空间中的垂直关系(1)
1.将直线与平面垂直的判定定理“如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这条直线垂直于这个平面”用集合符号语言表示为( ).
A.mα,mn=B,l⊥n,l⊥ml⊥α
B.mα,nα,mn=B,l⊥m,l⊥nl⊥α
C.mα,nα,mn=Bl⊥n,l⊥m,l⊥α
D.mα,nα,l⊥m,l⊥nl⊥α
2.过平面α外一点P,
①存在无数条直线与平面α平行;
②存在无数条直线与平面α垂直;
③有且只有一条直线与平面α平行;
④有且只有一条直线与平面α垂直.
其中正确命题的个数是( ).
A.1
B.2
C.3
D.4
3.给定下列四个命题:
①若一个平面内的两条直线与另一个平面都平行,那么这两个平面相互平行;
②直线a不垂直于平面α,则α内与a垂直的直线有无数条;
③垂直于同一直线的两条直线相互平行;
④在空间中,过一点与已知直线垂直的直线有无数条.
其中真命题是( ).
A.①和③
B.②和③
C.③和④
D.②和④
4.与空间四边形ABCD的四个顶点距离相等的平面共有( ).
A.1个
B.5个
C.6个
D.7个
5.如图,已知矩形ABCD中,AB=1,BC=a,PA⊥平面ABCD,若在BC边上只有一个点Q满足PQ⊥QD,则a的值为______.
6.如图所示,下列五个正方体图形中,l是正方体的一条体对角线,点M、N、P分别为其所在棱的中点,能得出l⊥平面MNP的图形的序号是______.(写出所有符合要求的图形的序号)
7.如图(1),矩形纸片AA′A′1A1,B、C、B1、C1分别为AA′,A1A′1的三等分点,将矩形纸片沿BB1、CC1折成图(2)所示的三棱柱,若面对角线AB1⊥BC1,求证:A1C⊥AB1.
8.如图所示,在矩形ABCD中,,BC=3,沿对角线BD将△BCD折起,使点C移到点C′,且C′O⊥平面ABD于点O,点O恰在AB上.
(1)求证:BC′⊥平面ADC′;
(2)求点A到平面BC′D的距离.
9.如图所示的多面体上,位于同一条棱两端的顶点称为相邻的顶点.正方体的一个顶点A在平面α内,其余顶点在α的同侧.正方体上与顶点A相邻的三个顶点到α的距离分别为1、2、4.P是正方体中不与A相邻的四个顶点中的一个,则P到平面α的距离可能是:
①3;②4;③5;④6;⑤7.
以上结果正确的为________.(写出所有正确结果的编号)
参考答案
1.
答案:B
2.
答案:B
解析:只有①④正确.
3.
答案:D
4.
答案:D
解析:连接空间四边形的对角线,共有6条线,取这六条线的中点,由这六个中点所确定的平面即满足条件,它们共可确定7个平面.
5.
答案:2
解析:∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥QD,又∵PQ⊥QD,∴QD⊥平面PAQ,∴AQ⊥QD.即Q在以AD为直径的圆上,当圆与BC相切时,点Q只有一个,故BC=2AB=2.
6.
答案:①④⑤
解析:∵正方体的体对角线与其不相交的面对角线垂直,∴可得①中直线l垂直于平面MNP中的两条相交直线,∴由①能得出l⊥平面MNP;但②③中平面MNP不与①中的平面MNP平行,这样由②③不能得到l⊥平面MNP;④中易得l⊥MP,而MN也与下底面对角线平行,所以④同样可得l⊥平面MNP;问题⑤不易判断,这里略证一下:如图,E、F、G是正方体棱的中点,则过P、M、N的截面就是六边形PGMENF.
∵l⊥PF,l⊥FN,
∴l⊥平面PFN,即l⊥平面PGMENF,即l⊥平面PMN.
7.
证明:分别取AB及A1B1的中点D和D1,连接CD、C1D1、BD1、A1D,由题设△ABC及△A1B1C1为正三角形,故C1D1⊥A1B1,CD⊥AB,又AA1⊥A1B1,AA1⊥A1C1,A1B1A1C1=A1,故AA1⊥平面A1B1C1,
∵C1D1平面A1B1C1,∴AA1⊥C1D1,
又AA1A1B1=A1,∴C1D1⊥平面ABB1A1,故C1D1⊥AB1.
