2022版高三全国统考数学（文）大一轮备考课件：第8章第4讲 直线、平面垂直的判定及性质

这是一份2022版高三全国统考数学（文）大一轮备考课件：第8章第4讲 直线、平面垂直的判定及性质，共34页。PPT课件主要包含了考点帮·必备知识通关，考法帮·解题能力提升，通思想∙方法指导，提能力∙数学探索，考情解读，图8-4-6，垂直的转化等内容，欢迎下载使用。

考点1 直线与平面垂直的判定与性质
考点2 平面与平面垂直的判定与性质
考法1 线面垂直的判定与性质
考法2 面面垂直的判定与性质
高分帮 ·“双一流”名校冲刺
思想方法 转化思想在立体几何中的应用
数学探索1 立体几何中的探索性问题
数学探索2 立体几何中的翻折问题
考点1 直线与平面垂直的判定与性质考点2 平面与平面垂直的判定与性质
考点1 直线与平面垂直的判定与性质
1.直线和平面垂直的定义直线l与平面α内的任何一条直线都垂直,就说直线l与平面α互相垂直.2.直线与平面垂直的判定定理和性质定理
规律总结 直线与平面垂直的6个结论(1)若一条直线垂直于一个平面,则它垂直于这个平面内的任何一条直线(证明线线垂直的一个重要方法).(2)若两条平行线中的一条直线垂直于一个平面,则另一条直线也垂直于这个平面.(3)若一条直线垂直于两平行平面中的一个平面,则这条直线与另一个平面也垂直.(4)两个相交平面同时垂直于第三个平面,它们的交线也垂直于第三个平面.(5)三垂线定理:平面内的一条直线,如果它和这个平面的一条斜线的射影垂直,那么它也和这条斜线垂直.(6)三垂线定理的逆定理:平面内的一条直线,如果它和这个平面的一条斜线垂直,那么它也和这条斜线在这个平面内的射影垂直.
考点2 平面与平面垂直的判定与性质
1.平面与平面垂直的定义一般地,两个平面相交,如果它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直.2.平面与平面垂直的判定定理和性质定理
考法1 线面垂直的判定与性质考法2 面面垂直的判定与性质
考法1 线面垂直的判定与性质
示例1 如图8-4-3,在直三棱柱ABC-A1B1C1中, AB=AC=AA1=3,BC=2,D是BC的中点,F是CC1上一点.(1)当CF=2时,证明:B1F⊥平面ADF.(2)若FD⊥B1D,求三棱锥B1-ADF的体积.
思维导引 (1)证明B1F与两直线AD,DF垂直,利用线面垂直的判定定理得出B1F⊥平面ADF;(2)若FD⊥B1D,则Rt△CDF∽Rt△BB1D,可求DF,即可求三棱锥B1-ADF的体积.
方法技巧 1.证明线面垂直的常用方法(1)利用线面垂直的判定定理(a⊥b,a⊥c,b∩c=M,b⊂α,c⊂α⇒a⊥α);(2)利用面面垂直的性质定理(α⊥β,α∩β=l,a⊥l,a⊂β⇒a⊥α);(3)利用面面平行的性质(a⊥α,α∥β⇒a⊥β);(4)利用垂直于平面的传递性(a∥b,a⊥α⇒b⊥α).2.证明线线垂直的常用方法(1)利用线面垂直的性质证明线线垂直;(2)计算两条直线的夹角为90°或运用勾股定理判断垂直.
3.证明线面垂直的关键是证明线线垂直,而证明线线垂直则需借助线面垂直的性质.因此,判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的基本思想.思维流程如下:
考法2 面面垂直的判定与性质
示例2 [2018北京,18,14分][文]如图8-4-5,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,平面PAD⊥平面ABCD,PA⊥PD,PA=PD,E,F分别为AD,PB的中点.(Ⅰ)求证:PE⊥BC.(Ⅱ)求证:平面PAB⊥平面PCD.(Ⅲ)求证:EF∥平面PCD.
思维导引 (Ⅰ)欲证PE⊥BC,只需证明PE⊥AD即可;(Ⅱ)先证PD⊥平面PAB,进而可证明平面PAB⊥平面PCD;(Ⅲ)取PC的中点G,连接FG,DG,通过证明EF∥DG,可证得EF∥平面PCD.
解析 （Ⅰ)因为PA=PD,且E为AD的中点,所以PE⊥AD.因为底面ABCD为矩形,所以BC∥AD,所以PE⊥BC.(Ⅱ)因为底面ABCD为矩形,所以AB⊥AD.因为平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,所以AB⊥平面PAD.(面面垂直的性质定理)所以AB⊥PD.(线面垂直的性质定理)又PA⊥PD, PA∩AB=A,所以PD⊥平面PAB,(线面垂直的判定定理)又PD⊂平面PCD,所以平面PAB⊥平面PCD.(面面垂直的判定定理)
方法技巧1.证明面面垂直的方法(1)利用面面垂直的定义,即判定两平面所成的二面角为直二面角,将证明面面垂直的问题转化为证明平面角为直角的问题.(2)利用面面垂直的判定定理,即证明其中一个平面经过另一个平面的一条垂线,进而把问题转化为证明线线垂直加以解决.2.面面垂直性质的应用(1)两平面垂直的性质定理是把面面垂直转化为线面垂直的依据,运用时要注意“平面内的直线”这一条件.(2)两个相交平面同时垂直于第三个平面,它们的交线也垂直于第三个平面.
