(全国通用)2019届高考数学大一轮复习 第八章 立体几何与空间向量 8.3 空间点、直线、平面之间的位置关系

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第八章 立体几何与空间向量
§8.3 空间点、直线、平面之间的位置关系
内容索引
基础知识 自主学习 题型分类 深度剖析 课时作业
基础知识 自主学习
知识梳理
1.四个公理 公理1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内. 公理2:过不在一条直线的上三点,有且只有一个平面. 公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们 有且只有一条 过 该点的公共直线. 公理4:平行于同一条直线的两条直线互相 平行 .
解析 A中,m,n可能的位置关系为平行、相交、异面,故A错误;
B中,m与n也有可能平行,B错误;
C中,根据线面平行的性质可知C正确;
D中,若m∥n,根据线面垂直的判定可知D错误,故选C.
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解析 答案
5.(2017·湖北七市联考)设直线m与平面α相交但不垂直,则下列说法中正 确的是 A.在平面α内有且只有一条直线与直线m垂直
【知识拓展】
1.唯一性定理 (1)过直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行. (2)过直线外一点有且只有一个平面与已知直线垂直. (3)过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行. (4)过平面外一点有且只有一条直线与已知平面垂直. 2.异面直线的判定定理 经过平面内一点的直线与平面内不经过该点的直线互为异面直线.
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解析 答案
题型分类 深度剖析
题型一 平面基本性质的应用
师生共研
典例 如图所示,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,E,F分别是AB和AA1的 中点.求证: (1)E,C,D1,F四点共面;
证明 如图,连接EF,CD1,A1B. ∵E,F分别是AB,AA1的中点, ∴EF∥BA1. 又A1B∥D1C,∴EF∥CD1, ∴E,C,D1,F四点共面.
∴cos∠A1BC1=2×t2+t12+ +t12×+1-t2+2 1=190. ∴t=3,即AAAB1=3.
解答
思维升华
用平移法求异面直线所成的角的三步法 (1)一作:根据定义作平行线,作出异面直线所成的角; (2)二证:证明作出的角是异面直线所成的角; (3)三求:解三角形,求出所作的角.如果求出的角是锐角或直角,则它 就是要求的角;如果求出的角是钝角,则它的补角才是要求的角.
解析 答案
思想方法 构造模型判断空间线面位置关系 典例 已知m,n是两条不同的直线,α,β为两个不同的平面,有下列 四个命题: ①若m⊥α,n⊥β,m⊥n,则α⊥β; ②若m∥α,n∥β,m⊥n,则α∥β; ③若m⊥α,n∥β,m⊥n,则α∥β; ④若m⊥α,n∥β,α∥β,则m⊥n. 其中所有正确的命题是__①__④____.(填序号)
证明
(2)设EG与FH交于点P,求证:P,A,C三点共线. 证明 ∵EG∩FH=P,P∈EG,EG⊂平面ABC, ∴P∈平面ABC. 同理P∈平面ADC. ∴P为平面ABC与平面ADC的公共点. 又平面ABC∩平面ADC=AC, ∴P∈AC,∴P,A,C三点共线.
证明
题型二 判断空间两直线的位置关系
解析 答案
思维升华
空间中两直线位置关系的判定,主要是异面、平行和垂直的判定.对 于异面直线,可采用直接法或反证法;对于平行直线,可利用三角形 (梯形)中位线的性质、公理4及线面平行与面面平行的性质定理;对 于垂直关系,往往利用线面垂直或面面垂直的性质来解决.
跟踪训练 (1)(2016·山东)已知直线a,b分别在两个不同的平面α,β
师生共研
典例 (1)若直线l1和l2是异面直线,l1在平面α内,l2在平面β内,l是平面α 与平面β的交线,则下列命题正确的是 A.l与l1,l2都不相交 B.l与l1,l2都相交 C.l至多与l1,l2中的一条相交
√D.l至少与l1,l2中的一条相交
解析 答案
(2)(2017·唐山一中月考)如图,G,H,M,N分别是正三棱柱的顶点或所 在棱的中点,则表示直线GH,MN是异面直线的图形有_②__④__.(填上所有 正确答案的序号)
又B1D1=B1C=D1C,
∴△B1D1C为等边三角形,∴∠D1B1C=60°.
