(共53张PPT)
第十一章 11.3 空间中的平行关系
掌握直线与平面平行的判定定理和性质定理,并能利用两个定理解决空间中的平行关系.
学习目标
(链接教材P101)前面我们已经通过一些常见几何体直观认识了直线在平面内、直线与平面平行、直线与平面相交,其中后两种位置关系又统称为直线在平面外,根据平面的基本事实2,如果一条直线上的两个点在一个平面内,那么这条直线在这个平面内,它是我们判断一条直线是否在平面内的重要依据.如果一条直线与平面的公共点有且只有一个,则直线与平面相交,若没有公共点,则直线与平面平行.那么如何判断直线与平面平行呢?这正是我们这一节要讲的内容.
引入
课时精练
一、直线与平面平行的判定定理
二、直线与平面平行的性质定理
三、线面平行的综合应用
课堂达标
内容索引
直线与平面平行的判定定理
一
探究1 将一本书平放在桌面上,翻动书的封面,假设封面边缘为AB,那么请思考以下两个问题:
(1)翻转中你发现了哪些变化和哪些关系?
(2)AB所在的直线与桌面所在的平面有什么样的位置关系呢?
提示 (1)翻转的过程其实是以装订边为轴的一个绕轴运动,转动过程中始终AB∥装订边.
(2)AB所在的直线与桌面所在的平面平行或AB在桌面所在平面内.
知识梳理
文字语言 如果平面外的一条直线与______________________,那么这条直线与这个平面平行
符号语言 l α,m α,l∥m l∥α
图形语言
平面内的一条直线平行
(1)判定定理简记为:线线平行 线面平行.
(2)定理中的三个条件缺一不可,特别要注意直线l不在平面α内.
温馨提示
(链接教材P102例1)如图所示,已知P是 ABCD所在平面外的一点,M是PB的中点,求证:PD∥平面MAC.
例1
连接BD交AC于点O,连接OM.
根据题意,得O是BD的中点,M是PB的中点.
所以在△BPD中,OM是中位线,所以OM∥PD.
又因为OM 平面MAC,PD 平面MAC.
所以PD∥平面MAC.
1.判定直线与平面平行的常用方法
(1)定义法:证明直线与平面没有公共点,通常要借助反证法来证明.
(2)判定定理法:由线线平行证明线面平行.
2.用直线与平面平行的判定定理证明线面平行
(1)基本步骤:
思维升华
思维升华
(2)上面的第一步是证题的关键,其常用方法有:①利用三角形中位线、梯形中位线的性质;
②利用平行四边形的性质等.
提醒:在证明线面平行时,一定要说明一条直线在平面内,一条直线在平面外,这样才可以得到结论.
如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是棱BC,C1D1的中点.求证:EF∥平面BDD1B1.
训练1
取D1B1的中点O,连接OF,OB(图略).
∴OF∥BE且OF=BE,
∴四边形OFEB是平行四边形,∴EF∥BO.
∵EF 平面BDD1B1,BO 平面BDD1B1,
∴EF∥平面BDD1B1.
直线与平面平行的性质定理
二
探究2 如图,平面α外的直线a平行于平面α内的直线b,这两条直线共面吗?直线a与平面α相交吗?
提示 直线a,b共面,直线a与平面α不相交.
知识梳理
文字语言 如果一条直线与一个平面______,且经过这条直线的平面与这个平面相交,那么这条直线就与两平面的__________
符号语言 l∥α,____________________ l∥m
图形语言
平行
交线平行
l β,α∩β=m
性质定理简记为:线面平行 线线平行.该定理是证明两直线平行的重要方法.
温馨提示
(链接教材P103例2)如图,用平行于四面体ABCD的一组对棱AB,CD的平面截此四面体,求证:四边形MNPQ是平行四边形.
例2
因为AB∥平面MNPQ,
平面ABC∩平面MNPQ=MN,且AB 平面ABC,
所以由线面平行的性质定理知,AB∥MN.
同理AB∥PQ,
所以MN∥PQ.同理可得MQ∥NP.
所以四边形MNPQ是平行四边形.
迁移
由例2知PQ∥AB,
(2)若本例中添加条件:AB⊥CD,AB=10,CD=8,且BP∶PD=1∶1,求四边形MNPQ的面积.
∵AB⊥CD,∴PQ⊥QM,
∴四边形MNPQ是矩形.
又BP∶PD=1∶1,
∴PQ=5,QM=4,
∴四边形MNPQ的面积为5×4=20.
思维升华
若题目条件中有直线l与平面α平行的条件
(1)首先观察过直线l的平面,观察这些平面与平面α是否有交线,如果有,则直线l与交线平行;
(2)若过直线l的平面与平面α没有交线,则应设法作出交线,再利用直线l与交线平行进行证明.
√
训练2
由于AD∥平面PEF,AD 平面ACD,
平面ACD∩平面PEF=FG,
根据线面平行的性质定理可知AD∥FG.