∵AB1⊥BC1,又C1D1BC1=C1,
∴AB1⊥平面BC1D1,
又BD1平面BC1D1,
∴AB1⊥BD1,
∵A1D∥BD1,C1D1平面BC1D1,∴A1D⊥AB1,AB1⊥C1D1.∵CD∥C1D1,∴AB1⊥CD,又A1DCD=D,∴AB1⊥平面A1DC,∵A1C平面A1DC,∴A1C⊥AB1.
8.
证明:(1)因为C′O⊥平面ABD,AD平面ABD,所以C′O⊥AD,又因为AD⊥AB,ABC′O=O,所以AD⊥平面ABC′,所以AD⊥BC′,又因为BC′⊥DC′,DC′AD=D,所以BC′⊥平面ADC′.
(2)VA-BC′D=VC′-ABD,即.所以h=C′O,在Rt△AC′B中,,BC′=3,故,
∴,即.
9.
答案:①③④⑤
解析:任何一个面都是平行四边形,对角线的交点都是该线段的中点.不与A相邻的四个顶点到平面α的距离为如下结果1+2=3、1+4=5、2+4=6,还有一个是3+4=7.空间中的垂直关系(2)
1.若m、n是两条不同的直线,α、β、γ是三个不同的平面,则下列命题中的真命题是( ).
A.若mβ,α⊥β,则m⊥α
B.若αγ=m,βγ=n,m∥n,则α∥β
C.若m⊥β,m∥α,则α⊥β
D.若α⊥γ,α⊥β,则β⊥γ
2.下列命题正确的是( ).
①过平面外一点有且仅有一个平面与已知平面垂直;②如果一条直线和两个垂直平面中的一个垂直,它必和另一个平面平行;③过不在平面内的一条直线可作无数个平面与已知平面垂直;④如果两个平面互相垂直,经过一个平面内一点与另一平面垂直的直线在第一个平面内.
A.①③
B.②③
C.②③④
D.④
3.如图所示,四边形ABCD中,AD∥BC,AD=AB,∠BCD=45°,∠BAD=90°,将△ABD沿BD折起,使平面ABD⊥平面BCD,构成四面体ABCD,则在四面体ABCD中,下列命题正确的是( ).
A.平面ABD⊥平面ABC
B.平面ADC⊥平面BDC
C.平面ABC⊥平面BDC
D.平面ADC⊥平面ABC
4.如图所示,在正四面体P-ABC中,D、E、F分别是AB、BC、CA的中点,下面四个结论中不成立的是( ).
A.BC∥平面PDF
B.DF⊥平面PAE
C.平面PDF⊥平面ABC
D.平面PAE⊥平面ABC
5.关于直线m、n与平面α、β,有下列四个命题:
①若m∥α,n∥β且α∥β,则m∥n;
②若m⊥α,n⊥β且α⊥β,则m⊥n;
③若m⊥α,n∥β且α∥β,则m⊥n;
④若m∥α,n⊥β且α⊥β,则m∥n.
其中真命题的序号是__________.
6.已知平面α、β和直线m、n,给出条件:①nα;②m⊥n;③m⊥β;④α∥β.
当满足条件______时,有m⊥α.(填所选条件的序号)
7.如图所示,△ABC为正三角形,EC⊥平面ABC,BD∥CE,且CE=CA=2BD,M、N分别是EA、AC的中点,求证:
(1)DE=DA;
(2)平面MNBD⊥平面ECA;
(3)平面DEA⊥平面ECA.
8.如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥BC,BC⊥BC1,AB=BC1,E,F,G分别为线段AC1,A1C1,BB1的中点,求证:
(1)平面ABC⊥平面ABC1;
(2)EF∥平面BCC1B1;
(3)GF⊥平面AB1C1.
参考答案
1.
答案:C
2.
答案:D
解析:过平面外一点可作一条直线与平面垂直,过该直线的任何一个平面都与已知平面垂直,所以①不对;若α⊥β,a⊥α,则aβ或a∥β,所以②不对;当平面外的直线是平面的垂线时,能作无数个平面与已知平面垂直,否则只能作一个,所以③也不对.