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解析 答案
3.[P45例2]如图,在三棱锥A—BCD中,E,F,G,H分别是棱AB,BC, CD,DA的中点,则 (1)当AC,BD满足条件_A_C_=__B__D_时,四边形EFGH为菱形; 解析 ∵四边形EFGH为菱形, ∴EF=EH,故AC=BD. (2)当AC,BD满足条件_A_C_=__B__D_且__A_C_⊥__B__D_时,四边形EFGH为正方形. 解析 ∵四边形EFGH为正方形,∴EF=EH且EF⊥EH, ∵EF 綊12AC,EH 綊12BD,∴AC=BD 且 AC⊥BD.
解析 答案
3.(2017·济南模拟)a,b,c是两两不同的三条直线,下面四个命题中,真 命题是 A.若直线a,b异面,b,c异面,则a,c异面 B.若直线a,b相交,b,c相交,则a,c相交
√C.若a∥b,则a,b与c所成的角相等
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解析 答案
题组三 易错自纠
4.(2017·湖南省湘中名校联考)已知l,m,n为不同的直线,α,β,γ为不
同的平面,则下列判断正确的是
A.若m∥α,n∥α,则m∥n
B.若m⊥α,n∥β,α⊥β,则m⊥n
√C.若α∩β=l,m∥α,m∥β,则m∥l
D.若α∩β=m,α∩γ=n,l⊥m,l⊥n,则l⊥α
跟踪训练 (2018·沈阳质检)如图,在空间四边形ABCD中,E,F分别 是AB,AD的中点,G,H分别在BC,CD上,且BG∶GC=DH∶HC =1∶2. (1)求证:E,F,G,H四点共面;
证明 ∵E,F分别为AB,AD的中点, ∴EF∥BD. ∵在△BCD 中,GBGC=DHHC=12, ∴GH∥BD,∴EF∥GH. ∴E,F,G,H四点共面.
解析 选项A是由公理推证出来的,而公理是不需要证明的.
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解析 答案
2.(2018·佛山模拟)在三棱柱ABC-A1B1C1中,E,F分别为棱AA1,CC1的
中点,则在空间中与直线A1B1,EF,BC都相交的直线
A.不存在
B.有且只有两条
证明
思维升华
共面、共线、共点问题的证明 (1)证明点或线共面问题的两种方法:①首先由所给条件中的部分线 (或点)确定一个平面,然后再证其余的线(或点)在这个平面内;②将 所有条件分为两部分,然后分别确定平面,再证两平面重合. (2)证明点共线问题的两种方法:①先由两点确定一条直线,再证其 他各点都在这条直线上;②直接证明这些点都在同一条特定直线上. (3)证明线共点问题的常用方法是:先证其中两条直线交于一点,再 证其他直线经过该点.
3.直线与平面的位置关系有_直__线__在__平__面__内__、_直__线__与__平__面__相__交__、_直__线__与_ _平__面__平__行__三种情况. 4.平面与平面的位置关系有_平__行__、_相__交__两种情况. 5.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.
基础自测 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)如果两个不重合的平面α,β有一条公共直线a,就说平面α,β相交,并记 作α∩β=a.( √ ) (2)两个平面α,β有一个公共点A,就说α,β相交于过A点的任意一条直线.( × ) (3)两个平面ABC与DBC相交于线段BC.( × ) (4)经过两条相交直线,有且只有一个平面.( √ ) (5)没有公共点的两条直线是异面直线.( × ) (6)若a,b是两条直线,α,β是两个平面,且a⊂α,b⊂β,则a,b是异面直线.( × )
C.有且只有三条
D.√有无数条
解析 在EF上任意取一点M,直线A1B1与M确定一个平面,这个平面与
BC有且仅有1个交点N,
当M的位置不同时确定不同的平面,从而与BC有不
同的交点N,而直线MN与A1B1,EF,BC分别有交点 P,M,N,
如图,故有无数条直线与直线A1B1,EF,BC都相交.
