9101112證明910111211.(2017漢
13、中二模)如圖,在棱長均為4的三棱柱ABCA1B1C1中,D,D1分別是BC和B1C1的中點.(1)求證:A1D1平面AB1D;證明證明證明連接DD1,在三棱柱ABCA1B1C1中,D,D1分別是BC和B1C1的中點,B1D1BD,且B1D1BD,四邊形B1BDD1為平行四邊形,BB1DD1,且BB1DD1.又AA1BB1,AA1BB1,AA1DD1,AA1DD1,四邊形AA1D1D為平行四邊形,A1D1AD.又A1D1 平面AB1D,AD平面AB1D,A1D1平面AB1D.9101112(2)若平面ABC平面BCC1B1,B1BC60,求三棱錐B1ABC的體積.解解在ABC中, 邊長均為4,
14、則ABAC, D為BC的中點,ADBC.平面ABC平面B1C1CB, 交線為BC, AD平面ABC,AD平面B1C1CB,即AD是三棱錐AB1BC的高.在B1BC中,B1BBC4,B1BC60,9101112解答12.如圖,在四棱錐SABCD中,平面SAD平面ABCD.四邊形ABCD為正方形,且P為AD的中點,Q為SB的中點.(1)求證:CD平面SAD;9101112證明證明證明四邊形ABCD為正方形,CDAD.又平面SAD平面ABCD,且平面SAD平面ABCDAD,CD平面ABCD,CD平面SAD.(2)求證:PQ平面SCD;證明證明取SC的中點R,連接QR,DR.在SBC中,Q為SB的中點
15、,R為SC的中點,QRPD且QRPD,則四邊形PDRQ為平行四邊形,PQDR.又PQ 平面SCD,DR平面SCD,PQ平面SCD.9101112證明(3)若SASD,M為BC的中點,在棱SC上是否存在點N,使得平面DMN平面ABCD?并證明你的結(jié)論.9101112解答解解存在點N為SC的中點,使得平面DMN平面ABCD.連接PC,DM交于點O,連接PM,SP,NM,ND,NO,PDCM,且PDCM,四邊形PMCD為平行四邊形,POCO.又N為SC的中點,NOSP.易知SPAD.平面SAD平面ABCD,平面SAD平面ABCDAD,且SPAD,SP平面ABCD,NO平面ABCD.又NO平面DMN,
16、平面DMN平面ABCD.9101112規(guī)范解答模板答題規(guī)范練例例(12分)如圖, 四棱錐PABCD的底面為正方形,側(cè)面PAD底面ABCD,PAAD,點E,F(xiàn),H分別為AB,PC,BC的中點.(1)求證:EF平面PAD;(2)求證:平面PAH平面DEF.模板體驗審題路線圖審題路線圖規(guī)范解答規(guī)范解答評分標準評分標準證明證明(1)取PD的中點M,連接FM,AM.在PCD中,F(xiàn),M分別為PC,PD的中點,AEFM且AEFM,則四邊形AEFM為平行四邊形,AMEF.4分又EF 平面PAD,AM平面PAD,EF平面PAD.6分(2)側(cè)面PAD底面ABCD,PAAD,側(cè)面PAD底面ABCDAD,PA底面AB
17、CD.DE底面ABCD,DEPA.E,H分別為正方形ABCD邊AB,BC的中點,RtABHRtDAE,則BAHADE,BAHAED90,則DEAH.8分PA平面PAH,AH平面PAH,PAAHA,DE平面PAH.10分DE平面DEF,平面PAH平面DEF.12分構(gòu)建答題模板構(gòu)建答題模板第一步找線線找線線:通過三角形或四邊形的中位線,平行四邊形、等腰三角形的中線或線面、面面關(guān)系的性質(zhì)尋找線線平行或線線垂直.第二步找線面找線面:通過線線垂直或平行,利用判定定理,找線面垂直或平行;也可由面面關(guān)系的性質(zhì)找線面垂直或平行.第三步找面面找面面:通過面面關(guān)系的判定定理,尋找面面垂直或平行.第四步寫步驟寫步驟
