第九章  直线、平面、简单几何体(B)
 §9.3 直线与平面垂直和平面与平面垂直(1)

复习目标 知识梳理 应用举例 实践体验 拓展探究 基础训练 提高训练 学习感悟

    一、复习目标
    理解直线和平面垂直的概念,掌握直线与平面垂直的判定定理和性质定理;了解三垂线定理及其逆定理;掌握两个平面垂直的判定定理和性质定理.

    二、重点难点
    (这里输入)

    三、特别提示
    (1)直线和平面垂直、平面和平面垂直是直线与平面、平面与平面相交的特殊情况,对这种特殊位置关系的认识,既可以从直线和平面、平面和平面的交角为`90°`的角度讨论.又可以从已有的线线垂直、线面垂直关系出发进行推理和论证,还可以利用向量把几何推理和论证过程转化为代数运算过程.


    (2)无论是线面垂直还是面面垂直,都源自于线与线的垂直,这种转化为“低维”垂直的思想方法,在解题时非常重要,在处理实际问题的过程中,可以先从题设条件入手,分析已有的垂直关系,再从结论入手分析所要证明的垂直关系,从而架起已知与未知之间的“桥梁”.


    (3)在线面垂直和面面垂直的判定定理中,有一些非常重要的限制条件,如“两条相交直线”“一个平面经过另一个平面的一条垂线”等,这既为证明指明了方向,同时又有很强的制约性,所以使用这些定理时,一定要注意体现逻辑推理的规范性.


    (4)空间中直线与直线垂直、直线与平面垂直、平面与平面垂直三者之间可以相互转化,每一种垂直的判定都是从某种垂直开始转向另一种垂直,最终达到目的,其转化关系为
   

    (5)注意掌握好以下几个相似结论:
    ①垂直于同一个平面的两条直线平行;
    ②垂直于同一条直线的两个平面平行;
    ③垂直于同一个平面的两个平面平行或相交;
    ④垂直于同一条直线的两条直线平行、相交或者异面.

    知识梳理

    直线和平面垂直
    1、定义:如果一条直线`l`和一个平面`alpha`内的任意一条直线都垂直,那么就说这条直线`l`和平面`alpha`互相垂直.

    2、判定方法
    (1)用定义.

    (2)判定定理:如果一条直线和一个平面内两条相交直线都垂直,那么这条直线垂直于这个平面.

    (3)其他方法:`{:(a"//"b),(b_|_alpha):}}rArra_|_alpha`

                `{:(alpha"//"beta),(a_|_alpha):}}rArra_|_beta`

                `{:(alpha_|_beta),(alphannbeta=l),(asubalpha),(a_|_l):}}rArralpha_|_beta`

    3、性质定理:`{:(a_|_alpha),(bsubalpha):}}rArra_|_b`

                `{:(a_|_alpha),(b_|_alpha):}}rArra"//"b`
    4、三垂线定理:在平面内的一条直线,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.
    三垂线定理的逆定理:在平面内的一条直线,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平面内的射影垂直.   

    应用举例
    一、应用特点
    1、直线和平面垂直
    2、三垂线定理及其逆定理的应用
    3、求点到直线的距离、直线与直线的距离、直线与平面的距离

    二、案例示范
    回味相关知识与方法,寻找解题办法,若有困难,可以参考“提示”,还有困难,可以参考“解答”或倾听老师的分析示范

    1、如图,`ABCD`为正方形,`SA`垂直于`ABCD`所在的平面,过`A`且垂直于`SC`的平面分别交`SB、SC、SD`于`E、F、G`

    求证:`AE_|_SB,AG_|_SD`

                                              

    提示 示范  

   

    2、空间四边形`ABCD`中,`AB_|_CD,BC_|_AD,求证:AC_|_BD`

                                               

    提示 示范  

   

    3、(06·福建)四面体`ABCD`中,`O、E`分别是`BD、BC`的中点,`CA=CB=CD=BD=2`,`AB=AD=sqrt2`

    (1)求证:`AO_|_`平面`BCD`

    (2)求异面直线`AB`与`CD`所成角的大小

    (3)求点`E`到平面`ACD`的距离

 

                                           

    提示 示范  

    实践体验
    在实践中提高能力,在体验中反思感悟,力求独立,力求提高

    1、已知`PA`垂直于矩形`ABCD`所在平面,`M、N`分别是`AB、PC`的中点,若`/_PDA=45°`

    求证:`MN_|_平面PCD`

                                               
    提示 示范  

   

    2、在矩形`ABCD`中,`AB=1`,`BC=a`,`PA_|_`平面`ABCD`,且`PA=1`,问`BC`边上是否一定存在点`Q`,使`PQ_|_QD`?为什么?

                                                

    提示 示范  

    拓展探究
    1、在正方体`ABCD-A_1B_1C_1D_1`中,`E、F`分别是`BB_1`,`CD`的中点,求证:平面`ADE``_|_`平面`A_1FD_1`

                                        

    提示 示范  

 

    基础训练
    参考答案

 
    提高训练
    参考答案

    学习感悟
   
1(1)三垂线定理的实质“一个面,四条线”.面内一直线垂直于另三条直线(一条斜线、一条垂线、一条射影)其实质也可认为是线面垂直.

    利用三垂线定理及其逆定理的关键是要善于从各种图形中找到“平面的垂线”、“平面的斜线”、“斜线的射影”.

    (2)三垂线定理及其逆定理主要用于:

    ①立体几何的证明问题,如线线垂直,线面垂直,面面垂直;

    ②立体几何的计算问题,如求空间一点到平面内某一直线的距离,求两平行直线间的距离,求两条异面直线所成角等;

    ③二面角问题,主要是构造二面角的平面角.(求距离及求角问题,请结合第七、第八两节内容体会)

    2直线与平面垂直是直线与平面相交的特殊情形.要弄清定义中“任意”与“无数”这两个术语内涵的差异,后者存在于前者中.

    (1)由线面垂直的定义可以得到两个作图的依据:过一点有且只有一条直线与一个已知平面垂直;过一点有且只有一个平面与一条已知直线垂直.

    (2)利用线面垂直的性质可以证明两线垂直和两线平行,也可实现线面垂直的证明,因此线面垂直是线线垂直、面面垂直关系中的枢纽.

    (3)判定线面垂直的方法,主要用线面垂直的定义,及两个判定定理.

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