1、,第2讲 立体几何(大题),板块二 专题三 立体几何与空间向量,NEIRONGSUOYIN,内容索引,热点分类突破,真题押题精练,1,PART ONE,热点一 平行、垂直关系的证明,热点二 利用空间向量求空间角,热点三 利用空间向量解决探索性问题,热点一 平行、垂直关系的证明,用向量知识证明立体几何问题,仍然离不开立体几何中的定理.如要证明线面平行,只需要证明平面外的一条直线和平面内的一条直线平行,即化归为证明线线平行,用向量方法证明直线ab,只需证明向量ab(R)即可.若用直线的方向向量与平面的法向量垂直来证明线面平行,仍需强调直线在平面外.,例1 如图,在直三棱柱ADEBCF中,平面ABF
2、E和平面ABCD都是正方形且互相垂直,点M为AB的中点,点O为DF的中点.运用向量方法证明: (1)OM平面BCF;,证明 方法一 由题意,得AB,AD,AE两两垂直,以点A为原点建立如图所示的空间直角坐标系Axyz.,棱柱ADEBCF是直三棱柱, AB平面BCF,,OM平面BCF.,又BF,BC平面BCF,OM平面BCF, OM平面BCF.,(2)平面MDF平面EFCD.,证明 方法一 设平面MDF与平面EFCD的法向量分别为 n1(x1,y1,z1),n2(x2,y2,z2).,同理可得n2(0,1,1). n1n20,平面MDF平面EFCD.,方法二 由题意及(1)知,BF,BC,BA两
3、两垂直,,又CDFCC,CD,FC平面EFCD, OM平面EFCD. 又OM平面MDF,平面MDF平面EFCD.,跟踪演练1 如图,在四棱锥PABCD中,PA底面ABCD,ADBC,ADCD,BC2,ADCD1,M是PB的中点. (1)求证:AM平面PCD;,证明 如图,以C为坐标原点建立空间直角坐标系Cxyz, 则A(1,1,0),B(0,2,0),C(0,0,0),D(1,0,0),,设平面PCD的法向量为n1(x0,y0,z0),,令y0a,则n1(0,a,1),,又AM平面PCD,所以AM平面PCD.,(2)求证:平面ACM平面PAB.,设平面ACM的法向量为n2(x1,y1,z1),
4、,令x21,则n3(1,1,0),所以n2n3110. 所以平面ACM平面PAB.,热点二 利用空间向量求空间角,设直线l,m的方向向量分别为a(a1,b1,c1),b(a2,b2,c2).平面,的法向量分别为(a3,b3,c3),v(a4,b4,c4)(以下相同). (1)线线夹角,(2)线面夹角,(3)二面角,例2 (2019南昌模拟)如图,四棱台ABCDA1B1C1D1中,底面ABCD是菱形,CC1底面ABCD,且BAD60,CDCC12C1D14,E是棱BB1的中点. (1)求证:AA1BD;,证明 因为C1C底面ABCD,所以C1CBD. 因为底面ABCD是菱形,所以BDAC. 又A
5、CCC1C,AC,CC1平面ACC1A1, 所以BD平面ACC1A1. 又AA1平面ACC1A1, 所以BDAA1.,(2)求二面角EA1C1C的余弦值.,解 如图,设AC交BD于点O, 依题意,A1C1OC且A1C1OC, 所以四边形A1OCC1为平行四边形, 所以A1OCC1,且A1OCC1. 所以A1O底面ABCD. 以O为原点,OA,OB,OA1所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系.,设n(x,y,z)为平面EA1C1的法向量,,取z3,得n(0,4,3), 平面A1C1C的法向量m(0,1,0), 又由图可知,二面角EA1C1C为锐二面角,,(1)求证:CDBF;,证明
6、E为CD中点,CD2AB,ABDE. 又ABCD,四边形ABED为平行四边形. BCBD,E为CD中点,BECD, 四边形ABED为矩形,ABAD. 由PAB90,得PAAB, 又PAADA,PA,AD平面PAD,AB平面PAD. ABCD,CD平面PAD. 又PD平面PAD,CDPD. EFPD,CDEF. 又CDBE,BEEFE,BE,EF平面BEF,CD平面BEF. 又BF平面BEF,CDBF.,(2)求直线PB与平面PCD所成的角的正弦值.,解 由(1)知AB平面PAD. 以A为原点,AB所在直线为x轴,AD所在直线为y轴,平面PAD内过点A且与AD垂直的线为z轴建立空间直角坐标系Ax