高分帮·“双一流”名校冲刺
通思想∙ 方法指导思想方法 转化思想在立体几何中的应用提能力∙ 数学探索数学探索1 立体几何中的探索性问题数学探索2 立体几何中的翻折问题
思想方法 转化思想在立体几何中的应用
示例3 [2021大同市调研测试]如图8-4-8,在圆柱W中,点O1,O2分别为上、下底面圆的圆心,平面MNFE是轴截面,点H在上底面圆周上(异于N,F),点G为下底面圆弧ME的中点,点H与点G在平面MNFE的同侧,圆柱W的底面圆的半径为1.(1)若平面FNH⊥平面NHG,证明NG⊥FH;(2)若直线O1H∥平面FGE,求点H到平面FGE的距离.
思维导引 (1)因为H是上底面圆周上一点,所以HN⊥FH,根据面面垂直的性质得FH⊥平面NHG,所以FH⊥NG;(2)连接O1O2,O2H,则O1O2∥FE,可得O1O2∥平面FGE,结合O1H∥平面FGE,可将点H到平面FGE的距离转化为点O2到平面FGE的距离.
解析 （1)因为平面FNH⊥平面NHG,平面FNH∩平面NHG=NH,NH⊥FH,FH⊂平面FNH,所以FH⊥平面NHG,(面面垂直转化为线面垂直)又NG⊂平面NHG,所以FH⊥NG.(线面垂直转化为线线垂直)(2)如图8-4-9所示,连接O1O2,O2H,因为O1O2∥EF,O1O2⊄平面FGE,EF⊂平面FGE,所以O1O2∥平面FGE.(线线平行转化为线面平行)
方法技巧 转化思想常用来解决立体几何中的体积问题,线面平行、垂直问题,当体积不易直接求解时,可转换底面和高求解,求解线面位置关系问题的指导思想是线线、线面、面面关系的相互转化.运用转化思想求解立体几何问题时,既要注意一般问题的转化规律,也要看清题目的具体条件,选择正确的转化方向,使用定理时要对照条件,步骤书写要规范.
规律总结1.三种平行关系的转化
2.三种垂直关系的转化
数学探索1 立体几何中的探索性问题
示例4 [2019北京,18,14分][文]如图8-4-10,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD为菱形,E为CD的中点.(Ⅰ)求证:BD⊥平面PAC.(Ⅱ)若∠ABC=60°,求证:平面PAB⊥平面PAE.(Ⅲ)棱PB上是否存在点F,使得CF∥平面PAE?说明理由.
解析 (Ⅰ)因为PA⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD,所以PA⊥BD.因为底面ABCD为菱形,所以BD⊥AC.又PA∩AC=A,所以BD⊥平面PAC.
(Ⅱ)因为PA⊥平面ABCD,AE⊂平面ABCD,所以PA⊥AE.因为底面ABCD为菱形,∠ABC=60°,且E为CD的中点,所以AE⊥CD.所以AB⊥AE.又PA∩AB=A,所以AE⊥平面PAB.又AE⊂平面PAE,所以平面PAB⊥平面PAE.
方法技巧 解决立体几何中的探索性问题的策略1.通常假定题中的数学对象存在(或结论成立)或暂且认可其中的一部分结论,然后在这个前提下进行逻辑推理,若由此导出矛盾,则否定假设;否则,给出肯定结论.2.涉及线段上点的位置的探索性问题一般先根据条件猜测点的位置再给出证明,所求点多为中点或三等分点中的某一个,也可以根据相似知识找点,求解时注意三点共线条件的应用. 注意 猜测点的位置时,注意特殊位置关系和极端情形的应用.
数学探索2 立体几何中的翻折问题
示例5 [2019全国卷Ⅲ,19,12分][文]图8-4-12(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,连接DG,如图8-4-12(2).(1)证明:图8-4-12(2)中的A,C,G,D四点共面,且平面ABC⊥平面BCGE.(2)求图8-4-12(2)中的四边形ACGD的面积.
(1)翻折后,由已知得AD∥BE,CG∥BE,(位于“折痕”同侧的点、线、面之间的位置关系不变)所以AD∥CG,故AD,CG确定一个平面,从而A,C,G,D四点共面.由已知得AB⊥BE,(与折痕垂直的线段,翻折前后垂直关系不变)AB⊥BC,BC∩BE=B,故AB⊥平面BCGE.又AB⊂平面ABC,所以平面ABC⊥平面BCGE.(2)如图8-4-13,取CG的中点M,连接EM,DM.