由于点D,E分别为棱PB,BC的中点,点G为CD,PE的交点,
(2)如图所示,已知AB∥平面α,AC∥BD,且AC,BD与α分别相交于点C,D.
求证:AC=BD.
如图所示,连接CD,
因为AC∥BD,所以AC与BD确定一个平面β,
又因为AB∥α,AB β,α∩β=CD,
所以AB∥CD.
所以四边形ABDC是平行四边形.
所以AC=BD.
线面平行的综合应用
三
探究3 (1)若直线l∥平面α,则l平行于平面α内的所有直线吗?
(2)若a∥α,过a与α相交的平面有多少个?这些平面与α的交线与直线a有什么关系?
提示 (1)不是.
(2)若a∥α,则过a且与α相交的平面有无数个.这些平面与α的交线与直线a之间相互平行.
如图所示,已知P是 ABCD所在平面外一点,M,N分别是AB,PC的中点,平面PBC∩平面PAD=l.
(1)l与BC是否平行?说明理由;
例3
平行,理由如下:
因为BC∥AD,BC 平面PAD,
AD 平面PAD,所以BC∥平面PAD.
又平面PBC∩平面PAD=l,BC 平面PBC,
所以BC∥l.
(2)MN与平面PAD是否平行?试证明你的结论.
平行.证明如下:如图所示,
取PD的中点E,连接AE,NE,
可以证得NE∥AM且NE=AM.
所以四边形AMNE是平行四边形,
所以MN∥AE.
又AE 平面PAD,MN 平面PAD,
所以MN∥平面PAD.
思维升华
2.应用线面平行判定定理,关键是找或作平行线,应用线面平行性质关键是找(或作)过线的平面.
平行四边形
如图,已知A,B,C,D四点不共面,且AB∥α,CD∥α,AC∩α=E,AD∩α=F,BD∩α=H,BC∩α=G,则四边形EFHG的形状是______________.
训练3
因为平面ADC∩α=EF,且CD∥α,
所以EF∥CD;
同理可证GH∥CD,EG∥AB,FH∥AB.
所以GH∥EF,EG∥FH.
所以四边形EFHG是平行四边形.
【课堂达标】
1.直线在平面外是指
A.直线与平面没有公共点 B.直线与平面相交
C.直线与平面平行 D.直线与平面最多有一个公共点
√
直线在平面外是指直线与平面相交或直线与平面平行,故选D.
2.如图,已知S为四边形ABCD外一点,G,H分别为SB,BD上的点,若GH∥平面SCD,则
A.GH∥SA B.GH∥SD
C.GH∥SC D.以上均有可能
√
因为GH∥平面SCD,GH 平面SBD,平面SBD∩平面SCD=SD,
所以GH∥SD,故选B.
3.如图,E,F分别为三棱锥A-BCD的棱BC,BA上的点,且BE∶BC=BF∶BA=1∶3,则直线EF与平面ACD的位置关系是________.
平行
因为BE∶BC=BF∶BA=1∶3,
所以EF∥AC.
又EF 平面ACD,AC 平面ACD,
所以EF∥平面ACD.
4.梯形ABCD中,AB∥CD,AB 平面α,CD 平面α,则直线CD与平面α的位置关系是________.
CD∥α
因为AB∥CD,AB 平面α,CD 平面α,由线面平行的判定定理可得CD∥α.
【课时精练】
√
1.(多选)下列说法中正确的是
A.若直线l平行于平面α内的无数条直线,则l∥α
B.若直线a在平面α外,则a∥α或a与α相交
C.若直线a∥b,b α,则a∥α
D.若直线a∥b,b α,那么直线a平行于平面α内的无数条直线
√
A中,当直线l α时,l与α不平行,故A不正确;直线在平面外包括直线与平面平行和直线与平面相交两种情况,故B正确;C中直线a可能在平面α内,故C不正确,D正确.
√
2.下列命题中正确的是
A.若直线l上有无数个点不在平面α内,则l∥α
B.若直线l与平面α平行,则l与平面α内的任意一条直线都平行
C.如果两条平行直线中的一条与一个平面平行,那么另一条也与这个平面平行
D.若直线l与平面α平行,则l与平面α没有公共点
A中,若l∩α=A时,除A点外所有的点均不在α内;
B中,l∥α时,α中有无数条直线与l异面;
C中,另一条直线可能在平面内.
√
3.如图,长方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是棱AA1和BB1的中点,过EF的平面EFGH分别交BC和AD于点G,H,则GH与AB的位置关系是
A.平行 B.相交
C.异面 D.平行或异面
由长方体性质知EF∥平面ABCD,
∵EF 平面EFGH,平面EFGH∩平面ABCD=GH,
∴EF∥GH,又∵EF∥AB,
∴GH∥AB,故选A.