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①若a⊥b,a⊥c,则b∥c;②若a⊥b,a⊥c,则b⊥c;③若a∥b,b⊥c,
则a⊥c.
其中正确的个数为
A.0
√B.1
C.2 D.3
解析 在空间中,若a⊥b,a⊥c,则b,c可能平行,也可能相交,还
可能异面,所以①②错,③显然成立.
解析 答案
题型三 求异面直线所成的角
师生共研
典例 (2018·南宁模拟)如图,在底面为正方形,侧棱垂直于底面的四棱柱
思想方法指导 解析 答案
课时作业
基础保分练
1.在下列命题中,不是公理的是
√A.平行于同一个平面的两个平面相互平行
B.过不在同一条直线上的三点,有且只有一个平面 C.如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线上所有的点都在
此平面内
D.如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点 的公共直线
内,则“直线a和直线b相交”是“平面α和平面β相交”的
√A.充分不必要条件
C.充要条件
B.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件
解析 若直线a和直线b相交,则平面α和平面β相交;
若平面α和平面β相交,那么直线a和直线b可能平行或异面或相交,故
选A.
解析 答案
(2)已知a,b,c为三条不重合的直线,已知下列结论:
ABCD—A1B1C1D1中,AA1=2AB=2,则异面直线A1B与AD1所成角的余弦 值为
1
2
A.5
B.5
C.35
√D.45
解析 答案
引申探究
将上例条件“AA1=2AB=2”改为“AB=1,若异面直线 A1B 与 AD1 所
成角的余弦值为190”,试求AAAB1的值. 解 设AAAB1=t,则 AA1=tAB. ∵AB=1,∴AA1=t. ∵A1C1= 2,A1(2)CE,D1F,DA三线共点. 证明 ∵EF∥CD1,EF<CD1, ∴CE与D1F必相交, 设交点为P,如图所示. 则由P∈CE,CE⊂平面ABCD,得P∈平面ABCD. 同理P∈平面ADD1A1. 又平面ABCD∩平面ADD1A1=DA, ∴P∈直线DA,∴CE,D1F,DA三线共点.
跟 踪 训 练 (2017·佛 山 模 拟 ) 如 图 所 示 , 在 正 三 棱 柱 ABC—A1B1C1中,D是AC的中点,AA1∶AB= 2 ∶1, 则异面直线AB1与BD所成的角为_6_0_°__.
解析 取A1C1的中点E,连接B1E,ED,AE, 在Rt△AB1E中,∠AB1E为异面直线AB1与BD所成的角. 设 AB=1,则 A1A= 2,AB1= 3,B1E= 23, 故∠AB1E=60°.
√B.过直线m有且只有一个平面与平面α垂直
C.与直线m垂直的直线不可能与平面α平行 D.与直线m平行的平面不可能与平面α垂直
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解析 答案
6.如图为正方体表面的一种展开图,则图中的四条线段AB,CD,EF, GH在原正方体中互为异面的对数为__3____. 解析 平面图形的翻折应注意翻折前后相对位 置的变化,则AB,CD,EF和GH在原正方体中, 显然AB与CD,EF与GH,AB与GH都是异面直 线,而AB与EF相交,CD与GH相交,CD与EF 平行.故互为异面的直线有且只有3对.
2.直线与直线的位置关系 (1)位置关系的分类
共面直线相平____交行____直直线线

异面直线:不同在任__何__一个平面内,没有公共点 (2)异面直线所成的角 ①定义:设a,b是两条异面直线,经过空间任一点O作直线a′∥a, b′∥b,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). ②范围:__0_,__π2_ _.
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题组二 教材改编
2.[P52B 组 T1(2)] 如 图 所 示 , 在 正 方 体 ABCD—
A1B1C1D1中,E,F分别是AB,AD的中点,则异
面直线B1C与EF所成角的大小为
A.30°
B.45°
√C.60°
D.90°
解析 连接B1D1,D1C,则B1D1∥EF,故∠D1B1C即为所求的角.
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