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文档简介

1、高中数学必修2第一章 立体几何初步 1、柱、锥、台、球的结构特征(1)棱柱:定义:有两个面互相平行,其余各面都是四边形,且每相邻两个四边形的公共边都互相平行,由这些面所围成的几何体。分类:以底面多边形的边数作为分类的标准分为三棱柱、四棱柱、五棱柱等。表示:用各顶点字母,如五棱柱或用对角线的端点字母,如五棱柱几何特征:两底面是对应边平行的全等多边形;侧面、对角面都是平行四边形;侧棱平行且相等;平行于底面的截面是与底面全等的多边形。(2)棱锥定义:有一个面是多边形,其余各面都是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的几何体分类:以底面多边形的边数作为分类的标准分为三棱锥、四棱锥、五棱锥等表示:用各

2、顶点字母,如五棱锥几何特征:侧面、对角面都是三角形;平行于底面的截面与底面相似,其相似比等于顶点到截面距离与高的比的平方。(3)棱台:定义:用一个平行于棱锥底面的平面去截棱锥,截面和底面之间的部分分类:以底面多边形的边数作为分类的标准分为三棱台、四棱台、五棱台等表示:用各顶点字母,如五棱台几何特征:上下底面是相似的平行多边形 侧面是梯形 侧棱交于原棱锥的顶点(4)圆柱:定义:以矩形的一边所在的直线为轴旋转,其余三边旋转所成的曲面所围成的几何体几何特征:底面是全等的圆;母线与轴平行;轴与底面圆的半径垂直;侧面展开图是一个矩形。(5)圆锥:定义:以直角三角形的一条直角边为旋转轴,旋转一周所成的曲面

3、所围成的几何体几何特征:底面是一个圆;母线交于圆锥的顶点;侧面展开图是一个扇形。(6)圆台:定义:用一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥,截面和底面之间的部分几何特征:上下底面是两个圆;侧面母线交于原圆锥的顶点;侧面展开图是一个弓形。(7)球体:定义:以半圆的直径所在直线为旋转轴,半圆面旋转一周形成的几何体几何特征:球的截面是圆;球面上任意一点到球心的距离等于半径。2、空间几何体的三视图定义三视图:正视图(光线从几何体的前面向后面正投影);侧视图(从左向右)、俯视图(从上向下)注:正视图反映了物体上下、左右的位置关系,即反映了物体的高度和长度;俯视图反映了物体左右、前后的位置关系,即反映了物体的长

4、度和宽度;侧视图反映了物体上下、前后的位置关系,即反映了物体的高度和宽度。(1) 画三视图的原则:长对齐、高对齐、宽相等 口诀:平行依旧垂改斜,横等纵半竖不变;眼见为实遮为虚,空间观感好体现。(2) 直观图:斜二测画法(3) 斜二测画法的步骤:a.平行于坐标轴的线依然平行于坐标轴;b.平行于y轴的线长度变半,平行于x,z轴的线长度不变;c.画法要写好。(1) 建立平面直角坐标系在已知平面图形中取互相垂直的x轴和y轴,两轴相交于点O;(2) 画出斜坐标系:在画直观图的纸上(平面上)画出对应的x轴和y轴,两轴相交于点O,且使xOy =45(或135),它们确定的平面表示水平平面;(3) 画对应图形

5、:在已知图形平行于x轴的线段,在直观图中画成平行于x轴,长度保持不变;在已知图形平行于y轴的线段,在直观图中画成平行于y轴,且长度为原来的一半;(4)对于一般线段,要在原来的图形中从线段的各个端点引垂线,再按上述要求画出这些线段,确定端点,从而画出线段;(5) 擦去辅助线:图画好后,要擦去x轴、y轴及为画图添加的辅助线;1例如:如图1,用斜二测画法画出水平放置的正六边形的直观图。图1 六边形解:第一步:在六边形ABCDEF中,取AD所在直线为x轴,对称轴MN所在直线为y轴,两轴交于O。画出相应的x轴和y轴,两轴交于O,使xOy =45。图2 画出坐标轴第二步:以O为中心,在x轴上取AD=AD,

6、在y轴上取MN=1/2MN。以点N为中心,画BC平行于x轴,并且等于BC。再以M为中心,画EF平行于x轴,且等于EF。图3第三步:连接AB,AF,AD,CD,并擦去辅助线x轴、y轴,便可获得正六边形ABCDEF水平放置的直观图ABCDEF。图4立体图形利用斜二测画法作几何体直观图的一般步骤如下:(1)画轴:画x.y.z三轴交原点,使xOy=45、xOz=90;(2)画底面:在相应轴上取底面的边,并交于底面各顶点;(3)画侧棱或横截面侧边,使其平行于z轴;(4)成图:连接相应端点,去掉辅助线,将被遮挡部分改为虚线等。画几何体的直观图时,如果不作严格要求,图形尺寸可以适当选取。用斜二测画法画图的角

