一、基礎(chǔ)知識(shí)批注——理解深一點(diǎn)
“任意一條直線”與“所有直線”是同義的,但與“無(wú)數(shù)條直線”不同,定義的實(shí)質(zhì)是直線與平面內(nèi)的所有直線都垂直.

1.直線與平面垂直
(1)直線和平面垂直的定義:
直線l與平面α內(nèi)的任意一條直線都垂直,
就說(shuō)直線l與平面α互相垂直.
(2)直線與平面垂直的判定定理及性質(zhì)定理:

文字語(yǔ)言
圖形語(yǔ)言
符號(hào)語(yǔ)言
判定定理
一條直線與一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線都垂直?,則該直線與此平面垂直

?l⊥α
性質(zhì)定理
垂直于同一個(gè)平面的兩條直線平行

?a∥b

 
2.平面與平面垂直的判定定理與性質(zhì)定理

文字語(yǔ)言
圖形語(yǔ)言
符號(hào)語(yǔ)言
判定定理
一個(gè)平面過(guò)另一個(gè)平面的垂線?,則這兩個(gè)平面垂直

?α⊥β
性質(zhì)定理
兩個(gè)平面垂直,則一個(gè)平面內(nèi)垂直于交線的直線與另一個(gè)平面垂直

?l⊥α

 [?要求一平面只需過(guò)另一平面的垂線.]

二、常用結(jié)論匯總——規(guī)律多一點(diǎn)

直線與平面垂直的五個(gè)結(jié)論
(1)若一條直線垂直于一個(gè)平面,則這條直線垂直于這個(gè)平面內(nèi)的任意直線.
(2)若兩條平行線中的一條垂直于一個(gè)平面,則另一條也垂直于這個(gè)平面.
(3)垂直于同一條直線的兩個(gè)平面平行.
(4)一條直線垂直于兩平行平面中的一個(gè),則這一條直線與另一個(gè)平面也垂直.
(5)兩個(gè)相交平面同時(shí)垂直于第三個(gè)平面,它們的交線也垂直于第三個(gè)平面.

三、基礎(chǔ)小題強(qiáng)化——功底牢一點(diǎn)


 (1)直線l與平面α內(nèi)無(wú)數(shù)條直線都垂直,則l⊥α.(  )
(2)若平面α內(nèi)的一條直線垂直于平面β內(nèi)的無(wú)數(shù)條直線,則α⊥β.(  )
(3)若兩平面垂直,則其中一個(gè)平面內(nèi)的任意一條直線垂直于另一個(gè)平面.(  )
答案:(1)× (2)× (3)×
(二)選一選
1.若l,m是兩條不同的直線,m垂直于平面α,則“l(fā)⊥m”是“l(fā)∥α”的(  )
A.充分不必要條件      B.必要不充分條件
C.充要條件 D.既不充分也不必要條件
解析:選B ∵m⊥α,若l∥α,則必有l(wèi)⊥m,即l∥α?l⊥m.但l⊥m?/ l∥α,
∵l⊥m時(shí),l可能在α內(nèi).
故“l(fā)⊥m”是“l(fā)∥α”的必要不充分條件.
2.設(shè)α,β是兩個(gè)不同的平面,l,m是兩條不同的直線,且l?α,m?β(  )
A.若l⊥β,則α⊥β B.若α⊥β,則l⊥m
C.若l∥β,則α∥β D.若α∥β,則l∥m
解析:選A ∵l⊥β,l?α,∴α⊥β(面面垂直的判定定理),故A正確.

3.設(shè)m,n表示兩條不同的直線,α,β表示兩個(gè)不同的平面,下列命題為真命題的是
(  )
A.若m⊥α,α⊥β,則m∥β
B.若m∥α,m⊥β,則α⊥β
C.若m⊥n,m⊥α,則n∥α
D.若m∥α,n∥β,α⊥β,則m⊥n
解析:選B 對(duì)于A,m可以在β內(nèi),故A錯(cuò);對(duì)于C,n可以在α內(nèi),故C錯(cuò)誤;對(duì)于D,m與n可以平行,故D錯(cuò).