3.
答案:D
解析:在题图①中,∵∠BAD=90°,AD=AB,
∴∠ADB=∠ABD=45°,∵AD∥BC,∴∠DBC=45°,
又∵∠BCD=45°,∴∠BDC=90°,即BD⊥CD.
在题图②中,此关系仍成立.
∵平面ABD⊥平面BCD,∴CD⊥平面ABD.
∵BA平面ADB,∴CD⊥AB.∵BA⊥AD,ADCD=D,∴BA⊥平面ACD.
∵BA平面ABC,∴平面ABC⊥平面ACD.
4.
答案:C
解析:由题知BC∥DF,∴BC∥平面PDF.
∵PABC为正四面体,∴BC⊥PE,AE⊥BC.
∴BC⊥平面PAE,∴DF⊥平面PAE,
∵DF平面ABC,∴平面PAE⊥平面ABC.
∴A、B、D成立,故选C.
5.
答案:②③
6.
答案:③④
7.
证明:(1)如图,取EC的中点F,连接DF,∵EC⊥平面ABC,∴EC⊥BC,易知DF∥BC,∴DF⊥EC.
在Rt△EFD和Rt△DBA中,∵EF=EC=BD,FD=BC=AB,∴Rt△EFD≌Rt△DBA.
∴DE=DA.
(2)MN为△ECA的中位线,则MNEC.
∴MN∥BD,∴N点在平面BDM内.
∵EC⊥平面ABC,∴EC⊥BN.又CA⊥BN,ECCA=C.
∴BN⊥平面ECA.
∵BN在平面MNBD内,
∴平面MNBD⊥平面ECA.
(3)∵DM∥BN,BN⊥平面CAE,
∴DM⊥平面ECA,又DM平面DEA,
∴平面DEA⊥平面ECA.
8.
证明:(1)∵BC⊥AB,BC⊥BC1,ABBC1=B,∴BC⊥平面ABC1.
又BC平面ABC,∴平面ABC⊥平面ABC1.
(2)∵AE=EC1,A1F=FC1,
∴EF∥AA1.又AA1∥BB1,
∴EF∥BB1.又EF平面BCC1B1,BB1平面BCC1B1,∴EF∥平面BCC1B1.
(3)连接EB,则四边形EFGB为平行四边形,
∵EB⊥AC1,∴FG⊥AC1.
∵BC⊥平面ABC1,
∴B1C1⊥平面ABC1.
∴B1C1⊥BE.又BE∥FG,
∴FG⊥B1C1.
又B1C1AC1=C1,
∴GF⊥平面AB1C1.空间中的平行关系(2)
1.已知m、n、l1、l2表示直线,α、β表示平面.若mα,nα,l1β,l2β,l1l2=M,则α∥β的一个充分条件是( ).
A.m∥β且l1∥α B.m∥β且n∥β
C.m∥β且n∥l2
D.m∥l1且n∥l2
2.平面α∥平面β,AB、CD是夹在α和β间的两条线段,E、F分别为AB、CD的中点,则EF与α( ).
A.平行
B.相交
C.垂直
D.不能确定
3.若不共线的三点到平面α的距离相等,则这三点确定的平面β与α之间的关系为( ).
A.平行
B.相交
C.平行或相交
D.无法确定
4.几何体ABCD-A1B1C1D1是棱长为a的正方体,M、N分别是下底面棱A1B1、B1C1的中点,P是上底面棱AD上的一点,,过P、M、N三点的平面交上底面于PQ,Q在CD上,则PQ等于________.
5.已知a、b、c为三条不重合的直线,α、β、γ为三个不重合的平面,给出下列六个命题:
①a∥c,b∥ca∥b;②a∥γ,b∥γa∥b;③c∥α,c∥βα∥β;④γ∥α,β∥αγ∥β;⑤a∥c,α∥ca∥α;⑥a∥γ,α∥γa∥α.
其中真命题的序号是__________.
6.平面α∥平面β,△ABC、△A′B′C′分别在α、β内,线段AA′、BB′、CC′共点于O,O在α、β之间,若AB=2,AC=1,∠BAC=60ο,OA∶OA′=3∶2,则△A′B′C′的面积为__________.
