空间中的平行关系.docx
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空间中的平行关系
空间中的平行关系
1.【课标要求】
1.平面的基本性质与推论
借助长方体模型，在直观认识和理解空间点、线、面的位置关系的基础上，抽象出空间线、面位置关系的定义，并了解如下可以作为推理依据的公理和定理：
♦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:
过不在一条直线上的三点，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平行；
♦定理：
空间中如果两个角的两条边分别对应平行，那么这两个角相等或互补2•空间中的平行关系
以立体几何的上述定义、公理和定理为出发点，通过直观感知、操作确认、思辨论证，认识和理解空间中线面平行、垂直的有关性质与判定。
通过直观感知、操作确认，归纳出以下判定定理：
♦平面外一条直线与此平面内的一条直线平行，则该直线与此平面平行；
♦一个平面内的两条相交直线与另一个平面平行，则这两个平面平行；通过直观感知、操作确认，归纳出以下性质定理，并加以证明：
♦一条直线与一个平面平行，则过该直线的任一个平面与此平面的交线与该直线平行；♦两个平面平行，则任意一个平面与这两个平面相交所得的交线相互平行；
♦垂直于同一个平面的两条直线平行
能运用已获得的结论证明一些空间位置关系的简单命题
2.【命题走向】
立体几何在高考中占据重要的地位，通过近几年的高考情况分析，考察的重点及难点稳定，高考始终把直线与直线、直线与平面、平面与平面平行的性质和判定作为考察重点。
在难度上也始终以中等偏难为主，在新课标教材中将立体几何要求进行了降低，重点在对图形及几何体的认识上，实现平面到空间的转化，示知识深化和拓展的重点，因而在这部分知识点上命题，将是重中之重。
预测2019年高考将以多面体为载体直接考察线面位置关系：
（1）考题将会出现一个选择题、一个填空题和一个解答题；
（2）在考题上的特点为：
热点问题为平面的基本性质，考察线线、线面和面面关系的论证，此类题目将以客观题和解答题的第一步为主
3.【要点精讲】
1.平面概述
（1）平面的两个特征：
①无限延展②平的（没有厚度）
（2）平面的画法：
通常画平行四边形来表示平面
（3）平面的表示：
用一个小写的希腊字母：
•、1、等表示，如平面:
-、平面1;用表
示平行四边形的两个相对顶点的字母表示，如平面AC。
2.三公理三推论：
公理1:
若一条直线上有两个点在一个平面内，则该直线上所有的点都在这个平面内：
AI,BI,A^*》I一
公理2:
如果两个平面有一个公共点，那么它们还有其他公共点，且所有这些公共点的集合是一条过这个公共点的直线。
公理3:
经过不在同一直线上的三点，有且只有一个平面。
推论一：
经过一条直线和这条直线外的一点，有且只有一个平面。
推论二：
经过两条相交直线，有且只有一个平面。
推论三：
经过两条平行直线，有且只有一个平面
3.空间直线：
（1）空间两条直线的位置关系：
相交直线一一有且仅有一个公共点；
平行直线一一在同一平面内，没有公共点；
异面直线不同在任何一个平面内，没有公共点。
相交直线和平行直线也称为共面直线。
异面直线的画法常用的有下列三种：
（2）平行直线：
在平面几何中，平行于同一条直线的两条直线互相平行，这个结论在空间也是成立的。
即公理4:
平行于同一条直线的两条直线互相平行。
（3）异面直线定理：
连结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。
推理模式：
：
；,a-:
Ba=AB与a是异面直线。
4•直线和平面的位置关系
（1）直线在平面内（无数个公共点）；
（2）直线和平面相交（有且只有一个公共点）；
（3）直线和平面平行（没有公共点）——用两分法进行两次分类。
它们的图形分别可表示为如下，符号分别可表示为a二卅，a"〉=A,a//-°
线面平行的判定定理：
如果不在一个平面内的一条直线和平面内的一条直线平行，那么这条直线和这个平面平行。
推理模式：
a二〉，b〉，a//b=a//〉.
a
线面平行的性质定理：
如果一条直线和一个平面平行，经过这条直线的平面和这个平面相交,那么这条直线和交线平行
5.两个平面的位置关系有两种：
两平面相交（有一条公共直线）、两平面平行（没有公
共点）
（1）两个平面平行的判定定理：
如果一个平面内有两条相交直线都平行于一个平面，那么这两个平面平行。
au0
定理的模式：
b二1：
a^b二P=：
〃一：
a//a
b//:
-
推论：
如果一个平面内有两条相交直线分别平行于另一个平面内的两条相交直线，那么这两个平面互相平行。
推论模式：
a「|b二P,a:
b,^\b^P,a-,b-,a//a,b//b：
■//-
（2）两个平面平行的性质
（1）如果两个平面平行，那么其中一个平面内的直线平行于另一个平面；
（2）如果两个平行平面同时和第三个平面相交，那么它们的交线平行。
4.【典例解析】
题型1:
共线、共点和共面问题
例1.