(三)填一填
4.一平面垂直于另一平面的一條平行線,則這兩個(gè)平面的位置關(guān)系是________.
解析:由線面平行的性質(zhì)定理知,該面必有一直線與已知直線平行.再根據(jù)“兩平行線中一條垂直于一平面,另一條也垂直于該平面”得出兩個(gè)平面垂直.
答案:垂直
5.已知PD垂直于正方形ABCD所在的平面,連接PB,PC,PA,AC,BD,則一定互相垂直的平面有________對(duì).
解析:由于PD⊥平面ABCD,故平面PAD⊥平面ABCD,平面PDB⊥平面ABCD,平面PDC⊥平面ABCD,平面PDA⊥平面PDC,平面PAC⊥平面PDB,平面PAB⊥平面PAD, 平面PBC⊥平面PDC,共7對(duì).
答案:7



考點(diǎn)一 直線與平面垂直的判定與性質(zhì)

[典例] 如圖,在四棱錐P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,PA=AB=BC,E是PC的中點(diǎn).求證:
(1)CD⊥AE;
(2)PD⊥平面ABE.
[證明] (1)在四棱錐P-ABCD中,
∵PA⊥底面ABCD,CD?底面ABCD,
∴PA⊥CD,
又∵AC⊥CD,且PA∩AC=A,
∴CD⊥平面PAC.∵AE?平面PAC,
∴CD⊥AE.
(2)由PA=AB=BC,∠ABC=60°,可得AC=PA.
∵E是PC的中點(diǎn),∴AE⊥PC.
由(1)知AE⊥CD,且PC∩CD=C,
∴AE⊥平面PCD.
∵PD?平面PCD,∴AE⊥PD.
∵PA⊥底面ABCD,AB?底面ABCD,∴PA⊥AB.
又∵AB⊥AD,且PA∩AD=A,
∴AB⊥平面PAD,
∵PD?平面PAD,
∴AB⊥PD.
又∵AB∩AE=A,∴PD⊥平面ABE.
[解題技法] 證明線面垂直的4種方法
(1)線面垂直的判定定理:l⊥a,l⊥b,a?α,b?α,a∩b=P?l⊥α.
(2)面面垂直的性質(zhì)定理:α⊥β,α∩β=l,a?α,a⊥l?a⊥β.
(3)性質(zhì):①a∥b,b⊥α?a⊥α,②α∥β,a⊥β?a⊥α.
(4)α⊥γ,β⊥γ,α∩β=l?l⊥γ.(客觀題可用)
[口訣歸納]
線面垂直的關(guān)鍵,定義來(lái)證最常見(jiàn),
判定定理也常用,它的意義要記清.
平面之內(nèi)兩直線,兩線相交于一點(diǎn),
面外還有一直線,垂直兩線是條件.
[題組訓(xùn)練]

1.(2019·安徽知名示范高中聯(lián)考)如圖,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=BC=BB1,AB1∩A1B=E,D為AC上的點(diǎn),B1C∥平面A1BD.
(1)求證:BD⊥平面A1ACC1;
(2)若AB=1,且AC·AD=1,求三棱錐A-BCB1的體積.
解: (1)證明:如圖,連接ED,
∵平面AB1C∩平面A1BD=ED,B1C∥平面A1BD,
∴B1C∥ED,
∵E為AB1的中點(diǎn),
∴D為AC的中點(diǎn),
∵AB=BC,∴BD⊥AC.
∵A1A⊥平面ABC,BD?平面ABC,∴A1A⊥BD.
又∵A1A,AC是平面A1ACC1內(nèi)的兩條相交直線,
∴BD⊥平面A1ACC1.
(2)由AB=1,得BC=BB1=1,
由(1)知AD=AC,又AC·AD=1,∴AC2=2,
∴AC2=2=AB2+BC2,∴AB⊥BC,
∴S△ABC=AB·BC=,
∴VA-BCB1=VB1-ABC=S△ABC·BB1=××1=.
2.如圖,S是Rt△ABC所在平面外一點(diǎn),且SA=SB=SC,D為斜邊AC的中點(diǎn).
(1)求證:SD⊥平面ABC;
(2)若AB=BC,求證:BD⊥平面SAC.
證明:(1)如圖所示,取AB的中點(diǎn)E,連接SE,DE,
在Rt△ABC中,D,E分別為AC,AB的中點(diǎn).
∴DE∥BC,∴DE⊥AB,
∵SA=SB,∴SE⊥AB.
又SE∩DE=E,∴AB⊥平面SDE.
又SD?平面SDE,∴AB⊥SD.
在△SAC中,∵SA=SC,D為AC的中點(diǎn),∴SD⊥AC.
又AC∩AB=A,∴SD⊥平面ABC.
(2)∵AB=BC,∴BD⊥AC,
由(1)可知,SD⊥平面ABC,又BD?平面ABC,
∴SD⊥BD,
又SD∩AC=D,∴BD⊥平面SAC.