18、:嚴格按照定理中的條件規(guī)范書寫解題步驟.1.如圖,在空間四面體ABCD中,若E,F(xiàn),G,H分別是AB,BD,CD,AC的中點.(1)求證:四邊形EFGH是平行四邊形;規(guī)范演練證明證明在空間四面體ABCD中,E,F(xiàn),G,H分別是AB,BD,CD,AC的中點,EF綊GH,四邊形EFGH是平行四邊形.12345證明(2)求證:BC平面EFGH.證明證明E,H分別是AB,AC的中點,EHBC.EH平面EFGH,BC 平面EFGH,BC平面EFGH.12345證明2.(2017北京)如圖,在三棱錐PABC中,PAAB,PABC,ABBC,PAABBC2,D為線段AC的中點,E為線段PC上一點.(1)求證
19、:PABD;證明證明因為PAAB,PABC,所以PA平面ABC.又因為BD平面ABC,所以PABD.12345證明(2)求證:平面BDE平面PAC;證明證明因為ABBC,D是AC的中點,所以BDAC.由(1)知,PABD,所以BD平面PAC.所以平面BDE平面PAC.12345證明(3)當PA平面BDE時,求三棱錐EBCD的體積.解解因為PA平面BDE, 平面PAC平面BDEDE,所以PADE.因為D為AC的中點,12345解答由(1)知,PA平面ABC,所以DE平面ABC,12345解答3.(2017北京海淀區(qū)模擬)如圖, 四棱錐PABCD的底面是邊長為1的正方形,側(cè)棱PA底面ABCD, 且
20、PA2, E是側(cè)棱PA上的動點.(1)求四棱錐PABCD的體積;解解PA底面ABCD,PA為此四棱錐底面上的高.12345(2)如果E是PA的中點,求證:PC平面BDE;證明證明連接AC交BD于點O,連接OE.四邊形ABCD是正方形,AOOC.又AEEP,OEPC.又PC 平面BDE,OE平面BDE,PC平面BDE.證明(3)是否不論點E在側(cè)棱PA的任何位置,都有BDCE?證明你的結(jié)論.解解不論點E在側(cè)棱PA的任何位置,都有BDCE.證明:四邊形ABCD是正方形,BDAC.PA底面ABCD,BD平面ABCD,PABD.又PAACA,BD平面PAC.CE平面PAC,BDCE.12345解答4.如
21、圖, 已知正方形ABCD的邊長為2, AC與BD交于點O, 將正方形ABCD沿對角線BD折起, 得到三棱錐ABCD.(1)求證:平面AOC平面BCD;12345證明證明證明四邊形ABCD是正方形,BDAO,BDCO.折起后仍有BDAO,BDCO,AOCOO,BD平面AOC.BD平面BCD,平面AOC平面BCD.12345解答解解由(1)知BD平面AOC,又AOC是鈍角,AOC120.在AOC中,由余弦定理,得AC2OA2OC22OAOCcosAOC123455.(2016四川)如圖,在四棱錐PABCD中,PACD,ADBC,ADCPAB90,BCCD AD.(1)在平面PAD內(nèi)找一點M,使得直
22、線CM平面PAB,并說明理由;12345解答解解取棱AD的中點M(M平面PAD),點M即為所求的一個點,理由如下:因為ADBC,BC AD,所以BCAM,且BCAM.所以四邊形AMCB是平行四邊形,所以CMAB.又AB平面PAB,CM 平面PAB,所以CM平面PAB.(說明:取棱PD的中點N,則所找的點可以是直線MN上任意一點)1234512345證明(2)求證:平面PAB平面PBD.證明證明由已知,PAAB,PACD.所以PA平面ABCD.所以PABD.所以BCMD,且BCMD.所以四邊形BCDM是平行四邊形,又ABAPA,所以BD平面PAB.又BD平面PBD,所以平面PAB平面PBD.12345
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