高考数学大一轮复习 第八章 立体几何与空间向量 84 直线平面平行的判定与性质教师用书 理 新人教版Word下载.docx
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当两个平面内的直线没有交点时,两个平面可以相交,∴l∩m=∅是α∥β的必要不充分条件.
3.(2016·
济南模拟)平面α∥平面β的一个充分条件是( )
A.存在一条直线a,a∥α,a∥β
B.存在一条直线a,a⊂α,a∥β
C.存在两条平行直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α
D.存在两条异面直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α
解析 若α∩β=l,a∥l,a⊄α,a⊄β,则a∥α,a∥β,故排除A.若α∩β=l,a⊂α,a∥l,则a∥β,故排除B.若α∩β=l,a⊂α,a∥l,b⊂β,b∥l,则a∥β,b∥α,故排除C.故选D.
4.(教材改编)如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为DD1的中点,则BD1与平面AEC的位置关系为________.
答案 平行
解析 连接BD,设BD∩AC=O,连接EO,在△BDD1中,O为BD的中点,所以EO为△BDD1的中位线,
则BD1∥EO,而BD1⊄平面ACE,EO⊂平面ACE,
所以BD1∥平面ACE.
5.如图是长方体被一平面所截得的几何体,四边形EFGH为截面,则四边形EFGH的形状为________.
答案 平行四边形
解析 ∵平面ABFE∥平面DCGH,
又平面EFGH∩平面ABFE=EF,平面EFGH∩平面DCGH=HG,
∴EF∥HG.同理EH∥FG,
∴四边形EFGH的形状是平行四边形.
题型一 直线与平面平行的判定与性质
命题点1 直线与平面平行的判定
例1 如图,四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,AB=BC=
AD,E,F,H分别为线段AD,PC,CD的中点,AC与BE交于O点,G是线段OF上一点.
(1)求证:
AP∥平面BEF;
(2)求证:
GH∥平面PAD.
证明
(1)连接EC,
∵AD∥BC,BC=
AD,
∴BC綊AE,
∴四边形ABCE是平行四边形,
∴O为AC的中点.
又∵F是PC的中点,∴FO∥AP,
FO⊂平面BEF,AP⊄平面BEF,
∴AP∥平面BEF.
(2)连接FH,OH,
∵F,H分别是PC,CD的中点,
∴FH∥PD,∴FH∥平面PAD.
又∵O是BE的中点,H是CD的中点,
∴OH∥AD,∴OH∥平面PAD.
又FH∩OH=H,∴平面OHF∥平面PAD.
又∵GH⊂平面OHF,∴GH∥平面PAD.
命题点2 直线与平面平行的性质
例2 (2017·
长沙调研)如图,四棱锥P-ABCD的底面是边长为8的正方形,四条侧棱长均为2
.点G,E,F,H分别是棱PB,AB,CD,PC上共面的四点,平面GEFH⊥平面ABCD,BC∥平面GEFH.
(1)证明:
GH∥EF;
(2)若EB=2,求四边形GEFH的面积.
(1)证明 因为BC∥平面GEFH,BC⊂平面PBC,
且平面PBC∩平面GEFH=GH,
所以GH∥BC.
同理可证EF∥BC,因此GH∥EF.
(2)解 如图,连接AC,BD交于点O,BD交EF于点K,连接OP,GK.
因为PA=PC,O是AC的中点,所以PO⊥AC,
同理可得PO⊥BD.
又BD∩AC=O,且AC,BD都在底面内,
所以PO⊥底面ABCD.
又因为平面GEFH⊥平面ABCD,
且PO⊄平面GEFH,所以PO∥平面GEFH.
因为平面PBD∩平面GEFH=GK,
所以PO∥GK,且GK⊥底面ABCD,
从而GK⊥EF.
所以GK是梯形GEFH的高.
由AB=8,EB=2得EB∶AB=KB∶DB=1∶4,
从而KB=
DB=
OB,即K为OB的中点.
再由PO∥GK得GK=
PO,
即G是PB的中点,且GH=
BC=4.
由已知可得OB=4
,
PO=
=
=6,
所以GK=3.
故四边形GEFH的面积S=
·
GK
×
3=18.
