直线和平面的基本性质

高中立体几何教案第一章直线和平面平面的基本性质之一教案
教学目标
1．了解三个公理及公理3的三个推论；
2．了解推论1的证明过程．
教学重点和难点
公理3的引入与掌握及推论1的证明是教学的重点也是教学的难点．
教学设计过程
师：上节课我们讲过平面是原名，没有方法定义，所以平面的性质只能以公理的形式给出，我们今天就来研究以公理形式给出的平面的性质．
（当教师说完上述话后，拿出一根小棍作为直线的模型，一矩形硬纸板作为平面的模型，让学生自己也拿同样的模型，师生一起观察．然后，再提出问题）
师：直线与平面有几种位置关系？
生：有三种位置关系：平行，相交，在平面内．
师：相交时，直线与平面有且只有几个公共点？
生：有且只有一个公共点．
师：当直线与平面有几个公共点时，我们就能判定直线在平面内？
生：只要有两个公共点．
师：对，这就是公理1．（同时板书）
公理1 如果一条直线上的两点在一个平面内，那么这条直线上所有的点都在这个平面内．（如图1）
这时我们说直线在平面内，或者说平面经过直线．
师：为了书写的简便，我们把代数中刚学习过的有关集合的符号，引入立体几何中．我们只把点作为基本元素，于是直线、平面都作为“点的集合”，所以：
点A在直线a上，记作A∈a；
点A在平面α内，记作A∈α；
所以公理1用集合符号为：A∈a，B∈a，A∈α，B∈α，则
公理2可用如下方法引入：教师用矩形硬纸板的一顶点放在讲台面上，让学生观察，并同时提出问题．
师：看模型，能否说这两个平面只有一个公共点？
生：不能，因为平面是无限延展的，所以这两个平面应该有一条经过这公共点的直线．
（这时教师用手动矩形硬纸板，表示同意学生的意见，并说）
师：我们只能用有限的模型或图形来表示无限延展的平面，所以我们有时要看模型或图形，但又不能受模型或图形的限制来影响我们对平面的无限延展的了解．（同时板书）
公理2 如果两个平面有一个公共点，那么它们有且只有一条通过这个点的公共直线．（如图2）
a．
关于公理3的引入，可用类比思想，按如下步骤进行．
师：如何确定一条直线？
生：过两点可以确定一条直线．
师：为什么过一点不能确定一条直线？
生：因为过一点可以有无数条直线，所以过一点不能确定一条直线，而过两点有并且只有一条直线，所以说过两点可以确定一条直线．
师：过一点能不能确定一个圆？
生：不能，因为过一点可以有无数个圆，而且这无数个圆的圆心、半径都在变．
师：过两点能不能确定一个圆？
生：不能，因为过两点的圆也有无数个，这无数个圆的圆心都在以这两点为端点的线段的垂直平分线上．
师：过不在一直线上的三点A，B，C能不能确定一个圆？
生：能．连AB，BC，作AB，BC两线段的垂直平分线相交于O，以O为圆心，OA为半径作圆，因为圆心、半径都是唯一确定的，所以圆也是唯一确定的．
师：通过复习我们了解了直线的确定和圆的确定．现在我们要来研究平面的确定．
过一点能不能确定一个平面？
（这时教师用一根小棍的一端作为空间的一个点，用一矩形硬纸板作为过这个点的平面，同时用手在硬纸板不离开小棍的一端条件下而能“动”起来）
我们来看一看这个模型．
生：不能，因为过一点可以有无数个平面．
师：过两点能不能确定一个平面？
（这时教师用相交两个小棍的两个端点作为空间两点，再用硬纸板作为过这两点的平面，教师用手使这个平面仍然“动”起来）
我们来看这个模型．
生：不能，因为过两点仍有无数个平面．
师：过不在一直线上的三点能不能确定一个平面？