7.如图,已知平行四边形ABCD中,BC=6,正方形ADEF所在平面与平面ABCD垂直,G,H分别是DF,BE的中点.
(1)求证:GH∥平面CDE;
(2)若CD=2,,求四棱锥F ABCD的体积.
8.如图所示,点B为△ACD所在平面外一点,M、N、G分别为△ABC、△ABD、△BCD的重心.
(1)求证:平面MNG∥平面ACD;
(2)求S△MNG∶S△ADC.
参考答案
1.
答案:D
解析:由面面平行的判定定理可知,只要m,n相交,且m,n分别与平面β平行即可,只有选项D符合要求.
2.
答案:A
解析:连接AD并取AD的中点M,连接EM与FM,当E、M、F三点共线时易得EF∥平面α,当不共线时,则可得出EM∥平面β,且FM∥平面α,故平面EFM∥平面α,∴EF与α平行.
3.
答案:C
4.
答案:
解析:取CD上一点Q,使,又∵,∴PQ∥AC.而由正方体的性质知:AC∥A1C1,且M、N分别为A1B1、B1C1的中点,∴MN∥A1C1,∴MN∥AC,∴MN∥PQ,∴平面MNQP为过点P、M、N的平面,又∵在△DAC中,,∴.
5.
答案:①④
6.
答案:
解析:相交直线AA′、BB′所在平面和两平行平面α、β相交于AB、A′B′,∴AB∥A′B′且方向相反,同理BC∥B′C′,CA∥C′A′且方向相反,∴△ABC与△A′B′C′的三个内角相等,
△ABC∽△A′B′C′,
,
7.
(1)证法一:∵EF∥AD,AD∥BC,∴EF∥BC.
又EF=AD=BC,
∴四边形EFBC是平行四边形,∴H为FC的中点.
又∵G是FD的中点,∴HG∥CD.
∵HG平面CDE,CD平面CDE,∴GH∥平面CDE.
证法二:连接EA,∵ADEF是正方形,
∴G是AE的中点.
∴在△EAB中,GH∥AB.
又∵AB∥CD,∴GH∥CD.
∵HG平面CDE,CD平面CDE,
∴GH∥平面CDE.
(2)解:∵平面ADEF⊥平面ABCD,交线为AD,且FA⊥AD,
∴FA⊥平面ABCD.∵AD=BC=6,∴FA=AD=6.
又∵CD=2,,CD2+DB2=BC2,∴BD⊥CD.
∵SABCD=CD·BD=,
∴.
8.
(1)证明:连接BM、BN、BG并延长分别交AC、AD、CD
于P、F、H.
∵M、N、G分别为△ABC、△ABD、△BCD的重心,则有
.连接PF、FH、PH,有MN∥PF,
又PF平面ACD,MN平面ACD,
∴MN∥平面ACD.
同理MG∥平面ACD,MGMN=M,
∴平面MNG∥平面ACD.
(2)解:由(1)可知:,∴.
又,∴.同理,,
∴△MNG∽△DCA,其相似比为1∶3.∴S△MNG∶S△ACD=1∶9.平面的基本性质与推论
1.下列图形中,满足αβ=AB,aα,bβ,a∥AB,b∥AB的图形是( ).
2.平面αβ=l,点A∈α,点B∈α,且Cl,但C∈β,又ABl=R,如图,过A、B、C三点确定的平面为γ,则βγ是( ).
A.直线AC
B.直线BC
C.直线CR
D.直线AR
3.下列四种叙述:
①空间四点共面,则其中必有三点共线;
②空间四点不共面,则其中任何三点不共线;
③空间四点中有三点共线,则此四点必共面;
④空间四点中任何三点不共线,则此四点不共面.
其中正确说法的序号是( ).
A.②③④
B.②③
C.①②③
D.①③
4.如果平面α和平面β有三个公共点A、B、C,则平面α和β的位置关系为( ).
A.平面α和平面β只能重合
B.平面α和平面β只能交于过A、B、C三点的一条直线
C.如果点A、B、C不共线,则平面α和平面β重合,若A、B、C三点共线,则平面α与平面β重合或相交于直线AB
D.以上说法均不正确
5.两条异面直线在同一个平面内的俯视图有可能是__________________________.