（1）如图所示，平面ABD平面BCD=直线BD,M、N、P、Q分别为线段
AB、BC、CD、DA上的点，四边形MNPQ是以PN、QM为腰的梯形。
试证明三直线BD、MQ、NP共点。
证明：
•••四边形MNPQ是梯形，且MQ、NP是腰，
•••直线MQ、NP必相交于某一点0。
•/0直线MQ;直线MQ平面ABD,
•0三平面ABD。
同理，0三平面BCD，又两平面ABD、BCD的交线为BD,
故由公理二知，0•直线BD，从而三直线BD、MQ、NP共点。
点评：
由已知条件，直线MQ、NP必相交于一点0，因此，问题转化为求证点0在直线BD上，由公理二，就是要寻找两个平面，使直线BD是这两个平面的交线，同时点0是
这两个平面的公共点即可.“三点共线”及“三线共点”的问题都可以转化为证明“点在直线
（2）如图所示，在四边形ABCD中,相交于点E,G,H,F.求证：
E,F,G,
证明：
•••AB//CD,
•AB,CD确定一个平面3-
又TAB口a=E,ABU3,二E€a,E€
3,
A
B
a
H
上”的问题。
已知AB/CD,直线AB,BC,AD,DC分别与平面a
H四点必定共线
即E为平面a与3的一个公共点。
同理可证F,G,H均为平面a与3的公共点.
•••两个平面有公共点，它们有且只有一条通过公共点的公共直线，
•E,F,G,H四点必定共线。
点评：
在立体几何的问题中，证明若干点共线时，常运用公理2，即先证明这些点都是某
二平面的公共点，而后得出这些点都在二平面的交线上的结论。
例2.已知：
a,b,c,d是不共点且两两相交的四条直线，求证：
a,b,c,d共面。
证明：
1o若当四条直线中有三条相交于一点，不妨设a,b,c相交于一点A,
但A-d，如图1所示:
/、H/
Kc
a
b
c
•
图1
a
图2
••直线d和A确定一个平面a
又设直线d与a,b,c分别相交于E,F,G,
则A，E,F,G€a。
TA,E€a,A,E€a,「.aua。
同理可证b二a,C二a。
•a,b,c,d在同一平面a内。
2o当四条直线中任何三条都不共点时，
如图2所示：
•••这四条直线两两相交，则设相交直线a,b确定一个平面a。
设直线c与a,b分别交于点H,K,贝UH,K€a。
又H,K€C,「.C—a。
同理可证d二a。
•a,b,c,d四条直线在同一平面a内.
点评：
证明若干条线（或若干个点）共面的一般步骤是：
首先根据公理3或推论，由题给条
件中的部分线（或点）确定一个平面，然后再根据公理1证明其余的线（或点）均在这个平面内。
本题最容易忽视“三线共点”这一种情况。
因此，在分析题意时，应仔细推敲问题中每一句话的含义。
题型2:
异面直线的判定与应用
例3.已知：
如图所示，沁1：
=a,b：
:
ab=A,c-卅，c//a。
求证直线b、c为异面直线
证法一：
假设b、c共面于.由A-a,a//c知，A'c，而ab=A,xl：
=
又c二：
二，：
.、：
.都经过直线c及其外的一点A,
•••与：
.重合，于是a，又bio
又、1都经过两相交直线a、b，从而、1重合。
•-「、卜、为同一平面，这与I-=a矛盾
•b、c为异面直线.
证法二：
假设b、c共面，则b,c相交或平行。
（1）若b//c，又a//c，则由公理4知a//b，这与ab=A矛盾。
（2）若bc=P，已知b一「■,c二*，则P是:
-、的公共点，由公理2,Pa,
又bc=P，即P-c，故ac=P，这与a//c矛盾
综合
（1）、
（2）可知，b、c为异面直线。
证法三『■=a,ab=A,•Aa。
•/a//c,•Ac,
在直线b上任取一点P（P异于A）,则P£:
l（否则b二：
£,又a二：
；，则：
•、：
都
经过两相交直线a、b，则二、卜重合，与xI-'=a矛盾）。
又c二：
丄，于是根据“过平面外一点与平面内一点的直线，和平面内不经过该点的直线是异面直线”知，b、c为异面直线。
点评：
证明两直线为异面直线的思路主要有两条：
一是利用反证法；二是利用结论“过平面外一点与平面内一点的直线，和平面内不经过该点的直线是异面直线.。
异面直线又有两
条途径：
其一是直接假设b、c共面而产生矛盾；其二是假设b、c平行与相交；分别产生
矛盾。
判定直线异面，若为解答题，则用得最多的是证法一、二的思路；若为选择或填空题，则往往都是用证法三的思路。
用反证法证题，一般可归纳为四个步骤：
（1）否定结论；
（2）
进行推理；（3）导出矛盾；（4）肯定结论.
