高中数学人教B版 (2019)必修 第四册11.4.1 直线与平面垂直学案

这是一份高中数学人教B版 (2019)必修 第四册11.4.1 直线与平面垂直学案，共6页。学案主要包含了学习目标，学习重难点，学习过程，学习小结，精炼反馈等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】
1．通过平面与平面垂直的定义学习，培养直观想象的核心素养。
2．借助线面垂直的性质定理与判定定理，培养逻辑推理、数学抽象的核心素养。
【学习重难点】
1．了解面面垂直的定义。
2．掌握面面垂直的性质定理和判定定理。
3．灵活运用线面、面面垂直的判定定理和性质定理解决空间中的位置关系问题。
【学习过程】
一、基础铺垫
一般地，平面内的一条直线把一个平面分成两部分，其中的每一部分都称为一个______。从一条直线出发的两个半平面所组成的图形称为______，这条直线称为二面角的棱，这两个半平面称为二面角的面。
如图所示，在二面角α-1-β的棱上任取一点O，以O为垂足，分别在半平面α和β内作______于棱的射线OA和OB，则射线OA和OB所成的角称为二面角的______。二面角的大小用它的平面角的大小来度量，即二面角大小等于它的平面角大小。
特别地，平面角是直角的二面角称为______。
二、合作探究
1．面面垂直性质定理
【例1】 如图所示，P是四边形ABCD所在平面外的一点，四边形ABCD是边长为a的菱形且∠DAB＝60°，侧面PAD为正三角形，其所在平面垂直于底面ABCD．
（1）若G为AD的中点，求证：BG⊥平面PAD；
（2）求证：AD⊥PB．
[思路探究] （1）eq \x(菱形ABCD，∠DAB＝60°)―→eq \x(△ABD为正三角形)―→
eq \x(BG⊥AD)eq \(―――――――――→,\s\up10(面PAD⊥底面ABCD))eq \x(BG⊥平面PAD)
（2）要证AD⊥PB，只需证AD⊥平面PBG即可。
2．平面与平面垂直的判定
【例2】 如图，AB是⊙O的直径，PA垂直于⊙O所在的平面，C是圆周上异于A．B的任意一点，求证：平面PAC⊥平面PBC．
3．垂直关系的综合应用
[探究问题]
（1）如图所示，在四棱锥P­ABCD中，底面是边长为a的正方形，侧棱PD＝a，PA＝PC＝eq \r(2)a，你能证明PD⊥平面ABCD吗？
[提示] ∵PD＝a，DC＝a，PC＝eq \r(2)a，∴PC2＝PD2＋DC2，∴PD⊥DC．
同理可证PD⊥AD，
∵AD⊂平面ABCD，DC⊂平面ABCD，且AD∩DC＝D，
∴PD⊥平面ABCD．
（2）如图所示，已知圆锥的顶点为S，AB为底面圆O的直径，点D为线段AB上一点，且AD＝eq \f(1,3)DB，点C为圆O上一点，且BC＝eq \r(3)AC，P为母线SA上的点，其在底面圆O上的正投影为点D，求证：PA⊥CD．
[提示] 连接CO（图略），由3AD＝DB知，D为AO的中点，又AB为圆O的直径，∴AC⊥CB，
由eq \r(3)AC＝BC知，∠CAB＝60°，
∴△ACO为等边三角形，从而CD⊥AO。
∵点P在圆O所在平面上的正投影为点D，
∴PD⊥平面ABC，又CD⊂平面ABC，∴PD⊥CD，
由PD∩AO＝D得，CD⊥平面PAB，
又PA⊂平面PAB，∴PA⊥CD．
（3）试总结线线垂直、线面垂直、面面垂直之间的转化关系。
[提示] 垂直问题转化关系如下所示：
【例3】 如图，在四棱锥P­ABCD中，侧面PAD是正三角形，且与底面ABCD垂直，底面ABCD是边长为2的菱形，∠BAD＝60°，N是PB的中点，过A，D，N三点的平面交PC于M，E为AD的中点。求证：
（1）EN∥平面PDC；
（2）BC⊥平面PEB；
（3）平面PBC⊥平面ADMN。
[思路探究] （1）证明EN∥DM；
（2）由AD∥BC可证AD⊥平面PEB；
（3）利用（2）可证PB⊥平面ADMN。
【学习小结】
1．平面与平面垂直的判定
（1）平面与平面垂直
①定义：如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直，又这两个平面与第三个平面相交所得的两条交线互相垂直，就称这两个平面互相垂直。
②画法：
记作：α⊥β。
（2）判定定理
2．平面与平面垂直的性质定理
【精炼反馈】
1．判断（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）如果两个平面互相垂直，那么一个平面内的一条直线不一定垂直于另一个平面。（ ）
（2）如果两个平面互相垂直，那么过交线上的一点垂直于交线的直线，垂直于另一个平面。（ ）
（3）如果两个平面互相垂直，那么分别在两个平面内的两条直线分别垂直。（ ）
2．下列命题中错误的是（ ）
A．如果平面α⊥平面β，那么平面α内一定存在直线平行于平面β
B．如果平面α不垂直于平面β，那么平面α内一定不存在直线垂直于平面β
C．如果平面α⊥平面γ，平面β⊥平面γ，α∩β＝l，那么l⊥平面γ
D．如果平面α⊥平面β，那么平面α内所有直线都垂直于平面β
3．下列四个命题中，正确的序号有________。
①α∥β，β⊥γ，则α⊥γ；
②α∥β，β∥γ，则α∥γ；
③α⊥β，γ⊥β，则α⊥γ；
④α⊥β，γ⊥β，则α∥γ。
4．（2019·全国卷Ⅲ）图1是由矩形ADEB，Rt△ABC和菱形BFGC组成的一个平面图形，其中AB＝1，BE＝BF＝2，∠FBC＝60°。将其沿AB，BC折起使得BE与BF重合，连结DG，如图2．
图1 图2
（1）证明：图2中的A，C，G，D四点共面，且平面ABC⊥平面BCGE；
（2）求图2中的四边形ACGD的面积。
文字语言
图形语言
符号语言
如果一个平面过另一个平面的一条垂线，则这两个平面垂直
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(l⊥β,l⊂α))⇒α⊥β
文字语言
如果两个平面互相垂直，那么在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面
符号语言
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(α⊥β,α∩β＝l,a⊂α,a⊥l))⇒a⊥β
图形语言