[典例] (2018·江蘇高考)在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,AA1=AB,AB1⊥B1C1.
求證:(1)AB∥平面A1B1C;
(2)平面ABB1A1⊥平面A1BC.
[證明] (1)在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,
AB∥A1B1.
因?yàn)锳B?平面A1B1C,A1B1?平面A1B1C,
所以AB∥平面A1B1C.
(2)在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,
四邊形ABB1A1為平行四邊形.
又因?yàn)锳A1=AB,所以四邊形ABB1A1為菱形,
因此AB1⊥A1B.
因?yàn)锳B1⊥B1C1,BC∥B1C1,
所以AB1⊥BC.
因?yàn)锳1B∩BC=B,A1B?平面A1BC,BC?平面A1BC,
所以AB1⊥平面A1BC.
因?yàn)锳B1?平面ABB1A1,
所以平面ABB1A1⊥平面A1BC.

[解題技法] 證明面面垂直的2種方法
定義法
利用面面垂直的定義,即判定兩平面所成的二面角為直二面角,將證明面面垂直問(wèn)題轉(zhuǎn)化為證明平面角為直角的問(wèn)題
定理法
利用面面垂直的判定定理,即證明其中一個(gè)平面經(jīng)過(guò)另一個(gè)平面的一條垂線,把問(wèn)題轉(zhuǎn)化成證明線線垂直加以解決

[題組訓(xùn)練]

1.(2019·武漢調(diào)研)如圖,三棱錐P-ABC中,底面ABC是邊長(zhǎng)為2的正三角形,PA⊥PC,PB=2.
求證:平面PAC⊥平面ABC.
證明:取AC的中點(diǎn)O,連接BO,PO.
因?yàn)椤鰽BC是邊長(zhǎng)為2的正三角形,
所以BO⊥AC,BO=.
因?yàn)镻A⊥PC,所以PO=AC=1.
因?yàn)镻B=2,所以O(shè)P2+OB2=PB2,所以PO⊥OB.
因?yàn)锳C∩OP=O,
所以BO⊥平面PAC.
又OB?平面ABC,
所以平面PAC⊥平面ABC.
2.(2018·安徽淮北一中模擬)如圖,四棱錐P-ABCD的底面是矩形,PA⊥平面ABCD,E,F(xiàn)分別是AB,PD的中點(diǎn),且PA=AD.
求證:(1)AF∥平面PEC;
(2)平面PEC⊥平面PCD.
證明:(1)取PC的中點(diǎn)G,連接FG,EG,


∵F為PD的中點(diǎn),G為PC的中點(diǎn),
∴FG為△CDP的中位線,
∴FG∥CD,F(xiàn)G=CD.
∵四邊形ABCD為矩形,E為AB的中點(diǎn),
∴AE∥CD,AE=CD.
∴FG=AE,F(xiàn)G∥AE,
∴四邊形AEGF是平行四邊形,
∴AF∥EG,又EG?平面PEC,AF?平面PEC,
∴AF∥平面PEC.
(2)∵PA=AD,F(xiàn)為PD中點(diǎn),∴AF⊥PD,
∵PA⊥平面ABCD,CD?平面ABCD,
∴PA⊥CD,
又∵CD⊥AD,AD∩PA=A,
∴CD⊥平面PAD,
∵AF?平面PAD,
∴CD⊥AF.
又PD∩CD=D,
∴AF⊥平面PCD.
由(1)知EG∥AF,
∴EG⊥平面PCD,
又EG?平面PEC,
∴平面PEC⊥平面PCD.


