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立體幾何考點(diǎn)透視

2015-12-09 18:14周文國(guó)
中學(xué)課程輔導(dǎo)高考版·學(xué)生版 2015年12期
關(guān)鍵詞:線面二面角平行

縱觀近幾年各省高考題,命題的形式比較穩(wěn)定,難易適中.主要考查線線、線面和面面的平行和垂直,空間角和距離的計(jì)算.從解答題來(lái)看,遵循先證明后計(jì)算的原則,即融推理于計(jì)算之中,突出模型法、平移法等方法.

考點(diǎn)一:掌握平面的基本性質(zhì)

平面的基本性質(zhì)是整個(gè)立體幾何的基礎(chǔ),其中確定平面的四種方法是立體幾何問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面幾何問(wèn)題的依據(jù),該部分的主要問(wèn)題是點(diǎn)、線、面位置關(guān)系的確定,共點(diǎn)和共面問(wèn)題,主要考查對(duì)平面基本性質(zhì)的理解和掌握.

例1 正方體ABCDA1B1C1D1中,對(duì)角線A1C∩平面BDC1=O,AC和BD交于點(diǎn)M,求證:點(diǎn)C1、O、M共線.

分析:要證明若干點(diǎn)共線問(wèn)題,只需要證明這些點(diǎn)同在兩個(gè)相交平面內(nèi)即可.

證明:如圖所示,由A1A∥C1C,則AA1,CC1確定平面AA1C.

∵A1C平面AA1C,O∈A1C,∴O∈平面AA1C.

又A1C∩平面BDC1=O,∴O∈平面BDC1.O在平面BDC1與平面AA1C的交線上.

又AC∩BD=M,∴平面AA1C∩平面BDC1=C1M,∴O∈C1M,即O、C1、M三點(diǎn)共線.

點(diǎn)撥:該題的考向是點(diǎn)共線的問(wèn)題,一般轉(zhuǎn)化為證明這些點(diǎn)是某兩個(gè)平面的公共點(diǎn),這樣就可以根據(jù)公理2證明這些點(diǎn)都是在這兩個(gè)平面的交線上.

考點(diǎn)二:異面直線所成的角與線面之間的距離

我們知道空間兩條直線的位置關(guān)系有三種:平行、相交、異面.在這三種中“異面直線”是重點(diǎn),也是難點(diǎn),幾乎每年高考都要涉及到,考查的內(nèi)容多涉及到異面直線的定義,異面直線所成的角,異面直線間的距離這三方面.

求異面直線所成的角的方法有:(1)平移法;(2)向量法,主要轉(zhuǎn)化為兩條直線上兩個(gè)向量的夾角或它的補(bǔ)角,利用公式cos〈a,b〉=n1·n2|n1||n2|來(lái)計(jì)算.

例2 正方體ABCDA1B1C1D1中,M、N分別為棱AA1和BB1的中點(diǎn),若θ為CM和D1N所成的角,則sinθ的值為 .

分析:該題可以采用平移法,方法要煩瑣,但采用向量法,計(jì)算量可以大大降低.先建立空間直角坐標(biāo)系,找出CM和ND1的夾角即可.

解:建立空間直角坐標(biāo)系如圖所示:

設(shè)正方體的棱長(zhǎng)為1,則C(0,1,0),D1(0,0,1),M(1,0,12),N(1,1,12),

CM=(1,-1,12),ND1=(-1,-1,12),

∴cos〈CM,ND1〉=CM·ND1|CM||ND1|

=

-1+1+141+1+14·1+1+14=19,

則cosθ=19,θ∈(0,π),所以sinθ=459.

點(diǎn)撥:此題若不用向量法,用平移法來(lái)求解也可以,這留給同學(xué)們自己完成.

考點(diǎn)三:平行關(guān)系

考綱要求能掌握線面平行的判定定理和性質(zhì)定理,以及面面平行的判定定理和性質(zhì)定理,能運(yùn)用定理論證一些問(wèn)題.本考點(diǎn)是立體幾何的重要組成部分,是高考的重點(diǎn)內(nèi)容,主要考查的是兩方面:一是直接考查直線與平面、平面與平面的位置關(guān)系判別或平行的證明;二是通過(guò)計(jì)算題中必不可少的證明步驟間接考查直線與平面、平面與平面的平行.

例3 已知m、n是不重合的直線,α和β是不重合的平面,有下列命題:

(1)若mα,n∥α,則m∥n;

(2)若m∥α,m∥β,則α∥β;

(3)若α∩β=n,m∥n,則m∥α且m∥β;

(4)若m⊥α,m⊥β,則α∥β.

其中真命題的個(gè)數(shù)是 .