（这时教师用相交于一点的三根小棍的三个端点作为空间不在一直线上的三个点，当把作为平面的硬纸板放在上面时，这时作为平面的硬纸板不能再“动”了，因为一动就要离开其中的一个点，就不满足题目中条件的要求）
我们来观察这个模型．（如图3）
生：能．因为过这三点的平面有一个而且只有一个．
师：这就是我们今天所要讲的公理3．
公理3 经过不在同一条直线上的三个点，有且只有一个平面．（如图4）
师：例如一扇门用两个合页和一把锁就可以固定了，但要注意，锁与合页不能放在同一直线位置上，否则，门也无法固定．
师：以上我们讲了三个公理，下面我们来应用这三个公理证明三个推论．
推论1 经过一条直线和这条直线外一点，有且只有一个平面．
已知：点A，直线a，A a．（如图5）
求证：过点A和直线a可以确定一个平面．
证明：存在性．
因为A a，在a上任取两点B，C．
所以过不共线的三点A，B，C有一个平面α．（公理3）
因为B∈α，C∈α，
所以a∈α．（公理1）
故经过点A和直线a有一个平面α．
唯一性：如果经过点A和直线a的平面还有一个平面β，那么A∈β，a β，
因为B∈a， C∈a，
所以B∈β，C∈β．（公理1）
故不共线的三点A，B，C既在平面α内又在平面β内．
所以平面α和平面β重合．（公理3）
所以经过点A和直线a有且只有一个平面．有时“有且只有一个平面”，我们也说“确定一个平面”．
类似地可以得出下面两个推论：
推论2 经过两条相交直线，有且只有一个平面．（如图6）
推论3 经过两条平行直线，有且只有一个平面．（如图7）
下面应用平面的基本性质证明空间有关点和直线的共面问题．（空间的几个点和几条直线，如果都在同一平面内，简单地说它们“共面”，否则说它们“不共面”）
例1 两两相交且不过同一点的三条直线必在同一个平面内．（如图8）
已知：AB∩AC=A，AB∩BC=B，AC∩BC=C．
求证：直线AB，BC，AC共面．
证法一：因为AB∩AB=A，
所以直线AB，AC确定一个平面α．（推论2）
因为B∈AB，C∈AC，
所以B∈α，C∈α，
故BC α．（公理1）
因此直线AB，BC，CA都在平面α内，即它们共面．
证法二：
因为A直线BC上，
所以过点A和直线BC确定平面α．（推论1）
因为A∈α， B∈BC，所以B∈α．
故AB α，
同理AC α，
所以AB，AC，BC共面．
证法三：
因为A，B，C三点不在一条直线上，
所以过A，B，C三点可以确定平面α．（公理3）
因为A∈α，B∈α，所以AB α．（公理1）
同理BC α，AC α，所以AB，BC，CA三直线共面．
这个例题证完后，教师可以提出两个问题让学生思考．
师：在这题中“且不过同一点”这几个字能不能省略，为什么？
生：不能，因为三条直线两两相交且过同一点，则这三条直线可以共面，也可以不共面（这时学生可用手中的三个小棍作为模型来说明什么情况共面，什么情况不共面）
师：这个题我们能不能推广？即把这题改为：四条直线两两相交且不过同一点，则这四条直线必共面；也可以把这题推广为更一般地的情况：n条直线两两相交且不过同一点，则这n条直线必共面，当然这两种推广的情况的证明与例1类似，这里只要求你们了解这两种情况，不要求你们去证明．
师：由例1的证明可知，要证明空间的点、直线共面，可以先由某些元素确定一个平面，然后证明其它的元素也在这个平面内．
师：今天我们讲了平面的基本性质，就是三个公理．公理1的作用是判定直线在平面内的根据；公理2是判定两个平面相交的根据；公理3及三个推论是确定一个平面的根据．
作业
课本第8页习题一 3，5，6，7．（要求写出已知、求证、证明，并画出图形）。