2019-2020学年同步人教A版高中数学必修二培优课件:2.1.2 空间中直线与直线之间的位置关系

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第二十六页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
[类题通法] 求两异面直线所成的角的三个步骤
(1)作:根据所成角的定义,用平移法作出异面直线所成 的角;
(2)证:证明作出的角就是要求的角; (3)计算:求角的值,常利用解三角形得出.
可用“一作二证三计算”来概括.同时注意异面直线 所成角θ范围是0°<θ≤90°.
第二页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
(3)空间两条直线的三种位置关系
位置关系 相交 平行 异面
特点 同一平面内,有且只有_一__个__公共点
同一平面内,_没__有__公共点 不同在_任__何__一__个__平__面__内,_没__有__公共点
第三页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
2.公理 4 及定理 (1)公理 4:平行于同一条直线的两条直线互相 平行 . 符号表示:a∥b,b∥c⇒ a∥c . (2)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 相等或互补 .
①EF 与 BB1 垂直;②EF 与 BD 垂直;③EF 与 CD 异面; ④EF 与 A1C1 异面.
第十二页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[ 解 析 ] (1) 构 造 如 图 所 示 的 正 方 体 ABCD-A1B1C1D1,取 l1 为 AD,l2 为 AA1,l3 为 A1B1,当取 l4 为 B1C1 时,l1∥l4,当取 l4 为 BB1 时,l1⊥l4,故排除 A,B,C,选 D.
l2,l2⊥l3,l3⊥l4,则下列结论一定正确的是
()
A.l1⊥l4
B.l1∥l4
C.l1 与 l4 既不垂直也不平行
D.l1 与 l4 的位置关系不确定
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(2)如图,在正四棱柱(侧面为矩形,底面为正 方形的棱柱)ABCD-A1B1C1D1 中,E,F 分别是 AB1, BC1 的中点,则以下结论中不成立的是________.
第十六页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
探究点二 公理 4 及等角定理 [思考探究] 观察下图中的∠AOB 与∠A′O′B′.
(1)这两个角对应的两条边之间有什么样的位置关系? 提示:分别对应平行.
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(2)测量一下,这两个角的大小关系如何? 提示:相等. (3)怎样认识等角定理? 名师指津:①等角定理是由平面图形推广到空间图形而得 到的,它是公理 4 的直接应用. ②当这两个角的两边方向分别相同或相反时,它们相等, 否则它们互补.因此等角定理用来证明两个角相等或互补.
因为直线 AB 与 CD 成 60°角,
所以∠MPN=60°或 120°.
又因为 AB=CD,
所以 PM=PN,
第二十五页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
(1)若∠MPN=60°,则△PMN 是等边三角形, 所以∠PMN=60°,即 AB 与 MN 所成的角为 60°. (2)若∠MPN=120°,则易知△PMN 是等腰三角形. 所以∠PMN=30°,即 AB 与 MN 所成的角为 30°. 综上,直线 AB 与 MN 所成的角为 60°或 30°.
第四页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
3.异面直线所成的角 (1)定义:已知两条异面直线 a,b,经过空间 任意 一点 O 作直线 a′∥a,b′∥b,则异面直线 a 与 b 所成的角(或夹 角)就是直线 a′与 b′所成的 锐角 (或 直角 ). (2)范围:0°<θ≤90°.特别地,当 θ= 90°时,a 与 b 互相 垂直,记作 a⊥b .
第九页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
3如何从公共点个数或是否共面的角度对空间两条直线 分类?
名师指津:①若从有无公共点的角度来看,可分为两类:
②若从是否共面的角度看,也可分为两类:
第十页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[典例精析]
(1)若空间中四条两两不同的直线 l1,l2,l3,l4,满足 l1⊥
第十八页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[典例精析] (1)在空间四边形 ABCD 中,如图 1 所示,AAEB=AAHD,CCFB= CCGD,则 EH 与 FG 的位置关系是________.