7、度也可是自定,但要求图形有一定的立体感,作水平放置的圆的直观图可借助椭圆模板。(4)用斜二测画法画出长方体的步骤:(1)画轴(2)画底面(3)画侧棱(4)成图3、空间几何体的直观图斜二测画法斜二测画法特点:原来与x轴平行的线段仍然与x平行且长度不变;原来与y轴平行的线段仍然与y平行,长度为原来的一半。4、柱体、锥体、台体的表面积与体积(1)几何体的表面积为几何体各个面的面积的和。(2)特殊几何体表面积公式(c为底面周长,h为高,为斜高,l为母线) (3)柱体、锥体、台体的体积公式 (4)球体的表面积和体积公式:V= ; S= 特殊几何体表面积公式(c为底面周长,h为高,为斜高,l为母线) 柱体

8、、锥体、台体的体积公式 (4)球体的表面积和体积公式:V= ; S=第二章 直线与平面的位置关系2.1空间点、直线、平面之间的位置关系1 平面含义:平面是无限延展的2 三个公理:(1)公理1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内.符号表示为LAALBL = L AB公理1作用:判断直线是否在平面内.CBA(2)公理2:过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面。符号表示为:A、B、C三点不共线 = 有且只有一个平面,使A、B、C。公理2作用:确定一个平面的依据。PL(3)公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线。符号表示为:P =L,且P

9、L公理3作用:判定两个平面是否相交的依据.2.1.2 空间中直线与直线之间的位置关系1 空间的两条直线有如下三种关系:共面直线 相交直线:同一平面内,有且只有一个公共点;平行直线:同一平面内,没有公共点;异面直线: 不同在任何一个平面内,没有公共点。2 公理4:平行于同一条直线的两条直线互相平行。符号表示为:设a、b、c是三条直线=acabcb强调:公理4实质上是说平行具有传递性,在平面、空间这个性质都适用。公理4作用:判断空间两条直线平行的依据。3 等角定理:空间中如果两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等或互补.4 注意点: a与b所成的角的大小只由a、b的相互位置来确定,与O的选择无

10、关,为了简便,点O一般取在两直线中的一条上; 两条异面直线所成的角(0, ); 当两条异面直线所成的角是直角时,我们就说这两条异面直线互相垂直,记作ab; 两条直线互相垂直,有共面垂直与异面垂直两种情形; 计算中,通常把两条异面直线所成的角转化为两条相交直线所成的角。2.1.3 2.1.4 空间中直线与平面、平面与平面之间的位置关系1、直线与平面有三种位置关系:(1)直线在平面内 有无数个公共点(2)直线与平面相交 有且只有一个公共点(3)直线在平面平行 没有公共点指出:直线与平面相交或平行的情况统称为直线在平面外,可用a 来表示a a=A a2.2.直线、平面平行的判定及其性质2.2.1 直

11、线与平面平行的判定1、直线与平面平行的判定定理:平面外一条直线与此平面内的一条直线平行,则该直线与此平面平行。简记为:线线平行,则线面平行。符号表示:a b = aab2.2.2 平面与平面平行的判定1、两个平面平行的判定定理:一个平面内的两条交直线与另一个平面平行,则这两个平面平行。符号表示:a b ab = P ab2、判断两平面平行的方法有三种:(1)用定义;(2)判定定理;(3)垂直于同一条直线的两个平面平行。2.2.3 2.2.4直线与平面、平面与平面平行的性质1、直线与平面平行的性质定理:一条直线与一个平面平行,则过这条直线的任一平面与此平面的交线与该直线平行。简记为:线面平行则线

12、线平行。符号表示:a a ab= b作用:利用该定理可解决直线间的平行问题。2、两个平面平行的性质定理:如果两个平行的平面同时与第三个平面相交,那么它们的交线平行。符号表示:= a ab = b作用:可以由平面与平面平行得出直线与直线平行2.3直线、平面垂直的判定及其性质2.3.1直线与平面垂直的判定1、定义:如果直线L与平面内的任意一条直线都垂直,我们就说直线L与平面互相垂直,记作L,直线L叫做平面的垂线,平面叫做直线L的垂面。如图,直线与平面垂直时,它们唯一公共点P叫做垂足。 P a L2、直线与平面垂直的判定定理:一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直。注意点:

