2020年高考數(shù)學一輪經(jīng)典例題 兩平面的平行判定和性質(zhì) 理

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1、2020年高考數(shù)學（理）一輪經(jīng)典例題——兩平面的平行判定和性質(zhì) 典型例題一 例1：已知正方體． 求證：平面平面． 證明：∵為正方體， ∴，? 又 平面， 故?平面． 同理?平面． 又?， ∴ 平面平面． 說明：上述證明是根據(jù)判定定理1實現(xiàn)的．本題也可根據(jù)判定定理2證明，只需連接即可，此法還可以求出這兩個平行平面的距離． 典型例題二 例2：如圖，已知，，． 求證：． 證明：過直線作一平面，設(shè)，． ∵ ∴ 又 ∴ 在同一個平面內(nèi)過同一點有兩條直線與直線平行 ∴與重合

2、，即． 說明：本題也可以用反證法進行證明． 典型例題三 例3：如果一條直線與兩個平行平面中的一個相交，那么它和另一個也相交． 已知：如圖，，． 求證：與相交． 證明：在上取一點，過和作平面，由于與α有公共點，與有公共點． ∴與、都相交． 設(shè)，． ∵ ∴ 又、、都在平面內(nèi)，且和交于． ∵與相交． 所以與相交． 典型例題四 例4：已知平面，，為夾在，間的異面線段，、分別為、的中點． 求證： ，． 證明：連接并延長交于． ∵ ∴?，確定平面，且，． ∵，所以?， ∴ ， 又?，， ∴ △≌△． ∴ ． 又 ， ∴ ，

3、． 故?． 同理 說明：本題還有其它證法，要點是對異面直線的處理． 典型例題六 例6　如圖，已知矩形的四個頂點在平面上的射影分別為、、、，且、、、互不重合，也無三點共線． 求證：四邊形是平行四邊形． 證明：∵， ∴ 不妨設(shè)和確定平面． 同理 和確定平面． 又，且 ∴ 同理 又 ∴ 又， ∴． 同理． ∴四邊形是平行四邊形． 典型例題七 例7　設(shè)直線、，平面、，下列條件能得出的是（　　）． A．，，且，　　B．，，且 C．，，且　　　　　　D．，，且 分析：選項A是錯誤

4、的，因為當時，與可能相交．選項B是錯誤的，理由同A．選項C是正確的，因為，，所以，又∵，∴．選項D也是錯誤的，滿足條件的可能與相交． 答案：C 說明：此題極易選A，原因是對平面平行的判定定理掌握不準確所致． 本例這樣的選擇題是常見題目，要正確得出選擇，需要有較好的作圖能力和對定理、公理的準確掌握、深刻理解，同時要考慮到各種情況． 典型例題八 例8　設(shè)平面平面，平面平面，且、分別與相交于、，．求證：平面平面． 分析：要證明兩平面平行，只要設(shè)法在平面上找到兩條相交直線，或作出相交直線，它們分別與平行（如圖）． 證明：在平面內(nèi)作直線直線，在平面內(nèi)作直線直線． ∵平面平面，

5、∴平面，平面， ∴． 又∵，，， ∴平面平面． 說明：如果在、內(nèi)分別作，，這樣就走了彎路，還需證明、在、內(nèi)，如果直接在、內(nèi)作、的垂線，就可推出． 由面面垂直的性質(zhì)推出“線面垂直”，進而推出“線線平行”、“線面平行”，最后得到“面面平行”，最后得到“面面平行”．其核心是要形成應用性質(zhì)定理的意識，在立體幾何證明中非常重要． 典型例題九 例9　如圖所示，平面平面，點、，點，是、的公垂線，是斜線．若，，、分別是和的中點， (1)求證：； (2)求的長． 分析：（1）要證，取的中點，只要證明所在的平面．為此證明，即可．(2)要求之長，在中，、的長度易知，關(guān)鍵在于證明，從而由勾