宜用反证法证明的命题往往是
（1）基本定理或某一知识系统的初始阶段的命题（如立体几何中的线面、面面平行的判定定量的证明等）；
（2）肯定或否定型的命题（如结论中出现“必有”、“必不存在”等一类命题）；（3）唯一型的命题（如“图形唯一”、“方程解唯一”等一类命题）；（4）正面情况较为繁多，而结论的反面却只有一两种情况的一类命题；（5）结论中出
现“至多”、“不多于”等一类命题。
例4.
（1）已知异面直线a,b所成的角为70°，则过空间一定点O,与两条异面直线a,b
都成60°角的直线有（）条
A.1B.2C.3D.4
（2）异面直线a,b所成的角为二，空间中有一定点O,过点O有3条直线与a,b所成角都是60°，则的取值可能是（）
解析：
（1）过空间一点O分别作a//a,bnbo
（2）过点O分别作a//a、b//b,则过点O有三条直线与a,b所成角都为60°,等价于
过点O有三条直线与a；b•所成角都为60°，其中一条正是二角的平分线。
从而可得选项为Co
点评：
该题以学生对异面直线所成的角会适当转化，较好的考察了空间想象能力题型3:
线线平行的判定与性质
例5.（2009江苏卷）设:
-和］为不重合的两个平面，给出下列命题：
（1）若〉内的两条相交直线分别平行于一：
内的两条直线，则:
-平行于1;
（2）若〉外一条直线|与〉内的一条直线平行，则|和〉平行；
（3）设〉和：
相交于直线I，若〉内有一条直线垂直于I，则〉和：
垂直;
（4）直线I与〉垂直的充分必要条件是I与〉内的两条直线垂直。
上面命题中，真命题的序号（写出所有真命题的序号）•
【解析】考查立体几何中的直线、平面的垂直与平行判定的相关定理。
真命题的序号是
（1）
（2）
在RtAOPF中，BP=£OP2OB2
；2-于,cos于,所以二
所以直线E^//平面FCG.
（2）因为AB=4,BC=CD=2,、F是棱AB的中点，所以BF=BC=C^BCF为正三角形，取CF的中点
O,则OB丄CF又因为直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,CC丄平面ABCD所以CG丄BO,所以OB丄平面
CGF过O在平面CGF内作OP丄GF垂足为P连接BR则/OPB为二面角B-FG-C的一个平面角
面角B-Fq-C的余弦值为
C1（0,2,2）,E（-I
2
1
-,0）
2
，曰
解法二：
（1）因为AB=4,BC=CD=2,F是棱AB的中点，所以BF=BC=C^BCF为正三角形，因为ABCD为
等腰梯形，所以/BAC=ZABC=60,取AF的中点M,连接DM,则DM丄AB所以DM丄CD,
以DM为x轴,DC为y轴,DU为z轴建立空间直角坐标系
，则D（0,0,0）,A（、..3,-1,0）,F（.3,1,0）,C（0,2,0）,
EE13-.310=0,所以n_EE「所以直线EE〃/平面FCG.
22
2）FB=（0,2,0）,设平面BFC1的法向量为n^=（x1,y1,z1）,则』
呻T一-
nn21—300：
」3=2,
jn1FC^0
，取n（2,0,'、3），则
■-3X1y2Z1—0
1；—1（；3）2=2,|；|-22o（3）2—7,
nn2J7
所以cosn,q1,由图可知二面角B-FG-C为锐角，所以二面角B-FC1-C
|n||nj2需7
的余弦值为二
7
.考查空间想
【命题立意】：
本题主要考查直棱柱的概念、线面位置关系的判定和二面角的计算象能力和推理运算能力，以及应用向量知识解答问题的能力•
例8.（2008四川19,理21）
（本小题满分12分如图，平面ABEF_平面ABCD,四边形ABEF与ABCD都是直角梯形，
BAD*FAB=90,BC//1AD,BE//1AF.
22
（I）证明：
C、D、F、E四点共面；
（n）设AB二BC二BE，求二面角A-ED-B的大小.
解析：
不是会不会的问题，而是熟不熟的问题，答题时间是最大问题.