13、a)定理中的“两条相交直线”这一条件不可忽视;b)定理体现了“直线与平面垂直”与“直线与直线垂直”互相转化的数学思想。2.3.2平面与平面垂直的判定1、二面角的概念:表示从空间一直线出发的两个半平面所组成的图形A 梭 l B2、二面角的记法:二面角-l-或-AB-3、两个平面互相垂直的判定定理:一个平面过另一个平面的垂线,则这两个平面垂直。2.3.3 2.3.4直线与平面、平面与平面垂直的性质1、直线与平面垂直的性质定理:垂直于同一个平面的两条直线平行。2、两个平面垂直的性质定理: 两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直。一、选择题1. 下列四个命题中,真命题的个数为()如

14、果两个平面有三个公共点,那么这两个平面重合两条直线可以确定一个平面若M,M,l,则Ml空间中,相交于同一点的三条直线在同一平面内A. 1B. 2C. 3D. 4答案:A解析:两个平面有三个公共点,若这三个公共点共线,则这两个平面相交,故不正确;两异面直线不能确定一个平面,故不正确;在空间交于一点的三条直线不一定共面(如墙角),故不正确;据平面的性质可知正确2. 若两条直线和一个平面相交成等角,则这两条直线的位置关系是()A. 平行B. 异面C. 相交D. 平行、异面或相交答案:D解析:经验证,当平行、异面或相交时,均有两条直线和一个平面相交成等角的情况出现,故选D.3. 以下四个命题中,正确命

15、题的个数是()不共面的四点中,其中任意三点不共线;若点A、B、C、D共面,点A、B、C、E共面,则A、B、C、D、E共面;若直线a、b共面,直线a、c共面,则直线b、c共面;依次首尾相接的四条线段必共面A. 0B. 1C. 2D. 3答案:B解析:假设其中有三点共线,则该直线和直线外的另一点确定一个平面这与四点不共面矛盾,故其中任意三点不共线,所以正确从条件看出两平面有三个公共点A、B、C,但是若A、B、C共线,则结论不正确;不正确;不正确,因为此时所得的四边形的四条边可以不在一个平面上,如空间四边形4. 设A、B、C、D是空间四个不同的点,在下列命题中,不正确的是()A. 若AC与BD共面,

16、则AD与BC共面B. 若AC与BD是异面直线,则AD与BC是异面直线C. 若ABAC,DBDC,则ADBCD. 若ABAC,DBDC,则ADBC答案:C解析:A中,若AC与BD共面,则A、B、C、D四点共面,则AD与BC共面;B中,若AC与BD是异面直线,则A、B、C、D四点不共面,则AD与BC是异面直线;C中,若ABAC,DBDC,AD不一定等于BC;D中,若ABAC,DBDC,可以证明ADBC.5. 正方体AC1中,E、F分别是线段BC、C1D的中点,则直线A1B与直线EF的位置关系是()A. 相交B. 平行C. 异面D. 以上都有可能答案:A解析:如图所示,直线A1B与直线外一点E确定的

17、平面为A1BCD1,EF平面A1BCD1,且两直线不平行,故两直线相交6. 如图,若是长方体ABCDA1B1C1D1被平面EFGH截去几何体EFGHB1C1后得到的几何体,其中E为线段A1B1上异于B1的点,F为线段BB1上异于B1的点,且EHA1D1,则下列结论中不正确的是()A. EHFGB. 四边形EFGH是矩形C. 是棱柱D. 是棱台答案:D解析:若FG不平行于EH,则FG与EH相交,交点必然在B1C1上,与EHB1C1矛盾,所以FGEH;由EH平面A1ABB1,得到EHEF,可以得到四边形EFGH为矩形,将从正面看过去,就知道是一个五棱柱,C正确;D没能正确理解棱台的定义与题中的图形

18、二、填空题7. a,b,c是空间中的三条直线,下面给出三个命题:若ab,bc,则ac;若a与b相交,b与c相交,则a与c相交;若a,b与c成等角,则ab.上述命题中正确的命题是_(只填序号)答案:解析:由基本性质知正确;当a与b相交,b与c相交时,a与c可以相交、平行,也可以异面,故不正确;当a,b与c成等角时,a与b可以相交、平行,也可以异面,故不正确8. 2013滨州模拟如图所示,ABCDA1B1C1D1是棱长为a的正方体,M、N分别是下底面的棱A1B1、B1C1的中点,P是上底面的棱AD上的一点,AP,过P,M,N的平面交上底面于PQ,Q在CD上,则PQ_.答案:a解析:如图,连接AC,