(2)如图 2 所示,在正方体 ABCD-A′B′C′D′中,E、 F、E′、F′分别是 AB、BC、A′B′、B′C′的中点,求 证:EE′∥FF′.
4.如图,已知 E,F,G,H 分别是空间四边形 ABCD
的边 AB,BC,CD,DA 的中点.
(1)求证:E,F,G,H 四点共面;
(2)若四边形 EFGH 是矩形,求证:AC⊥BD.
证明:(1)如题图,在△ABD 中,
∵E,H 分别是 AB,AD 的中点,
∴EH∥BD.同理 FG∥BD,则 EH∥GH.
第二十一页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
[针对训练]
3.若两个三角形不在同一平面内,它们的边两两对应平行,
那么这两个三角形
()
A.全等
B.相似
C.仅有一个角相等
D.无法判断
解析:由等角定理知,这两个三角形的三个角分别对应 相等,所以这两个三角形相似. 答案:B
第二十二页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
所在直线,是否也具有类似特征? 提示:是.
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二、归纳总结·核心必记 1.空间直线的位置关系
(1)异面直线:不同在 任何一个 平面内的两条直线. (2)异面直线的画法(衬托平面法) 如图①②③所示,为了表示异面直线不共面的特点,作图 时,通常用一个或两个平面来衬托.
第十九页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[解析] (1)连接 BD,在△ ABD 中,AAEB=AAHD,则 EH∥BD, 同理可得 FG∥BD.所以 EH∥FG.
(2)证明:因为 E、E′分别是 AB、A′B′的中点, 所以 BE∥B′E′,且 BE=B′E′. 所以四边形 EBB′E′是平行四边形. 所以 EE′∥BB′,同理可证 FF′∥BB′. 所以 EE′∥FF′. [答案] (1)平行
第二十七页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
[针对训练]
5.(2018·全国卷Ⅱ)在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中,E 为棱 CC1 的中点,则异面直线 AE 与 CD 所成角的正切值为 ( )
2 A. 2
3 B. 2
5 C. 2
7 D. 2
解析:如图,连接 BE,因为 AB∥CD,所以 AE 与
第五页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
三、综合迁移·深化思维 (1)分别在两个平面内的两条直线一定是异面直线吗?
提示:不一定.可能平行、相交或异面. (2)两条垂直的直线必相交吗?
提示:不一定.可能相交垂直,也可能异面垂直. (3)如果两条直线和第三条直线成等角,那么这两条直线平行
吗? 提示:不一定.这两条直线可能平行、相交或异面.
第七页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
例如,如图所示的长方体中,棱 AB 和 B1C1 所在的直线既不平行又不相交,找不到一个平面 同时经过这两条棱所在的直线,故 AB 与 B1C1 是异面直线.
第八页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
2怎样认识异面直线所成的角? 名师指津:对异面直线所成角的认识: ①任意性与无关性:在定义中,空间一点 O 是任取的, 根据等角定理,可以断定异面直线所成的角与 a′,b′所成 的锐角或直角相等,而与点 O 的位置无关.,②转化求角:异 面直线所成的角是刻画两条异面直线相对位置的一个重要的 量,通过转化为相交直线所成的角,将空间角转化为平面角来 计算.
第二十页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[类题通法] 1.证明两条直线平行的方法
(1)公理4:即找到第三条直线,证明这两条直线都与之平 行,这是一种常用方法,要充分用好平面几何知识,如有 中点时用好中位线性质等; (2)平行直线的定义:证明在同一平面内,这两条直线无公 共点. 2.证明两个角相等的方法 (1)利用等角定理; (2)利用三角形全等或相似.
CD 所成的角为∠EAB.在 Rt△ABE 中,设 AB=2,
则 BE= E

CD
所成角的正切值为
5 2.