A級(jí)——保大分專(zhuān)練
1.設(shè)a,b是兩條不同的直線,α,β是兩個(gè)不同的平面,則能得出a⊥b的是(  )
A.a(chǎn)⊥α,b∥β,α⊥β      B.a(chǎn)⊥α,b⊥β,α∥β
C.a(chǎn)?α,b⊥β,α∥β D.a(chǎn)?α,b∥β,α⊥β
解析:選C 對(duì)于C項(xiàng),由α∥β,a?α可得a∥β,又b⊥β,得a⊥b,故選C.
2.(2019·湘東五校聯(lián)考)已知直線m,l,平面α,β,且m⊥α,l?β,給出下列命題:
①若α∥β,則m⊥l;②若α⊥β,則m∥l;
③若m⊥l,則α⊥β;④若m∥l,則α⊥β.
其中正確的命題是(  )
A.①④ B.③④
C.①② D.①③
解析:選A 對(duì)于①,若α∥β,m⊥α,l?β,則m⊥l,故①正確,排除B.對(duì)于④,若m∥l,m⊥α,則l⊥α,又l?β,所以α⊥β.故④正確.故選A.
3.已知PA垂直于以AB為直徑的圓所在的平面,C為圓上異于A,B兩點(diǎn)的任一點(diǎn),則下列關(guān)系不正確的是(  )
A.PA⊥BC B.BC⊥平面PAC
C.AC⊥PB D.PC⊥BC
解析:選C 由PA⊥平面ACB?PA⊥BC,故A不符合題意;由BC⊥PA,BC⊥AC,PA∩AC=A,可得BC⊥平面PAC,所以BC⊥PC,故B、D不符合題意;AC⊥PB顯然不成立,故C符合題意.
4.如圖,在四面體ABCD中,已知AB⊥AC,BD⊥AC,那么點(diǎn)D在平面ABC內(nèi)的射影H必在(  )
A.直線AB上 B.直線BC上
C.直線AC上 D.△ABC內(nèi)部
解析:選A 因?yàn)锳B⊥AC,BD⊥AC,AB∩BD=B,所以AC⊥平央ABD,又AC?平面ABC,所以平面ABC⊥平面ABD,所以點(diǎn)D在平面ABC內(nèi)的射影H必在直線AB上.
5.如圖,在正四面體P-ABC中,D,E,F(xiàn)分別是AB,BC,CA的中點(diǎn),則下面四個(gè)結(jié)論不成立的是(  )
A.BC∥平面PDF
B.DF⊥平面PAE
C.平面PDF⊥平面PAE
D.平面PDE⊥平面ABC
解析:選D 因?yàn)锽C∥DF,DF?平面PDF,BC?平面PDF,所以BC∥平面PDF,故選項(xiàng)A正確.
在正四面體中,AE⊥BC,PE⊥BC,AE∩PE=E,
所以BC⊥平面PAE,又DF∥BC,則DF⊥平面PAE,從而平面PDF⊥平面PAE.因此選項(xiàng)B、C均正確.
6.如圖,已知∠BAC=90°,PC⊥平面ABC,則在△ABC,△PAC的邊所在的直線中,與PC垂直的直線有________個(gè);與AP垂直的直線有________個(gè).
解析:∵PC⊥平面ABC,
∴PC垂直于直線AB,BC,AC.
∵AB⊥AC,AB⊥PC,AC∩PC=C,
∴AB⊥平面PAC,
又∵AP?平面PAC,
∴AB⊥AP,與AP垂直的直線是AB.
答案:3 1
7.設(shè)α和β為不重合的兩個(gè)平面,給出下列命題:
①若α內(nèi)的兩條相交直線分別平行于β內(nèi)的兩條直線,則α∥β;
②若α外的一條直線l與α內(nèi)的一條直線平行,則l∥α;
③設(shè)α∩β=l,若α內(nèi)有一條直線垂直于l,則α⊥β;
④直線l⊥α的充要條件是l與α內(nèi)的兩條直線垂直.
其中所有的真命題的序號(hào)是________.
解析:①正確;②正確;滿足③的α與 β不一定垂直,所以③錯(cuò)誤;直線l⊥α的充要條件是l與α內(nèi)的兩條相交直線垂直,所以④錯(cuò)誤.故所有的真命題的序號(hào)是①②.
答案:①②
8.在直三棱柱ABC-A1B1C1中,平面α與棱AB,AC,A1C1,A1B1分別交于點(diǎn)E,F(xiàn),G,H,且直線AA1∥平面α.有下列三個(gè)命題:①四邊形EFGH是平行四邊形;②平面α∥平面BCC1B1;③平面α⊥平面BCFE.其中正確命題的序號(hào)是________.
解析:如圖所示,因?yàn)锳A1∥平面α,平面α∩平面AA1B1B=EH,所以AA1∥EH.同理AA1∥GF,所以EH∥GF,又ABC-A1B1C1是直三棱柱,易知EH=GF=AA1,所以四邊形EFGH是平行四邊形,故①正確;若平面α∥平面BB1C1C,由平面α∩平面A1B1C1=GH,平面BCC1B1∩平面A1B1C1=B1C1,知GH∥B1C1,而GH∥B1C1不一定成立,故②錯(cuò)誤;由AA1⊥平面BCFE,結(jié)合AA1∥EH知EH⊥平面BCFE,又EH?平面α,所以平面α⊥平面BCFE,故③正確.
答案:①③