6.下列命题:①空间三点确定一个平面;②有3个公共点的两个平面必重合;③空间两两相交的三条直线确定一个平面;④等腰三角形是平面图形;⑤平行四边形、梯形、四边形都是平面图形;⑥垂直于同一直线的两直线平行;⑦一条直线和两平行线中的一条相交.也必和另一条相交.其中正确的命题是________.
7.求证:三个平面两两相交得到三条交线,如果其中的两条相交于一点,那么第三条也经过这个点.
8.如图所示,△ABC与△A′B′C′不在同一平面内,如果三条直线AA′、BB′、CC′两两相交.证明:三条直线AA′、BB′、CC′共点.
9.正方体是常见的并且重要的多面体,对它的研究将有助于我们对立体几何一些概念的理解和掌握.如图所示,在正方体AC1中,E、F、G、H分别是所在棱的中点,请思考并回答下列问题:
(1)直线EF、GH、DC能交于一点吗?
(2)若E、F、G、H四点共面,怎样才能画出过四点E、F、G、H的平面与正方体的截面?
(3)若正方体的棱长为a,那么(2)中的截面面积是多少?
参考答案
1.
答案:C
2.
答案:C
解析:由已知条件可知,Cγ,A、Bγ,所以,ABγ.而RAB,所以Rγ.又因为C、Rβ,故CR=γβ
.
3.
答案:B
解析:四棱柱中每个面都有四个点,但这四个点中没有三点是共线的,所以①错;对于④,三点不共线但四点可以共面.
4.
答案:C
解析:应分A、B、C三点共线与不共线两种情况讨论.
5.
答案:两条相交直线,如图(1);两条平行直线,如图(2);一个点和一条直线,如图(3)
解析:要判断两异面直线在同一平面内的俯视图的情况,即判断两条异面直线在同一平面内的投影的各种情形,上图只是列举其中的一些可能情况,比如说图(1)俯视图是两条相交直线的情形.
6.
答案:④
解析:由平面的基本性质2知,不共线的三点才能确定一个平面,所以命题①错,②中有可能出现两平面只有一条公共线(当这三个公共点共线时).③中空间两两相交的三条直线有三个交点或一个交点,若为三个交点,则这三条直线共面,若只有一个交点,则可能确定一个平面或三个平面.⑤中平行四边形及梯形由平面的基本性质2的推论及平面的基本性质1可知必为平面图形,而四边形有可能是空间四边形;在正方体ABCD-A′B′C′D′中,直线BB′⊥AB,BB′⊥BC,但AB与BC不平行,所以⑥错;AB∥CD,BB′AB=B,但BB′与CD不相交,所以⑦错.
7.
解:已知:如图所示,平面α、β、γ满足αβ=a,βγ=b,γα=c,ab=A.求证:A∈c.
证明:∵ab=A,∴Aa,Ab,
又αβ=a,βγ=b,∴aα,bγ.∴Aα,Aγ.
又αγ=c,∴Ac.
8.
证明:∵AA′、BB′、CC′两两相交,∴过AA′、BB′确定平面α,过BB′、CC′确定平面β,过AA′、CC′确定平面γ.设AA′BB′=P,则PAA′,PBB′,∴Pγ,Pβ.
又βγ=CC′,∴PCC′,故三条直线AA′、BB′、CC′共点.
9.
解:(1)如图,能交于一点.理由如下:
因为E、F分别为棱AB、BC的中点,易得E、F∈平面ABCD且EF与CD相交,设交点为P.
由△EBF≌△PCF,可得PC=BE=AB.
同理,GH与CD相交,设交点为P1,
同样可得P1C=C1G=C1D1=AB.
所以P1与P重合,因此直线EF、GH、DC能交于一点.
(2)如图,延长HG、DD1,相交于点R,延长FE交DA的延长线于Q,则点R、Q是截面与侧面AD1的公共点,连接RQ与A1D1、A1A分别交于点M、T,连接GM、TE,可得截面与正方体各面的交线分别为EF、FH、HG、GM、MT、TE.截面如下图的阴影部分所示.
(3)截面为正六边形,
其面积为空间中的平行关系(1)
1.在以下四个命题中:
①直线与平面没有公共点,则直线与平面平行;②直线与平面内的任意一条直线不相交,则直线与平面平行;③直线与平面内的无数条直线不相交,则直线与平面平行;④平面外的直线与平面内的一条直线平行,则直线与平面不相交.