答案:C
第二十八页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
[课堂归纳领悟] 1.本节课的重点是会判断空间两直线的位置关系,理解异面
直线的定义,会求两异面直线所成的角,能用公理 4 和等 角定理解决一些简单的相关问题.难点是求异面直线所成 的角. 2.本节课要重点掌握的规律方法 (1)判断两条直线位置关系的方法,见探究点一. (2)证明两条直线平行的方法,见探究点二. (3)求异面直线所成角的解题步骤,见探究点三. 3.本节课的易错点是将异面直线所成的角求错,如探究点三.
第六页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
探究点一 空间两条直线的位置关系 [思考探究] 观察下图中电线杆所在直线、电线所在直线的位置关系.
(1)怎样理解异面直线? 名师指津:对异面直线的理解: ①异面直线是不同在任何一个平面内的两条直线. ②注意异面直线定义中“任何”两字,它指空间中的所有 平面,因此异面直线也可以理解为:在空间中找不到一个平面, 使其同时经过 a、b 两条直线.
故 E,F,G,H 四点共面.
(2)由(1)知 EH∥BD,同理 AC∥GH.
又∵四边形 EFGH 是矩形,
∴EH⊥GH.故 AC⊥BD.
第二十三页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
探究点三 异面直线所成角的计算 [典例精析] 已知三棱锥 A-BCD 中,AB=CD,且直线 AB 与 CD 成 60°角,点 M,N 分别是 BC,AD 的中点,求直 线 AB 和 MN 所成的角. [思路点拨] 根据条件和要求的角,解答本题要作出直线 AB 和 MN 所成的角,根据点 M, N 分别是 BC,AD 的中点, 可考虑利用三角形中位线的性质作辅助线.
(2)连接 A1B,∵E、F 分别是 AB1,BC1 的中点,∴EF 是 △A1BC1 的中位线,∴EF∥A1C1,故①②③正确.④错误.
[答案] (1)D (2)④
第十三页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[类题通法] 1.判定两条直线平行或相交的方法
判定两条直线平行或相交可用平面几何的方法去判断,而 两条直线平行也可以用公理4判断. 2.判定两条直线是异面直线的方法 (1)定义法:由定义判断两直线不可能在同一平面内. (2)重要结论:连接平面内一点与平面外一点的 直线,和这个平面内不经过此点的直线是异面 直线.用符号语言可表示为A∉α,B∈α,l⊂α, B∉l⇒AB与l是异面直线 (如图).
2.1.2 空间中直线与直线之间的位置关系
一、预习教材·问题导入
根据以下提纲,预习教材 P44~P47,回答下列问题. (1)在同一平面内,两直线有怎样的位置关系?
提示:平行或相交.
(2)若把立交桥抽象成直线,它们是否在同一平面内?有何特
征? 提示:不在同一平面.既不相交也不平行.
(3)观察一下,教室内日光灯管所在直线与黑板的左、右两侧
第二十四页,编辑于星期六:二十三点 四十五 分。
[解] 如图,取 AC 的中点 P,连接 PM,PN,
因为点 M,N 分别是 BC,AD 的中点,
所以 PM∥AB,且 PM=12AB;
PN∥CD,且 PN=12CD,
所以∠MPN(或其补角)为 AB 与 CD 所成的角,
∠PMN(或其补角)为 AB 与 MN 所成的角.
第十四页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
[针对训练]
1.分别和两条异面直线都相交的两条直线的位置关系是
A.相交
() B.异面
C.异面或相交
D.平行
解析:如图,有相交或异面两种情况.
答案:C
第十五页,编辑于星期六:二十三点 四十五分。
2.若 a,b,c 是空间三条直线,a∥b,a 与 c 相交,则 b 与 c 的位置关系是________. 解析:在正方体 ABCD-A′B′C′D′中,设直线 D′C′为 直线 b,直线 A′B′为直线 a,满足 a∥b,与 a 相交的直线 c 可以是直线 B′C′,也可以是直线 BB′.显然直线 B′C′与 b 相交,BB′与 b 异面,故 b 与 c 的位置关系是异面或相交. 答案:异面或相交
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