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高中三年级数学

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    如图,已知直四棱柱ABCD-A′B′C′D′中,四边形ABCD为正方形,AA′=2AB=2,E为棱CC′的中点,
    (1)求证:A′E⊥平面BDE;
    (2)设F为AD中点,G为棱BB′上一点,且BG=BB′,求证:FG∥平面BDE;
    (3)在(2)的条件下求二面角G-DE-B的余弦值.


    本题信息:2011年安徽省模拟题数学解答题难度较难 来源:张玲玲
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本试题 “如图,已知直四棱柱ABCD-A′B′C′D′中,四边形ABCD为正方形,AA′=2AB=2,E为棱CC′的中点,(1)求证:A′E⊥平面BDE;(2)设F为AD中点,G为棱BB′上一点,且BG=BB′,...” 主要考查您对

直线与平面垂直的判定与性质

用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系

用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 直线与平面垂直的判定与性质
  • 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
  • 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题

线面垂直的定义:

如果一条直线l和一个平面α内的任何一条直线垂直,就说这条直线l和这个平面α互相垂直,记作直线l叫做平面α的垂线,平面α叫做直线l的垂面。直线与平面垂直时,它们唯一的公共点P叫做垂足。

线面垂直的画法:

画线面垂直时,通常把直线画成与表示平面的平行四边形的一边垂直,如图所示:


 


线面垂直的判定定理:

如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这条直线垂直这个平面。(线线垂直线面垂直)

符号表示:

  如图所示,

 线面垂直的性质定理:

如果两条直线同垂直于一个平面,那么这两条直线平行。
(线面垂直线线平行)


线面垂直的判定定理的理解:

(1)判定定理的条件中,“平面内的两条相交直线”是关键性语句,一定要记准.
(2)如果一条直线垂直于平面内的两条直线,那么这条直线垂直于这个平面,这个结论是错误的.
(3)如果一条直线垂直于平面内的无数条直线,那么这条直线垂直于这个平面,这个结论也错误,因为这无数条直线可能平行.

证明线面垂直的方法:

(1)线面垂直的定义拓展了线线垂直的范围,线垂直于面,线就垂直于面内所有直线,这也是线面垂直的必备条件,利用这个条件可将线线垂直与线面垂直互相转化,这样就完成了空间问题与平面问题的转化.
(2)证线面垂直的方法①利用定义:若一直线垂直于平面内任一直线,则这条直线垂直于该平面.②利用线面垂直的判定定理:证一直线与一平面内的两条相交直线都垂直,③利用线面垂直的性质:两平行线中的一条垂直于平面,则另一条也垂直于这个平面,④用面面垂直的性质定理:两平面垂直,在一个平面内垂直于交线的直线必垂直于另一个平面.⑤用面面平行的性质定理:一直线垂直于两平行平面中的一个,那么它必定垂直于另一个平面.⑥用面面垂直的性质:两相交平面同时垂直于第三个平面,那么两平面的交线垂直于第三个平面.⑦利用向量证明.


用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系:

设直线l,m的方向向量为ab,平面α,β的法向量为uv,则
(1)线线平行l∥m ab a=kb
(2)线面平行l∥α au u=0;
(3)线面垂直l⊥α au a=ku
(4)面面平行α∥β uv u=kv
(5)面面垂直α⊥β uv v=0。


证明平行的其他方法:

①根据线面平行的判定定理:(平面外)与平面内的一条直线平行,那么这条直线和这个平面平行”,要证明一条直线和一个平面平行,也可以在平面内找一个向量与已知直线的方向向量是共线向量;
②根据共面向量定理可知,如果一个向量和两个不共线的向量是共面向量,那么这个向量与这两个不共线向量确定的平面必定平行,因此要证明一条直线和一个平面平行,只要证明这条直线的方向向量能够用平面内两个不共线向量线性表示即可.


异面直线所成角: 


(其中为异面直线a,b所成角,分别表示异面直线a,b的方向向量)。

直线AB与平面所成角:

为平面α的法向量);

二面角的平面角:

为平面α,β的法向量)。


用向量求异面直线所成角注意:

①求异面直线所成的角常用平移法或向量法,特别是向量法,由于降低了空间想象的要求,所以需引起我们的重视,用向量法时,需注意两异面直线夹角的范围是
②两异面直线所成的角可以通过这两条直线的方向向量的夹角来求得,但二者不完全相等,当两方向向量的夹角是钝角时,应取其补角作为两异面直线所成的角.

求直线与平面所成的角既可选择传统立体几何的综合推理法,也可选择空间向量的向量法:

①求直线和平面所成角的步骤:作出斜线与其射影所成的角;证明所作的角就是要求的角;常在直角三角形(垂线、斜线、射影所组成的直角三角形)中解出所求角的大小:
②在用向量法求直线OP与α所成的角时一般有两种途径:一是直接求其中OP′,为斜线OP在平面α内的射影;二是通过求进而转化求解,其中n为平面α的法向量。

用向量求二面角注意:

①当法向量的方向分别指向二面角的内侧与外侧时,二面角θ的大小等于法向量的夹角的大小;
②当法向量的方向同时指向二面角的内侧或外侧时,二面角θ的大小等于法向量的夹角的补角的大小.

求二面角,大致有两种基本方法:

(1)传统立体几何的综合推理法:①定义法;②垂面法;③三垂线定理法;④射影面积法.
(2)空间向量的坐标法:建系并确定点及向量的坐标,分别求出两个平面的法向量,通过求两个法向量的夹角得出二面角的大小.


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