平行直问题的转化关系示意图
前 言
完善三种语言:文字语言,图形语言,符号语言
以及变换场景的应用情形;
判定难点
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主从关系的转换,比如证明(A_1F// DE)不容易时,我们转而证明(DE// A_1F)可能很容易。山重水复疑无路,柳暗花明又一村。
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区分清楚判定定理和性质定理。
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平行关系的相互转化,
常识储备
(1)体对角线(B'Dperp)平面(ACD')(如图1)
证明:令体对角线(B'D)和平面(ACD')的交点是(N),由正四面体(B'-ACD')可知,
(N)是三角形底面的中心,连接(OD'),则易知(ACperp BD),(ACperp BB'),故(ACperp B'D),
同理(AD'perp B'D),故体对角线(B'Dperp)平面(ACD')。
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(2)(DN=cfrac{1}{3}B'D)(如图1,利用等体积法)
(3)平面(ACD'//A'BC')(如图2)
(4)平面(ACD')与平面(A'BC')的间距是(cfrac{1}{3}B'D),即体对角线的(cfrac{1}{3})(如图2)
(5)三棱锥(B'-ACD')是正四面体。三棱锥(D-ACD')是正三棱锥。
(6)如果需要将正四面体或者墙角型的正三棱锥恢复还原为正方体,我们可以先画出正方体,然后在里面找出需要的正四面体或者墙角型正三棱锥。
(7)圆内接正方形的中心就是圆心,正方形的对角线的长度就是圆的直径;球内接正方体的中心就是球心,正方体的体对角线的长度就是球的直径。
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(8)正方形的棱长设为(2a),则正方形的内切圆半径为(a),正方形的外接圆半径为(sqrt{2}a),三者的关系之比为(2:1:sqrt{2});
正方体的棱长设为(2a),则正方体的内切球半径为(a),正方体的外接球半径为(sqrt{3}a),三者的关系之比为(2:1:sqrt{3});
(9)正三角形的棱长设为(2a),则正三角形的内切圆半径为(cfrac{sqrt{3}}{3}a),正三角形的外接圆半径为(cfrac{2sqrt{3}}{3}a),三者的关系之比为(2sqrt{3}:1:2);
正四面体的棱长设为(2a),则正四面体的内切球半径为(cfrac{sqrt{6 }}{6}a),正四面体的外接球半径为(cfrac{sqrt{6 }}{2}a),三者的关系之比为(2sqrt{6}:1:3);
典例剖析
- 线线平行
分析:由于题目中给定点(O)是下底面的中心,故我们想到也做出上底面的中心(E),如图所示,
当连结(CE)时,我们就很容易看出(A_1O//CE),以下做以说明;
由于(OC//A_1E),且(OC=A_1E),则可知(A_1O//CE),
又由于(A_1O ot subset 面B_1CD_1),(CE subset 面B_1CD_1),故(A_1O//平面B_1CD_1) ,故选(C),
此时,我们也能轻松的排除(A),(B),(D)三个选项是错误的。
- 线面平行
求证:(1)直线(DE//)平面(A_1C_1F).
分析:现在需要(Leftarrow)直线(DE//)平面(A_1C_1F)
(Leftarrow)直线(DE//)平面(A_1C_1F)内的某直线(?)
某条直线可能是三角形的边界线,三角形中线,高线,中位线,或者需要我们做出的某条辅助直线。
![](https://images2017.cnblogs.com/blog/992978/201709/992978-20170927224654465-801173223.png)
证明:因为(D)、(E)分别是(AB)、(BC)的中点,则有(DE//AC//A_1C_1),
又因为直线(A_1C_1subsetneqq)平面(A_1C_1F),
(DE otsubseteq)平面(A_1C_1F),则直线(DE//)平面(A_1C_1F)。
求证(2)平面(B_1DEperp)平面(A_1C_1F).
分析:(Leftarrow)平面(B_1DEperp)平面(A_1C_1F)
(Leftarrow)一个面内的某条直线(perp)另一个面内的两条相交直线。
此时往往需要结合图形及已知条件来确定,比如将一个面内的某条直线暂时确定为直线(A_1F),
那么此时就需要在另一个平面(B_1DE)内找两条相交直线,且都要能证明和直线(A_1F),
如果能找到,则这样的思路就基本固定下来了,
![](https://images2017.cnblogs.com/blog/992978/201709/992978-20170927224654465-801173223.png)
思路一大致为:(A_1Fperpegin{cases}B_1D\ DEend{cases}),
从而转证(DEperp A_1F),从而转证(A_1C_1perp A_1F),
从而转证(A_1C_1perp)包含(A_1F)的平面(ABB_1A_1),
从而转证(A_1C_1perpegin{cases}A_1B_1\ A_1Aend{cases});
![](https://images2017.cnblogs.com/blog/992978/201709/992978-20170927224654465-801173223.png)
思路二大致为:(B_1Dperpegin{cases}A_1F\ A_1C_1end{cases}),
从而转证(A_1C_1perp B_1D),
从而转证(A_1C_1perp)包含(B_1D_1)的平面(ABB_1A_1),
从而转证(A_1C_1perpegin{cases}A_1B_1\ A_1Aend{cases});
证明:你能自主写出证明过程吗?