思维升华 判断或证明线面平行的常用方法
(1)利用线面平行的定义(无公共点);
(2)利用线面平行的判定定理(a⊄α,b⊂α,a∥b⇒a∥α);
(3)利用面面平行的性质定理(α∥β,a⊂α⇒a∥β);
(4)利用面面平行的性质(α∥β,a⊄α,a⊄β,a∥α⇒a∥β).
如图所示,CD,AB均与平面EFGH平行,E,F,G,H分别在BD,BC,AC,AD上,且CD⊥AB.求证:
四边形EFGH是矩形.
证明 ∵CD∥平面EFGH,
而平面EFGH∩平面BCD=EF,
∴CD∥EF.
同理HG∥CD,∴EF∥HG.
同理HE∥GF,
∴四边形EFGH为平行四边形.
∴CD∥EF,HE∥AB,
∴∠HEF为异面直线CD和AB所成的角(或补角).
又∵CD⊥AB,∴HE⊥EF.
∴平行四边形EFGH为矩形.
题型二 平面与平面平行的判定与性质
例3 如图所示,在三棱柱ABC-A1B1C1中,E,F,G,H分别是AB,AC,A1B1,A1C1的中点,求证:
(1)B,C,H,G四点共面;
(2)平面EFA1∥平面BCHG.
证明
(1)∵G,H分别是A1B1,A1C1的中点,
∴GH是△A1B1C1的中位线,
∴GH∥B1C1.
又∵B1C1∥BC,
∴GH∥BC,
∴B,C,H,G四点共面.
(2)∵E,F分别是AB,AC的中点,
∴EF∥BC.
∵EF⊄平面BCHG,BC⊂平面BCHG,
∴EF∥平面BCHG.
∵A1G綊EB,
∴四边形A1EBG是平行四边形,
∴A1E∥GB.
∵A1E⊄平面BCHG,GB⊂平面BCHG,
∴A1E∥平面BCHG.
∵A1E∩EF=E,
∴平面EFA1∥平面BCHG.
引申探究
1.在本例条件下,若D为BC1的中点,求证:
HD∥平面A1B1BA.
证明 如图所示,连接HD,A1B,
∵D为BC1的中点,H为A1C1的中点,
∴HD∥A1B,
又HD⊄平面A1B1BA,
A1B⊂平面A1B1BA,
∴HD∥平面A1B1BA.
2.在本例条件下,若D1,D分别为B1C1,BC的中点,求证:
平面A1BD1∥平面AC1D.
证明 如图所示,连接A1C交AC1于点M,
∵四边形A1ACC1是平行四边形,
∴M是A1C的中点,连接MD,
∵D为BC的中点,
∴A1B∥DM.
∵A1B⊂平面A1BD1,
DM⊄平面A1BD1,
∴DM∥平面A1BD1.
又由三棱柱的性质知,D1C1綊BD,
∴四边形BDC1D1为平行四边形,
∴DC1∥BD1.
又DC1⊄平面A1BD1,BD1⊂平面A1BD1,
∴DC1∥平面A1BD1,
又∵DC1∩DM=D,DC1,DM⊂平面AC1D,
∴平面A1BD1∥平面AC1D.
思维升华 证明面面平行的方法
(1)面面平行的定义;
(2)面面平行的判定定理:
如果一个平面内有两条相交直线都平行于另一个平面,那么这两个平面平行;
(3)利用垂直于同一条直线的两个平面平行;
(4)两个平面同时平行于第三个平面,那么这两个平面平行;
(5)利用“线线平行”、“线面平行”、“面面平行”的相互转化.
(2016·
许昌三校第三次考试)如图所示,四边形ABCD与四边形ADEF都为平行四边形,M,N,G分别是AB,AD,EF的中点.求证:
(1)BE∥平面DMF;
(2)平面BDE∥平面MNG.
证明
(1)如图所示,设DF与GN交于点O,连接AE,则AE必过点O,
连接MO,则MO为△ABE的中位线,
所以BE∥MO.
因为BE⊄平面DMF,MO⊂平面DMF,
所以BE∥平面DMF.
(2)因为N,G分别为平行四边形ADEF的边AD,EF的中点,
所以DE∥GN.
因为DE⊄平面MNG,GN⊂平面MNG,
所以DE∥平面MNG.
因为M为AB的中点,
所以MN为△ABD的中位线,
所以BD∥MN.