（I）：
面ABEF_面ABCD，AF_AB=90AF_面ABCD•
二以A为原点，以AB，AD，
建立如图所示的空间直角坐标系
不妨设AB
A（0,0,0），
C（a,b,0），
E（a,0,c），
AF所在直线为x轴，y轴，z轴,
=a，AD=2b，AF
B（a,0,0），
D（0,2b,0），
F（0,0,2c）•
A_xyz-=：
2c，则
二DF（0,-2b,2c），
CE科0,2c），
二DF=2CE，
二DF〃CE，
：
E-DF，二DF//CE，二CDE、F四点共面.
（H）设AB=1，贝UBC=BE=1，
二B（1,0,0），D（0,2,0），E
设平面
（1』,1）•
AED的法向量为口=（x1,y1,z1），
督0，得矗j，j,0,—1）
2y1=o
BED的法向量为n=（x2,y2,z2）
AD=0
设平面
I
由BH=0，得
hBD0
Z2=°，n2=（2,1,0）
-x2，2y2=0
cos：
：
：
rit,n2半
n1
由图知，二面角A-ED-B为锐角,
.•.其大小为10
arccos—
.10
5
5
点评：
证共面就是证平行，求二面角转为求法向量夹角，时间问题是本题的困惑处.燥会在计算、书写、时间上丢分•因建系容易，提倡用向量法•本时耗时要超过题用时之和.
心浮气
17题与18
D
题型5:
面面平行的判定与性质
例9•如图，正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为a。
证明：
平面ACD//平面AQB。
证明：
如图，•••A1BCD1是矩形，A1B//D1C。
又D1C平面D1CA，A1B二平面D1CA，
A1B//平面DQA。
同理AiCi//平面DiCA，又A1C1AiB=Ai,二平面DiCA//平面BAiG
点评：
证明面面平行，关键在于证明AiCi与AiB两相交直线分别与平面ACD平行。
B'、C'分别是△PBC、△PCA、△PAB的重心。
例iO.P是厶ABC所在平面外一点，A'、
（i）求证：
平面AB'C平面ABC;
（2）S^A'B，：
CSAABC的值。
解析：
⑴取AB、BC的中点M、N,
PC_PA_2
则pM"pN_3
•••A'C'//MNA；Cf//平面ABC。
同理A'B'//面ABC,
•△AB'C面ABC.
ACPA222i丄
⑵MNPN3=A'C'3=MN=3-2AC=3ACACi
AC_3,
ABiBC
同理AC3BC
SabczAC2i
SABCAC9
5.【思维总结】
在掌握直线与平面的位置关系（包括直线与直线、直线与平面、平面与平面间的位置关系）
的基础上，研究有关平行的判定依据（定义、公理和定理）、判定方法及有关性质的应用；在有关问题的解决过程中，进一步了解和掌握相关公理、定理的内容和功能，并探索立体几何中论证问题的规律；在有关问题的分析与解决的过程中提高逻辑思维能力、空间想象能力及化归和转化的数学思想的应用.
i•用类比的思想去认识面的垂直与平行关系，注意垂直与平行间的联系。
2.注意立体几何问题向平面几何问题的转化，即立几问题平面化
3.注意下面的转化关系：
\I
线线平行线面平行面面平齐
t…]
4•直线和平面相互平行
证明方法：
①证明直线和这个平面内的一条直线相互平行；②证明这条直线的方向量和
这个平面内的一个向量相互平行；（①证明这条直线的方向量和这个平面的法向量相互垂直。
5.证明两平面平行的方法：
（i）禾9用定义证明。
禾U用反证法，假设两平面不平行，则它们必相交，再导出矛盾。
（2）判定定理：
一个平面内有两条相交直线都平行于另一个平面，则这两个平面平行，
这个定理可简记为线面平行则面面平行。
用符号表示是：
anb,a-a,b-a,a//B,b
//BUa//3o
（3）垂直于同一直线的两个平面平行。
用符号表示是：
a丄a,a丄3则a//3°
（4）平行于同一个平面的两个平面平行。
a〃目0〃丫二H
两个平面平行的性质有五条：
（1）两个平面平行，其中一个平面内的任一直线必平行于另一个平面，这个定理可简记为：
"面面平行，则线面平行”。
用符号表示是：
a//3,a」a,贝Ua//3°
（2）如果两个平行平面同时与第三个平面相交，那么它们的交线平行，这个定理可简记
为：
"面面平行，则线线平行”。
用符号表示是：
a//3,any=a,3ny=b，则a//b。
（3）一条直线垂直于两平行平面中的一个平面，它也垂直于另一个平面。
这个定理可用于
证线面垂直。
用符号表示是：
a//3,a丄a,贝Ua丄3。
（4）夹在两个平行平面间的平行线段相等
（5）过平面外一点只有一个平面与已知平面平行
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