9.(2019·太原模擬)如圖,在四棱錐P-ABCD中,底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,PA=PD=AD=2,點(diǎn)M在線段PC上,且PM=2MC,N為AD的中點(diǎn).
(1)求證:AD⊥平面PNB;
(2)若平面PAD⊥平面ABCD,求三棱錐P-NBM的體積.
解: (1)證明:連接BD.
∵PA=PD,N為AD的中點(diǎn),
∴PN⊥AD.
又底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,
∴△ABD為等邊三角形,
∴BN⊥AD,
又PN∩BN=N,∴AD⊥平面PNB.
(2)∵PA=PD=AD=2,∴PN=NB=.
又平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,PN⊥AD,∴PN⊥平面ABCD,
∴PN⊥NB,∴S△PNB=××=.
∵AD⊥平面PNB,AD∥BC,
∴BC⊥平面PNB.又PM=2MC,
∴VP-NBM=VM-PNB=VC-PNB=×××2=.
10.如圖,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,D,E分別為AB,BC的中點(diǎn),點(diǎn)F在側(cè)棱B1B上,且B1D⊥A1F,A1C1⊥A1B1.
求證:(1)直線DE∥平面A1C1F;
(2)平面B1DE⊥平面A1C1F.
證明:(1)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC∥A1C1,
在△ABC中,因?yàn)镈,E分別為AB,BC的中點(diǎn).
所以DE∥AC,于是DE∥A1C1,
又因?yàn)镈E?平面A1C1F,A1C1?平面A1C1F,
所以直線DE∥平面A1C1F.
(2)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥平面A1B1C1,
因?yàn)锳1C1?平面A1B1C1,所以AA1⊥A1C1,
又因?yàn)锳1C1⊥A1B1,A1B1∩AA1=A1,AA1?平面ABB1A1,A1B1?平面ABB1A1,
所以A1C1⊥平面ABB1A1,
因?yàn)锽1D?平面ABB1A1,
所以A1C1⊥B1D,
又因?yàn)锽1D⊥A1F,A1C1∩A1F=A1,A1C1?平面A1C1F,A1F?平面A1C1F,
所以B1D⊥平面A1C1F,
因?yàn)橹本€B1D?平面B1DE,
所以平面B1DE⊥平面A1C1F.

B級(jí)——?jiǎng)?chuàng)高分自選

1.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)如圖,在三棱錐P-ABC中,AB=BC=2,PA=PB=PC=AC=4,O為AC的中點(diǎn).
(1)證明:PO⊥平面ABC;
(2)若點(diǎn)M在棱BC上,且MC=2MB,求點(diǎn)C到平面POM的距離.
解:(1)證明:因?yàn)镻A=PC=AC=4,O為AC的中點(diǎn),
所以PO⊥AC,且PO=2.
連接OB,
因?yàn)锳B=BC=AC,
所以△ABC為等腰直角三角形,且OB⊥AC,OB=AC=2.
所以PO2+OB2=PB2,所以PO⊥OB.
又因?yàn)锳C∩OB=O,所以PO⊥平面ABC.
(2)作CH⊥OM,垂足為H,
又由(1)可得OP⊥CH,
所以CH⊥平面POM.
故CH的長(zhǎng)為點(diǎn)C到平面POM的距離.
由題設(shè)可知OC=AC=2,CM=BC=,∠ACB=45°,
所以O(shè)M=,CH==.
所以點(diǎn)C到平面POM的距離為.
2.(2019·河南中原名校質(zhì)量考評(píng))如圖,在四棱錐P-ABCD中,AB∥CD,AB⊥AD,CD=2AB,平面PAD⊥底面ABCD,PA⊥AD,E,F(xiàn)分別是CD,PC的中點(diǎn).
求證:(1)BE∥平面PAD;
(2)平面BEF⊥平面PCD.
證明:(1)∵AB∥CD,CD=2AB,E是CD的中點(diǎn),
∴AB∥DE且AB=DE,
∴四邊形ABED為平行四邊形,
∴AD∥BE,又BE?平面PAD,AD?平面PAD,
∴BE∥平面PAD.
(2)∵AB⊥AD,∴四邊形ABED為矩形,
∴BE⊥CD,AD⊥CD,
∵平面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩底面ABCD=AD,PA⊥AD,
∴PA⊥底面ABCD,
∴PA⊥CD,又PA∩AD=A,
∴CD⊥平面PAD,∴CD⊥PD,
∵E,F(xiàn)分別是CD,PC的中點(diǎn),
∴PD∥EF,∴CD⊥EF,又EF∩BE=E,
∴CD⊥平面BEF,
∵CD?平面PCD,∴平面BEF⊥平面PCD.



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