19、易知MN平面ABCD,MNPQ.又MNAC,PQAC.PQACa.9. 如图所示,在三棱柱ABCA1B1C1中,AA1底面ABC,ABBCAA1,ABC90,点E、F分别是棱AB、BB1的中点,则直线EF和BC1所成的角是_答案:60解析:连接AB1,易知AB1EF,连接B1C交BC1于点G,取AC的中点H,连接GH,则GHAB1EF.故AGB(或其补角)即为EF和BC1所成角设ABBCAA1a,连接HB,在三角形GHB中,易知GHHBGBa,故两直线所成的角即为HGB60.三、解答题10. A是BCD平面外的一点,E,F分别是BC,AD的中点(1)求证:直线EF与BD是异面直线;(2)若AC

20、BD,ACBD,求EF与BD所成的角(1)证明:假设EF与BD不是异面直线,则EF与BD共面,从而DF与BE共面,即AD与BC共面,所以A、B、C、D在同一平面内,这与A是BCD平面外的一点相矛盾故直线EF与BD是异面直线. (2)解:如图,取CD的中点G,连接EG、FG,则EGBD,所以相交直线EF与EG所成的角,即为异面直线EF与BD所成的角在RtEGF中,由EGFGAC,求得FEG45,即异面直线EF与BD所成的角为45.11. 如图所示,正方体ABCDA1B1C1D1中,A1C与截面DBC1交于O点,AC,BD交于M点,求证:C1,O,M三点共线证明:C1平面A1ACC1,且C1平面D

21、BC1,C1是平面A1ACC1与平面DBC1的公共点又MAC,M平面A1ACC1.MBD,M平面DBC1,M也是平面A1ACC1与平面DBC1的公共点,C1M是平面A1ACC1与平面DBC1的交线O为A1C与截面DBC1的交点,O平面A1ACC1,O平面DBC1,即O也是两平面的公共点,O直线C1M,即C1,O,M三点共线12. 如图,四边形ABEF和ABCD都是直角梯形,BADFAB90,BCAD,BEFA,G、H分别为FA、FD的中点(1)证明:四边形BCHG是平行四边形;(2)C、D、F、E四点是否共面?为什么?(1)证明:由已知FGGA,FHHD,可得GHAD.又BCAD,GHBC,四

22、边形BCHG是平行四边形(2)解:C、D、F、E四点共面,由BEAF,G为FA中点知BEGF,四边形BEFG为平行四边形,EFBG.由(1)知BGCH,EFCH,EF与CH共面又DFH,C、D、F、E四点共面第三章 直线与方程(1)直线的倾斜角定义:x轴正向与直线向上方向之间所成的角叫直线的倾斜角。特别地,当直线与x轴平行或重合时,我们规定它的倾斜角为0度。因此,倾斜角的取值范围是0180(2)直线的斜率定义:倾斜角不是90的直线,它的倾斜角的正切叫做这条直线的斜率。直线的斜率常用k表示。即。斜率反映直线与轴的倾斜程度。当直线l与x轴平行或重合时, =0, k = tan0=0;当直线l与x轴

23、垂直时, = 90, k 不存在.当时,; 当时,; 当时,不存在。过两点的直线的斜率公式: ( P1(x1,y1),P2(x2,y2),x1x2)注意下面四点:(1)当时,公式右边无意义,直线的斜率不存在,倾斜角为90;(2)k与P1、P2的顺序无关;(3)以后求斜率可不通过倾斜角而由直线上两点的坐标直接求得;(4)求直线的倾斜角可由直线上两点的坐标先求斜率得到。(3)直线方程点斜式:直线斜率k,且过点注意:当直线的斜率为0时,k=0,直线的方程是y=y1。当直线的斜率为90时,直线的斜率不存在,它的方程不能用点斜式表示但因l上每一点的横坐标都等于x1,所以它的方程是x=x1。斜截式:,直线斜率为k,直线在y轴上的截距为b两点式:()直线两点,截矩式:其中直线与轴交于点,与轴交于点,即与轴、轴的截距分别为。一般式:(A,B不全为0)注意:各式的适用范围 特殊的方程如:平行于x轴的直线:(b为常数); 平行于y轴的直线:(a为常数); (6)两直线平行与垂直当,时,;注意:利用斜率判断直线的平行与垂直时,要注意斜率的存在与否。(7)两条直线的交点 相交交点坐标即方程组的一组解。方程组无解 ; 方程组有无数解与重合(8)两点间距离公式:设是平

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