7、yz,如图所示. PAD120,PAz30.,点P到z轴的距离为1.,设平面PCD的一个法向量为n(x,y,z),,设直线PB与平面PCD所成的角为.,热点三 利用空间向量解决探索性问题,与空间向量有关的探究性问题主要有两类:一类是探究线面的位置关系;另一类是探究线面角或二面角满足特定要求时的存在性问题.处理原则是:先建立空间直角坐标系,引入参数(有些是题中已给出),设出关键点的坐标,然后探究这样的点是否存在,或参数是否满足要求,从而作出判断.,例3 (2019临沂模拟)如图,平面ABCD平面ABE,四边形ABCD是边长为2的正方形,AE1,F为CE上的点,且BF平面ACE. (1)求证:AE
8、平面BCE;,证明 BF平面ACE,AE平面ACE, BFAE, 四边形ABCD是正方形, BCAB, 又平面ABCD平面ABE,平面ABCD平面ABEAB, CB平面ABE, AE平面ABE, CBAE, BFBCB,BF,BC平面BCE, AE平面BCE.,AE平面BCE,BE平面BCE,AEBE, 在RtAEB中,AB2,AE1, ABE30,BAE60, 以A为原点,建立空间直角坐标系Axyz, 设AMh,则0h2, AE1,BAE60,,设平面MCE的一个法向量n(x,y,z),,平面ABE的一个法向量m(0,0,1),,跟踪演练3 如图,在直三棱柱ABCA1B1C1中,ACBC,A
9、CBCAA12,点P为棱B1C1的中点,点Q为线段A1B上一动点. (1)求证:当点Q为线段A1B的中点时,PQ平面A1BC;,证明 连接AB1,AC1, 点Q为线段A1B的中点,A,Q,B1三点共线,且Q为AB1的中点, 点P为B1C1的中点,PQAC1. 在直三棱柱ABCA1B1C1中,ACBC, BC平面ACC1A1, 又AC1平面ACC1A1,BCAC1. ACAA1,四边形ACC1A1为正方形,AC1A1C, 又A1C,BC平面A1BC,A1CBCC, AC1平面A1BC,而PQAC1, PQ平面A1BC.,解 由题意可知,CA,CB,CC1两两垂直, 以C为原点,分别以CA,CB,
10、CC1所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系Cxyz, 连接B1Q,PB,设Q(x,y,z), B(0,2,0),A1(2,0,2),P(0,1,2),B1(0,2,2),,点Q在线段A1B上运动, 平面A1PQ的法向量即为平面A1PB的法向量,,设平面A1PB的法向量为n1(x,y,z),,令y2,得n1(1,2,1), 设平面B1PQ的法向量为n2(x,y,z),,取n2(1,0,),,2,PART TWO,押题预测,真题体验,(2019全国,理,18)如图,直四棱柱ABCDA1B1C1D1的底面是菱形,AA14,AB2,BAD60,E,M,N分别是BC,BB1,A1D的中点. (1
11、)证明:MN平面C1DE;,真题体验,证明 连接B1C,ME. 因为M,E分别为BB1,BC的中点,,由题设知A1B1DC且A1B1DC,可得B1CA1D且B1CA1D, 故MEND且MEND, 因此四边形MNDE为平行四边形,MNED. 又MN平面C1DE,ED平面C1DE,所以MN平面C1DE.,(2)求二面角AMA1N的正弦值.,建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz,,押题预测,如图1,在梯形ABCD中,ABCD,过A,B分别作AECD,BFCD,垂足分别E,F,ABAE2,CD5,已知DE1,将梯形ABCD沿AE,BF同侧折起,得空间几何体ADEBCF,如图2. (1)若AFBD,证明
12、:DE平面ABFE;,证明 由已知得四边形ABFE是正方形,且边长为2,在图2中,AFBE, 由已知得AFBD,BEBDB,BE,BD平面BDE, AF平面BDE, 又DE平面BDE,AFDE, 又AEDE,AEAFA,AE,AF平面ABFE, DE平面ABFE.,解 在图2中,AEDE,AEEF,DEEFE,DE,EF平面DEFC, 即AE平面DEFC, 在梯形DEFC中,过点D作DMEF交CF于点M,连接CE, 由题意得DM2,CM1, 由勾股定理可得DCCF,,过E作EGEF交DC于点G, 可知GE,EA,EF两两垂直,,设平面ACD的一个法向量为n(x,y,z),,设CP与平面ACD所成的角为,,本课结束,