【反思提升】上述解答中的思路一中,在分析需要证明(A_1Fperp DE)时,包含了视角上的转换,如证明(A_1Fperp DE)不容易时,我们转而证明(DEperp A_1F),即转证(A_1C_1perp A_1F),从而接下来就可以考虑证明线面垂直,从而转证(A_1C_1perp)包含(A_1F)的平面(ABB_1A_1),
分析:在棱(PC)上存在一点(F),(F)为(PC)的中点,使得(BF//)面(AEC),理由如下:
取(PE)的中点(H),(PC)的中点(F),联结(BF)、(HF)、(BH),联结(AC)和(BD),交点为(O),
则由(HF)是(Delta PEC)的底边(EC)的中位线,故(HF//EC);
由(EO)是(Delta DBH)的底边(BH)的中位线,故(BH//EO);
(说明:这样的话,平面(BHF)内的两条相交直线(HF)和(BH)分别平行与另一个平面(AEC)内的两条相交直线(EO)和(EC),则这两个平面就平行)
又由于(HFsubsetneqq)平面(BHF),(BHsubsetneqq)平面(BHF),(BHcap HF=H),
(EOsubsetneqq)平面(AEC),(ECsubsetneqq)平面(AEC),(EOcap EC=E),
则平面(BHF//)平面(AEC),
又(BFsubsetneqq)平面(BHF),
则有(BF//)平面(AEC),猜想得证。
- 面面平行
(1).在图中作出平面(MNPQ),使面(MNPQ//面SAD)(不要求证明);
分析:如图所示,点(P、Q)分别是线段(CD、AB)的中点,联结(NP、PQ、QM)所得的平面即为所求做的平面。
![](https://images2017.cnblogs.com/blog/992978/201801/992978-20180124183121975-55629616.png)
反思总结:1、一般的考法是题目作出这样的平面,然后要求我们证明面面平行,现在是要求我们利用面面平行的判定定理作出这样的平面,应该是要求提高了。
2、注意图中的线的虚实。
(2).【文】若(|overrightarrow{AB}|=4),在(1)的条件下求多面体(MNCBPQ)的体积。
【理】若(overrightarrow{AQ}=lambda overrightarrow{AB}),是否存在实数(lambda),使二面角(M-PQ-B)的平面角大小为(60^{circ})?若存在,求出(lambda)的值;若不存在,请说明理由。
【文科】法1:<img src="http://images2017.cnblogs.com/blog/992978/201801/992978-20180121211933349-425986972.png" / >
如图所示,连接(PB、NB),有题目可知在(1)的情形下,平面(MNPQ)与平面(ABCD)垂直,由题目可知,(AB=4),(BC=PC=2),(SD=2),(NP=1),
则(SDperp面ABCD),(NP//SD),则(NPperp 面ABCD),
(Delta PCB)是边长为2的等边三角形,则(V_{N-PBC}=cfrac{1}{3}cdot S_{Delta PBC}cdot |NP|=cfrac{1}{3}cdot cfrac{sqrt{3}}{4}cdot 4cdot 1=cfrac{sqrt{3}}{3})
由(MN//BC),(MN perp面SAD),面(MNPQ)是直角梯形,(MN=NP=1),(PQ=2)
连接(BD)交(PQ)于点(H),在(Delta ABD)中,由余弦定理可知,(BD=2sqrt{3}),(AB^2=AD^2+BD^2),则(BDperp AD)
即(BHperp PQ),且(BHperp NP),故(BHperp 面MNPQ),
(V_{B-MNPQ}=cfrac{1}{3}cdot S_{MNPQ}cdot |BH|=cfrac{1}{3}cdot cfrac{(1+2)cdot 1}{2}cdot sqrt{3}=cfrac{sqrt{3}}{2})
故(V_{MNCBPQ}=V_{B-MNPQ}+V_{N-PBC}=cfrac{sqrt{3}}{2}+cfrac{sqrt{3}}{3}=cfrac{5sqrt{3}}{6})。
法2:
待补充。
【理科】待补充。