6、股定理可以求解． 證明：(1)連結(jié)，設(shè)是的中點，分別連結(jié)、． ∵是的中點，∴． 又，∴． 同理∵是的中點，∴． ∵，∴． ∵，，∴平面． ∵平面，∴． (2)分別連結(jié)、． ∵，， 又∵是、的公垂線，∴， ∴≌，∴， ∴是等腰三角形． 又是的中點，∴． 在中，． 說明：(1)證“線面平行”也可以先證“面面平行”，然后利用面面平行的性質(zhì)，推證“線面平行”，這是一種以退為進的解題策略． (2)空間線段的長度，一般通過構(gòu)造三角形、然后利用余弦定理或勾股定理來求解． (3)面面平行的性質(zhì)：①面面平行，則線面平行；②面面平行，則被第三個平面所截得的交線平行．

7、典型例題十 例10 如果平面內(nèi)的兩條相交直線與平面所成的角相等，那么這兩個平面的位置關(guān)系是__________． 分析：按直線和平面的三種位置關(guān)系分類予以研究． 解：設(shè)、是平面內(nèi)兩條相交直線． (1)若、都在平面內(nèi)，、與平面所成的角都為，這時與重合，根據(jù)教材中規(guī)定，此種情況不予考慮． (2)若、都與平面相交成等角，且所成角在內(nèi)； ∵、與有公共點，這時與相交． 若、都與平面成角，則，與已知矛盾．此種情況不可能． (3)若、都與平面平行，則、與平面所成的角都為，內(nèi)有兩條直線與平面平行，這時． 綜上，平面、的位置關(guān)系是相交或平行． 典型例題十一 例11　試證經(jīng)過平面外

8、一點有且只有一個平面和已知平面平行． 已知：， 求證：過有且只有一個平面． 分析：“有且只有”要準確理解，要先證這樣的平面是存在的，再證它是惟一的，缺一不可． 證明：在平面內(nèi)任作兩條相交直線和，則由知，，． 點和直線可確定一個平面，點和直線可確定一個平面． 在平面、內(nèi)過分別作直線、， 故、是兩條相交直線，可確定一個平面． ∵，，，∴． 同理． 又，，，∴． 所以過點有一個平面． 假設(shè)過點還有一個平面， 則在平面內(nèi)取一直線，，點、直線確定一個平面，由公理2知： ，， ∴，， 又，， 這與過一點有且只有一條直線與已知直線平行相矛盾，因此假設(shè)不成立， 所以平面

9、只有一個． 所以過平面外一點有且只有一個平面與已知平面平行． 典型例題十二 例12　已知點是正三角形所在平面外的一點，且，為上的高，、、分別是、、的中點，試判斷與平面內(nèi)的位置關(guān)系，并給予證明 分析1：如圖，觀察圖形，即可判定平面，要證明結(jié)論成立，只需證明與平面內(nèi)的一條直線平行． 觀察圖形可以看出：連結(jié)與相交于，連結(jié)，就是適合題意的直線． 怎樣證明？只需證明是的中點． 證法1：連結(jié)交于點， ∵是的中位線， ∴． 在中，是的中點，且， ∴為的中點． ∵是的中位線，∴． 又平面，平面， ∴平面． 分析2：要證明平面，只需證明平面平面，要證明平面平面，只需證明，而

10、，可由題設(shè)直接推出． 證法2：∵為的中位線， ∴． ∵平面，平面， ∴平面． 同理：平面，， ∴平面平面，又∵平面， ∴平面． 典型例題十三 例13　如圖，線段分別交兩個平行平面、于、兩點，線段分別交、于、兩點，線段分別交、于、兩點，若，，，的面積為72，求的面積． 分析：求的面積，看起來似乎與本節(jié)內(nèi)容無關(guān)，事實上，已知的面積，若與的對應邊有聯(lián)系的話，可以利用的面積求出的面積． 解：∵平面，平面， 又∵，∴． 同理可證：，∴與相等或互補，即． 由，得， ∴ 由，得：，∴． 又∵的面積為72，即． ∴ ． ∴的面積為84平方單位． 說明：