其中正确的命题是( ).
A.①②
B.①②③
C.①③④
D.①②④
2.对于直线m、n和平面α,下面命题中的真命题是( ).
A.如果mα,nα,m、n是异面直线,那么n∥α
B.如果mα,nα,m、n是异面直线,那么n与α相交
C.如果mα,n∥α,m、n共面,那么m∥n
D.如果m∥α,n∥α,m、n共面,那么m∥n
3.如图,点E,F,G,H分别为空间四边形ABCD中AB,BC,CD,AD的中点,若AC=BD,且AC与BD成90°角,则四边形EFGH是( ).
A.菱形 B.梯形
C.正方形
D.空间四边形
4.三棱柱ABC-A′B′C′中,点E、F、H、K分别为AC′、CB′、A′B、B′C′的中点,G为△ABC的重心.从K、H、G、B′中取一点作为P,使得该棱柱恰有两条棱与平面PEF平行,则P为( ).
A.K
B.H
C.G
D.B′
5.如图所示,直线a∥平面α,点B、C、D∈a,点A与a在α的异侧.线段AB、AC、AD交α于点E、F、G.若BD=4,CF=4,AF=5,则EG等于________.
6.直线a、b是异面直线,A、B、C是a上的三个点,D、E、F是b上的三个点,A′、B′、C′、D′、E′分别为AD、DB、BE、EC、CF的中点,则∠A′B′C′与∠C′D′E′的大小关系是________.
7.求证:如果一条直线与两个相交平面都平行,则它与两平面的交线平行.
已知:a∥α,a∥β,且αβ=b,
求证:a∥b.
8.如图所示,过正方体ABCD-A1B1C1D1的棱BB1作一平面交平面CDD1C1于EE1,求证:BB1∥EE1.
9.有如图所示的木块,点P在平面A′C′内,棱BC平行于平面A′C′,要经过点P和棱BC将木块锯开,锯开的面必须平整,怎样锯?
参考答案
1.
答案:D
2.
答案:C
解析:选项A中,n与α可能相交;在B中,n与α可能平行;在D中,m与n可能相交.
3.
答案:C
4.
答案:C
解析:当P点与K点重合时,PEF即为平面KEF,因为KF与三棱柱三条侧棱都平行,故不满足题设条件.当P点与H点重合时,平面PEF即为平面HEF,而平面HEF与三棱柱两底面均平行,有六条棱平行于平面HEF,不合题意.当P点与B′点重合时,平面PEF即为平面B′EF,此时三棱柱中只有一条棱AB与平面B′EF平行,不合题意.当P点与G点重合时,平面PEF即为平面GEF,此时恰有三棱柱的两条棱AB、A′B′与平面GEF平行,满足题意.
5.
答案:
解析:由线面平行的性质定理知BD∥EG,∴,∴.
6.
答案:相等
7.
证明:如图,在平面α上任取一点A,且使Ab,
∵a∥α,∴Aa,故点A和直线a
确定一个平面γ,设γα=m,
同理,在平面β上任取一点B,且使Bb,则B和a确定平面δ.
设δβ=n,∵a∥α,aγ,γα=m,∴a∥m.
同理a∥n,则m∥n,又mβ,nβ,
∴m∥β,又∵mα,αβ=b,
∴m∥b,又a∥m,∴a∥b.
8.
证明:∵CC1∥BB1,BB1平面BEE1B1,CC1平面BEE1B1,∴CC1∥平面BEE1B1(直线与平面平行的判定定理),
又∵平面CEE1C1过CC1且交平面BEE1B1于EE1,
∴CC1∥EE1(直线和平面平行的性质定理),
由于CC1∥BB1,∴BB1∥EE1(基本性质4).
9.
解:过点P在平面A′C′内作线段EF∥B′C′,交A′B′于E,交D′C′于F,因为BC∥平面A′C′,BC平面BCC′B′,平面BCC′B′平面A′C′=B′C′,所以BC∥B′C′,所以EF∥BC,则E,F,C,B确定一个平面α,连接BE,CF,则沿BE,EF,FC,CB将木块锯开,可得一符合条件的平整面.