分析:(1)是假命題,如果一條直線平行于一個(gè)平面,該直線不與平面內(nèi)所有直線平行,只與部分直線平行;(2)是假命題,平行于同一直線的兩平面的位置關(guān)系不確定;(3)是假命題,因?yàn)閙可能為α和β內(nèi)的直線,則m∥α且m∥β不一定成立;(4)是真命題,垂直于同一直線的兩平面平行.

答案:1個(gè).

點(diǎn)撥:本題考查的是有關(guān)線面關(guān)系命題的真假,所以利用定理來(lái)解決上述有關(guān)問(wèn)題.

考點(diǎn)四:垂直關(guān)系

我們要理解直線和平面垂直的概念,掌握直線和平面垂直的判定定理,同時(shí)要掌握兩個(gè)平面垂直的判定定理和性質(zhì)定理.由于垂直關(guān)系是重要的位置關(guān)系,所以該考點(diǎn)在高考中考查的頻率也非常高.特別要注意垂直關(guān)系的判定與證明,其次是以垂直關(guān)系為工具解決空間中其他的計(jì)算和證明問(wèn)題.

例4 在下列關(guān)于直線l、m與平面α和β的命題中,真命題的是 .

(1)若lβ且α⊥β,則l⊥α;

(2)若l⊥β且α∥β,則l⊥α;

(3)若l⊥β且α⊥β,則l∥α;

(4)若α∩β=m且l∥m,則l∥α.

分析:高考中通常以選擇或填空的形式來(lái)考查垂直關(guān)系的判定.

(1)顯然是錯(cuò)誤的;(3)中l(wèi)可在平面α內(nèi),故l∥α錯(cuò)誤;(4)中l(wèi)可在平面α內(nèi),故l∥α錯(cuò)誤.

答案是選(2).

點(diǎn)撥:該題主要考查的是想象能力和位置關(guān)系.

考點(diǎn)五:線面所成角與二面角的平面角問(wèn)題

對(duì)于線面所成角確定的方法主要有兩種:一是通過(guò)找到這條線在平面上的射影,接下來(lái)求出這條斜線和射影所成的角就是線面所成角;二是通過(guò)利用空間向量來(lái)確定.

求二面角的平面角的方法通常有:一是利用三垂線定理或逆定理;二是作二面角棱的垂面;三是用空間向量的方法來(lái)求解,方法是:求出兩個(gè)平面的法向量n1和n2,然后利用數(shù)量積公式計(jì)算出銳二面角,其公式為|cos〈n1,n2〉|=|n1·n2||n1||n2|,當(dāng)然考慮到二面角的取值范圍是[0°,180°],所以,二面角的平面角θ與這兩個(gè)平面的法向量的夾角相等或互補(bǔ).

例5 如圖,在棱長(zhǎng)為1的正方體ABCDA1B1C1D1中,AC與BD交于點(diǎn)E,C1B與CB1交于點(diǎn)F.

(1)求證:A1C⊥平面BDC1;

(2)求二面角BEFC的平面角的余弦值.

分析:該題的第(2)問(wèn)是求二面角的平面角,這里可以利用向量來(lái)求解,則可以降低難度.

解:以C為原點(diǎn),建立如圖的空間直角坐標(biāo)系.

(1)A1(1,1,1),C(0,0,0),

則A1C=(-1,-1,-1),

又B(0,1,0),D(1,0,0),C1(0,0,1),

則BD=(1,-1,0),BC1=(0,-1,1),

則A1C·BD=0,A1C·BC1=0,

所以A1C⊥BD,A1C⊥BC1,

則A1C⊥平面BDC1.

(2)由(1)A1C⊥平面BDC1,

同理,BD1⊥平面AB1C,

則A1C與D1B可以視作為平面BDC1與平面AB1C的法向量,即為平面BEF和平面EFC的法向量,則可以求得A1C=(-1,-1,-1),D1B=(-1,1,-1),所以cos〈A1C,D1B〉=|A1C·D1B||A1C||D1B|=13.

點(diǎn)撥:本例中平面BDC1的法向量A1C和平面AB1C的法向量D1B都指向二面角的內(nèi)部,因而〈A1C,D1B〉為二面角BEFC的補(bǔ)角.若將平面AB1C的法向量改為BD1,則〈A1C,D1B〉的大小等于二面角BEFC.

同時(shí)在求兩個(gè)平面的法向量n1和n2的夾角時(shí),關(guān)鍵是求n1·n2,所以可以將其中的一個(gè)法向量分解成為兩個(gè)向量的和(或差),如n1=m1+m2,而m1與m2和n2所成的角是特殊角,這時(shí)就容易求得n1·n2的值.

(作者:周文國(guó),江蘇省張家港職業(yè)教育中心)

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