11、應用兩個平行的性質(zhì)一是可以證明直線與直線的平行，二是可以解決線面平行的問題．注意使用性質(zhì)定理證明線線平行時，一定第三個平面與兩個平行平面相交，其交線互相平行． 典型例題十四 例14 在棱長為的正方體中，求異面直線和之間的距離． 分析：通過前面的學習，我們解決了如下的問題：若和是兩條異面直線，則過且平行于的平面必平行于過且平行于的平面．我們知道，空間兩條異面直線，總分別存在于兩個平行平面內(nèi)．因此，求兩條異面直線的距離，有時可以通過求這兩個平行平面之間的距離來解決． 具體解法可按如下幾步來求：①分別經(jīng)過和找到兩個互相平等的平面；②作出兩個平行平面的公垂線；③計算公垂線夾在兩個平等平面間

12、的長度． 解：如圖， 根據(jù)正方體的性質(zhì)，易證： 連結(jié)，分別交平面和平面于和 因為和分別是平面的垂線和斜線，在平面內(nèi)， 由三垂線定理：，同理： ∴平面，同理可證：平面 ∴平面和平面間的距離為線段長度． 如圖所示： 在對角面中，為的中點，為的中點 ∴． ∴和的距離等于兩平行平面和的距離為． 說明：關(guān)于異面直線之間的距離的計算，有兩種基本的轉(zhuǎn)移方法：①轉(zhuǎn)化為線面距．設(shè)、是兩條異面直線，作出經(jīng)過而和平行的平面，通過計算和的距離，得出和距離，這樣又回到點面距離的計算；②轉(zhuǎn)化為面面距，設(shè)、是兩條異面直線，作出經(jīng)過而和平行的平面，再作出經(jīng)過和平行的平面，通過計算、之間的距

13、離得出和之間的距離． 典型例題十五 例15　正方體棱長為，求異面直線與的距離． 解法1：（直接法）如圖： 取的中點，連結(jié)、分別交、于、兩點， 易證：，，． ∴為異面直線與的公垂線段，易證：． 小結(jié)：此法也稱定義法，這種解法是作出異面直線的公垂線段來解．但通常尋找公垂線段時，難度較大． 解法2：（轉(zhuǎn)化法）如圖： ∵平面， ∴與的距離等于與平面的距離， 在中，作斜邊上的高，則長為所求距離， ∵，， ∴，∴． 小結(jié)：這種解法是將線線距離轉(zhuǎn)化為線面距離． 解法3：（轉(zhuǎn)化法）如圖： ∵平面平面， ∴與的距離等于平面與平面的距離． ∵平面，且被平面和

14、平面三等分； ∴所求距離為． 小結(jié)：這種解法是線線距離轉(zhuǎn)化為面面距離． 解法4：（構(gòu)造函數(shù)法）如圖： 任取點，作于點，作于點，設(shè)， 則，，且 ∴． 則 ， 故的最小值，即與的距離等于． 小結(jié)：這種解法是恰當?shù)倪x擇未知量，構(gòu)造一個目標函數(shù)，通過求這個函數(shù)的最小值來得到二異面直線之間的距離． 解法5：（體積橋法）如圖： 當求與的距離轉(zhuǎn)化為求與平面的距離后，設(shè)點到平面的距離為， 則． ∵， ∴．即與的距離等于． 小結(jié)：本解法是將線線距離轉(zhuǎn)化為線面距離，再將線面距離轉(zhuǎn)化為錐體化為錐體的高，然后用體積公式求之．這種方法在后面將要學到． 說明：求異面直線距離的方法

15、有： (1)（直接法）當公垂線段能直接作出時，直接求．此時，作出并證明異面直線的公垂線段，是求異面直線距離的關(guān)鍵． (2)（轉(zhuǎn)化法）把線線距離轉(zhuǎn)化為線面距離，如求異面直線、距離，先作出過且平行于的平面，則與距離就是、距離．（線面轉(zhuǎn)化法）． 也可以轉(zhuǎn)化為過平行的平面和過平行于的平面，兩平行平面的距離就是兩條異面直線距離．（面面轉(zhuǎn)化法）． (3)（體積橋法）利用線面距再轉(zhuǎn)化為錐體的高用何種公式來求． (4)（構(gòu)造函數(shù)法）常常利用距離最短原理構(gòu)造二次函數(shù)，利用求二次函數(shù)最值來解． 兩條異面直線間距離問題，教科書要求不高（要求會計算已給出公垂線時的距離），這方面的問題的其他解法，要適度接觸