因为BD⊄平面MNG,MN⊂平面MNG,
所以BD∥平面MNG.
因为DE与BD为平面BDE内的两条相交直线,
所以平面BDE∥平面MNG.
题型三 平行关系的综合应用
例4 如图所示,在三棱柱ABC-A1B1C1中,D是棱CC1的中点,问在棱AB上是否存在一点E,使DE∥平面AB1C1?
若存在,请确定点E的位置;
若不存在,请说明理由.
解 方法一 存在点E,且E为AB的中点时,DE∥平面AB1C1.
下面给出证明:
如图,取BB1的中点F,连接DF,
则DF∥B1C1,
∵AB的中点为E,连接EF,ED,
则EF∥AB1,B1C1∩AB1=B1,
∴平面DEF∥平面AB1C1.
而DE⊂平面DEF,
∴DE∥平面AB1C1.
方法二 假设在棱AB上存在点E,
使得DE∥平面AB1C1,
如图,取BB1的中点F,连接DF,EF,ED,则DF∥B1C1,
又DF⊄平面AB1C1,B1C1⊂平面AB1C1,
∴DF∥平面AB1C1,
又DE∥平面AB1C1,DE∩DF=D,
∴平面DEF∥平面AB1C1,
∵EF⊂平面DEF,∴EF∥平面AB1C1,
又∵EF⊂平面ABB1,平面ABB1∩平面AB1C1=AB1,
∴EF∥AB1,
∵点F是BB1的中点,∴点E是AB的中点.
即当点E是AB的中点时,DE∥平面AB1C1.
思维升华 利用线面平行的性质,可以实现与线线平行的转化,尤其在截面图的画法中,常用来确定交线的位置,对于最值问题,常用函数思想来解决.
如图所示,在四面体ABCD中,截面EFGH平行于对棱AB和CD,试问截面在什么位置时其截面面积最大?
解 ∵AB∥平面EFGH,
平面EFGH与平面ABC和平面ABD分别交于FG,EH.
∴AB∥FG,AB∥EH,
∴FG∥EH,同理可证EF∥GH,
∴截面EFGH是平行四边形.
设AB=a,CD=b,∠FGH=α(α即为异面直线AB和CD所成的角或其补角).
又设FG=x,GH=y,则由平面几何知识可得
,两式相加得
+
=1,即y=
(a-x),
∴S▱EFGH=FG·
GH·
sinα
=x·
(a-x)·
sinα=
x(a-x).
∵x>
0,a-x>
0且x+(a-x)=a为定值,
∴
x(a-x)≤
,当且仅当x=a-x时等号成立.
此时x=
,y=
.
即当截面EFGH的顶点E、F、G、H分别为棱AD、AC、BC、BD的中点时截面面积最大.
5.立体几何中的探索性问题
典例 (12分)如图,在四棱锥S-ABCD中,已知底面ABCD为直角梯形,其中AD∥BC,∠BAD=90°
,SA⊥底面ABCD,SA=AB=BC=2,tan∠SDA=
(1)求四棱锥S-ABCD的体积;
(2)在棱SD上找一点E,使CE∥平面SAB,并证明.
规范解答
解
(1)∵SA⊥底面ABCD,tan∠SDA=
,SA=2,
∴AD=3.[2分]
由题意知四棱锥S-ABCD的底面为直角梯形,且SA=AB=BC=2,
VS-ABCD=
SA·
(BC+AD)·
AB
2×
(2+3)×
2=
.[6分]
(2)当点E位于棱SD上靠近D的三等分点处时,可使CE∥平面SAB.[8分]
证明如下:
取SD上靠近D的三等分点为E,取SA上靠近A的三等分点为F,连接CE,EF,BF,
则EF綊
AD,BC綊
∴BC綊EF,∴CE∥BF.[10分]
又∵BF⊂平面SAB,CE⊄平面SAB,
∴CE∥平面SAB.[12分]
解决立体几何中的探索性问题的步骤:
第一步:
写出探求的最后结论;
第二步:
证明探求结论的正确性;
第三步:
给出明确答案;
第四步:
反思回顾,查看关键点、易错点和答题规范.
1.(2017·
保定月考)有下列命题:
①若直线l平行于平面α内的无数条直线,则直线l∥α;
②若直线a在平面α外,则a∥α;
③若直线a∥b,b∥α,则a∥α;
④若直线a∥b,b∥α,则a平行于平面α内的无数条直线.