√
4.已知直线l∥平面α,P∈α,那么过点P且平行于l的直线
A.只有一条,不在平面α内 B.只有一条,在平面α内
C.有两条,不一定都在平面α内 D.有无数条,不一定都在平面α内
如图所示,
∵l∥平面α,P∈α,
∴直线l与点P确定一个平面β,α∩β=m,
∴P∈m,
∴l∥m且m是唯一的.
√
5.如图,P为矩形ABCD所在平面外一点,矩形对角线交点为O,M为PB的中点,给出五个结论:
①OM∥PD;②OM∥平面PCD;③OM∥平面PDA;④OM∥平面PBA;⑤OM∥平面PBC.其中正确的个数为
A.1 B.2 C.3 D.4
由题意知,OM∥PD,且OM 平面PCD,OM 平面PAD,则OM∥平面PCD,且OM∥平面PDA,OM与平面PBA、平面PBC均相交,故正确的个数有3个.
6.直线a∥平面α,α内有n条直线交于一点,则这n条直线中与直线a平行的直线有______________条.
0或1
过直线a与交点作平面β,设平面β与α交于直线b,则a∥b,若所给n条直线中有1条是与b重合的,则此直线与直线a平行,若没有与b重合的,则与直线a平行的直线有0条.
如图,连接AC交BE于点O,连接OF.
8.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=2,点E为AD的中点,点F在CD上.若EF∥平面AB1C,则线段EF的长度为________.
9.在如图所示的几何体中,四边形ABCD为平行四边形,∠ACB=90°,EF∥AB,FG∥BC,EG∥AC,AB=2EF,M是线段AD的中点,求证:GM∥平面ABFE.
因为EF∥AB,FG∥BC,EG∥AC,∠ACB=90°,
所以△ABC∽△EFG,∠EGF=90°.
由于AB=2EF,
因此BC=2FG.
如图,连接AF.
在 ABCD中,M是线段AD的中点,
因此FG∥AM且FG=AM,
所以四边形AFGM为平行四边形,
因此GM∥FA.
又FA 平面ABFE,GM 平面ABFE,
所以GM∥平面ABFE.
10.已知有公共边AB的两个全等的矩形ABCD和ABEF不同在一个平面内,P,Q分别是对角线AE,BD上的点,且AP=DQ.求证:PQ∥平面CBE.
法一 作PM∥AB交BE于点M,作QN∥AB交BC于点N,连接MN,如图,则PM∥QN,
又∵EA=BD,AP=DQ,∴EP=BQ.
又AB=CD,∴PM=QN,
∴四边形PMNQ是平行四边形,∴PQ∥MN.
又PQ 平面CBE,MN 平面CBE,∴PQ∥平面CBE.
法二 连接AQ,并延长交直线BC于点R,连接ER,如图.
又PQ 平面CBE,ER 平面CBE,
∴PQ∥平面CBE.
√
如图,取CB1的中点G,连接GE,DG,
∴四边形ADGE为平行四边形,
则AE∥DG,又AE 平面DB1C,
DG 平面DB1C,可得AE∥平面DB1C.
12.(多选)已知直线l,a,b和平面α,则下列结论正确的是
A.若a∥α,b∥α,则a∥b
B.若直线l与平面α内的任意一条直线都不平行,则直线l和平面α相交
C.若l α,则直线l与平面α内某些直线平行
D.若l∩α=A,则存在平面α内的直线b,使b⊥l
√
√
A中,直线a,b可以平行、相交、异面;C中,
如果直线l和平面α相交,那么在α内没有直线与其平行.B,D正确.
13.如图,已知ABCD是平行四边形,点P是平面ABCD外一点,M是PC的中点,在DM上取一点G,过G和AP作平面交平面BDM于GH.求证:AP∥GH.
法一 如图,连接AC交BD于O,连接MO.
∵四边形ABCD是平行四边形,∴O是AC的中点.
又∵M是PC的中点,∴AP∥OM.
∵OM 平面BMD,PA 平面BMD,∴PA∥平面BMD.
∵平面PAHG∩平面BMD=GH,PA 平面PAHG,
∴PA∥GH.
法二 同法一有AP∥OM.
∵PA 平面PAHG,OM 平面PAHG,
∴OM∥平面PAHG.
∵平面PAHG∩平面BMD=GH,
OM 平面BMD,
∴OM∥GH,∴AP∥GH.
14.在直三棱柱ABC-A1B1C1中,D为AA1中点,点P在侧面BCC1B1上运动,当点P满足条件____________________时,A1P∥平面BCD(答案不唯一,填一个满足题意的条件即可).
P是CC1的中点
如图,取CC1中点P,连接A1P,
∵在直三棱柱ABC-A1B1C1中,D为AA1中点,点P在侧面BCC1B1上运动,
∴当点P满足条件P是CC1的中点时,A1P∥CD,
∵A1P 平面BCD,CD 平面BCD,
∴当点P满足条件P是CC1的中点时,A1P∥平面BCD.