16、，以開闊思路，供學有余力的同學探求． 典型例題十六 例16　如果，和是夾在平面與之間的兩條線段，，且，直線與平面所成的角為，求線段長的取值范圍． 解法1：如圖所示： 作于，連結(jié)、、 ∵，，， ∴在中，由余弦定理，得： ． ∵，∴是與所在的角． 又∵， ∴也就等于與所成的角，即． ∵， ∴，，，， ∴，即：． ∴，即長的取值范圍為． 解法2：如圖： ∵ ∴必在過點且與直線垂直的平面內(nèi) 設(shè)，則在內(nèi)，當時，的長最短，且此時 而在內(nèi)，點在上移動，遠離垂足時，的長將變大， 從而， 即長的取值范圍是． 說明：(1)本題考查直線和直線、直線和平面、

17、平面和平面的位置關(guān)系，對于運算能力和空間想象能力有較高的要求，供學有余力的同學學習． (2)解法1利用余弦定理，采用放縮的方法構(gòu)造出關(guān)于長的不等式，再通過解不等式得到長的范圍，此方法以運算為主． (3)解法2從幾何性質(zhì)角度加以解釋說明，避免了繁雜的運算推導，但對空間想象能力要求很高，根據(jù)此解法可知線段是連結(jié)異面直線和上兩點間的線段，所以是與的公垂線段時，其長最短． 典型例題十七 例17　如果兩個平面分別平行于第三個平面，那么這兩個平面互相平行． 已知：，，求證：． 分析：本題考查面面平行的判定和性質(zhì)定理以及邏輯推理能力．由于兩個平面沒有公共點稱兩平面平行，帶有否定性結(jié)論的命題常

18、用反證法來證明，因此本題可用反證法證明．另外也可以利用平行平面的性質(zhì)定理分別在三個平面內(nèi)構(gòu)造平行且相交的兩條直線，利用線線平行來推理證明面面平行，或者也可以證明這兩個平面同時垂直于某一直線． 證明一：如圖， 假設(shè)、不平行，則和相交． ∴和至少有一個公共點，即，． ∵，， ∴． 于是，過平面外一點有兩個平面、都和平面平行， 這和“經(jīng)過平面外一點有且只有一個平面與已知平面平行”相矛盾，假設(shè)不成立。 ∴． 證明二：如圖，在平面內(nèi)任取一點，過點作直線與相交． ∵，∴與也相交． ∵，∴與也相交． 過作兩相交平面分別與交于直線、，且與、，交于直線、． ∵，∴． ∵，∴．

19、 ∴． ∵，， ∴． 同理． 又∵，、， ∴． 證明三：如圖，任作直線， ∵，∴． ∵，∴． ∴． 說明：證明兩個平面平行，可根據(jù)定義、應用判定定理來證明． 典型例題十八 例18　如圖，已知、是異面直線，求證：過和分別存在平面和，使． 分析：本題考查面面平行及線面垂直的判定和綜合推理能力．根據(jù)前面學過的知識，過異面直線中的一條有且僅有一個平面與另一條平行．這樣過和分別有平面與另一條線平行．那么這兩個平面是不是互相平行呢？這兩個平面是不是就是我們所要找的和？ 證明：在直線上任取一點，過點作直線． 故過和可確定一平面記為， 在直線上任取一點． 過點作直線． 同理過和可確定一平面，記為． ∵，， ∴．同理． ∵，，． ∴． 說明：由此題結(jié)論可知，兩異面直線必定存在于兩個互相平行的平面中．所以兩異面直線間的距離就可轉(zhuǎn)化為兩平行平面間的距離（本題易證和的公垂線段垂直于兩平行平面）．