其中真命题的个数是( )
A.1B.2C.3D.4
答案 A
解析 命题①:
l可以在平面α内,不正确;
命题②:
直线a与平面α可以是相交关系,不正确;
命题③:
a可以在平面α内,不正确;
命题④正确.故选A.
2.(2016·
滨州模拟)已知m,n,l1,l2表示直线,α,β表示平面.若m⊂α,n⊂α,l1⊂β,l2⊂β,l1∩l2=M,则α∥β的一个充分条件是( )
A.m∥β且l1∥αB.m∥β且n∥β
C.m∥β且n∥l2D.m∥l1且n∥l2
解析 由定理“如果一个平面内有两条相交直线分别与另一个平面平行,那么这两个平面平行”可得,由选项D可推知α∥β.故选D.
3.对于空间中的两条直线m,n和一个平面α,下列命题中的真命题是( )
A.若m∥α,n∥α,则m∥n
B.若m∥α,n⊂α,则m∥n
C.若m∥α,n⊥α,则m∥n
D.若m⊥α,n⊥α,则m∥n
解析 对A,直线m,n可能平行、异面或相交,故A错误;
对B,直线m与n可能平行,也可能异面,故B错误;
对C,m与n垂直而非平行,故C错误;
对D,垂直于同一平面的两直线平行,故D正确.
4.如图,L,M,N分别为正方体对应棱的中点,则平面LMN与平面PQR的位置关系是( )
A.垂直B.相交不垂直
C.平行D.重合
答案 C
解析 如图,分别取另三条棱的中点A,B,C,将平面LMN延展为平面正六边形AMBNCL,因为PQ∥AL,PR∥AM,且PQ与PR相交,AL与AM相交,所以平面PQR∥平面AMBNCL,即平面LMN∥平面PQR.
5.(2016·
全国甲卷)α,β是两个平面,m,n是两条直线,有下列四个命题:
①如果m⊥n,m⊥α,n∥β,那么α⊥β;
②如果m⊥α,n∥α,那么m⊥n;
③如果α∥β,m⊂α,那么m∥β;
④如果m∥n,α∥β,那么m与α所成的角和n与β所成的角相等.
其中正确的命题有________.(填写所有正确命题的编号)
答案 ②③④
解析 当m⊥n,m⊥α,n∥β时,两个平面的位置关系不确定,故①错误,经判断知②③④均正确,故正确答案为②③④.
6.设α,β,γ是三个不同的平面,m,n是两条不同的直线,在命题“α∩β=m,n⊂γ,且________,则m∥n”中的横线处填入下列三组条件中的一组,使该命题为真命题.
①α∥γ,n⊂β;
②m∥γ,n∥β;
③n∥β,m⊂γ.
可以填入的条件有________.
答案 ①或③
解析 由面面平行的性质定理可知,①正确;
当n∥β,m⊂γ时,n和m在同一平面内,且没有公共点,所以平行,③正确.
7.在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,O是底面ABCD的中心,P是DD1的中点,设Q是CC1上的点,则点Q满足条件________时,有平面D1BQ∥平面PAO.
答案 Q为CC1的中点
解析 假设Q为CC1的中点.
因为P为DD1的中点,
所以QB∥PA.
连接DB,因为O是底面ABCD的中心,
所以D1B∥PO,
又D1B⊄平面PAO,QB⊄平面PAO,且PA∩PO于P,
所以D1B∥平面PAO,QB∥平面PAO,
又D1B∩QB于B,所以平面D1BQ∥平面PAO.
故点Q满足条件,Q为CC1的中点时,有平面D1BQ∥平面PAO.
8.将一个真命题中的“平面”换成“直线”、“直线”换成“平面”后仍是真命题,则该命题称为“可换命题”.给出下列四个命题:
①垂直于同一平面的两直线平行;
②垂直于同一平面的两平面平行;
③平行于同一直线的两直线平行;
④平行于同一平面的两直线平行.其中是“可换命题”的是________.(填命题的序号)
答案 ①③
解析 由线面垂直的性质定理可知①是真命题,且垂直于同一直线的两平面平行也是真命题,故①是“可换命题”;
因为垂直于同一平面的两平面可能平行或相交,所以②是假命题,不是“可换命题”;
由公理4可知③是真命题,且平行于同一平面的两平面平行也是真命题,故③是“可换命题”;
因为平行于同一平面的两条直线可能平行、相交或异面,故④是假命题,故④不是“可换命题”.
9.如图,空间四边形ABCD的两条对棱AC、BD的长分别为5和4,则平行于两条对棱的截面四边形EFGH在平移过程中,周长的取值范围是________.
答案 (8,10)
解析 设
=k,∴
=1-k,
∴GH=5k,EH=4(1-k),∴周长=8+2k.
又∵0<
k<
1,∴周长的取值范围为(8,10).
*10.在三棱锥S-ABC中,△ABC是边长为6的正三角形,SA=SB=SC=15,平面DEFH分别与AB,BC,SC,SA交于点D,E,F,H.D,E分别是AB,BC的中点,如果直线SB∥平面DEFH,那么四边形DEFH的面积为________.
答案
解析 如图,取AC的中点G,
连接SG,BG.
易知SG⊥AC,BG⊥AC,SG∩BG=G,
故AC⊥平面SGB,
所以AC⊥SB.
因为SB∥平面DEFH,SB⊂平面SAB,平面SAB∩平面DEFH=HD,
则SB∥HD.
同理SB∥FE.
又D,E分别为AB,BC的中点,
则H,F也为AS,SC的中点,
从而得HF綊
AC綊DE,
所以四边形DEFH为平行四边形.
又AC⊥SB,SB∥HD,DE∥AC,
所以DE⊥HD,
所以四边形DEFH为矩形,
其面积S=HF·
HD=(
AC)·
(
SB)=
11.如图,E、F、G、H分别是正方体ABCD-A1B1C1D1的棱BC、CC1、C1D1、AA1的中点.求证:
(1)EG∥平面BB1D1D;
(2)平面BDF∥平面B1D1H.
证明
(1)取B1D1的中点O,连接GO,OB,
易证四边形BEGO为平行四边形,故OB∥EG,
由线面平行的判定定理即可证EG∥平面BB1D1D.
(2)由题意可知BD∥B1D1.
如图,连接HB、D1F,
易证四边形HBFD1是平行四边形,故HD1∥BF.
又B1D1∩HD1=D1,
BD∩BF=B,
所以平面BDF∥平面B1D1H.
12.如图,四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD为正方形,BC=PD=2,E为PC的中点,CB=3CG.
PC⊥BC;
(2)AD边上是否存在一点M,使得PA∥平面MEG?
若存在,求AM的长;
(1)证明 因为PD⊥平面ABCD,BC⊂平面ABCD,
所以PD⊥BC.
因为四边形ABCD是正方形,所以BC⊥CD.
又PD∩CD=D,所以BC⊥平面PCD.
因为PC⊂平面PDC,所以PC⊥BC.
(2)解 连接AC,BD交于点O,连接EO,GO,
延长GO交AD于点M,连接EM,则PA∥平面MEG.
因为E为PC的中点,O是AC的中点,
所以EO∥PA.
因为EO⊂平面MEG,PA⊄平面MEG,
所以PA∥平面MEG.
因为△OCG≌△OAM,
所以AM=CG=
所以AM的长为
*13.如图所示,斜三棱柱ABC-A1B1C1中,点D,D1分别为AC,A1C1上的点.
(1)当
等于何值时,BC1∥平面AB1D1?
(2)若平面BC1D∥平面AB1D1,求
的值.
解
(1)如图所示,取D1为线段A1C1的中点,此时
=1.
连接A1B,交AB1于点O,连接OD1.
由棱柱的性质知,四边形A1ABB1为平行四边形,
∴点O为A1B的中点.
在△A1BC1中,点O,D1分别为A1B,A1C1的中点,
∴OD1∥BC1.
又∵OD1⊂平面AB1D1,BC1⊄平面AB1D1,
∴BC1∥平面AB1D1.
∴当
=1时,BC1∥平面AB1D1.
(2)由平面BC1D∥平面AB1D1,
且平面A1BC1∩平面BC1D=BC1,
平面A1BC1∩平面AB1D1=D1O,
得BC1∥D1O,同理AD1∥DC1,
又∵
=1,∴
=1,即