2018-2019数学新学案同步苏教版必修二讲义：第一章 立体几何初步1.2.4 第2课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第2课时两平面垂直的判定学习目标1。了解二面角及其平面角的概念，能确定二面角的平面角.2。初步掌握面面垂直的定义及两个平面垂直的判定定理．知识点一二面角思考1观察教室内门与墙面,当门绕着门轴旋转时,门所在的平面与墙面所形成的角的大小和形状．数学上，用哪个概念来描述门所在的平面与墙面所在的平面所形成的角？答案二面角．思考2平时，我们常说“把门开大一点”,在这里指的是哪个角大一点？答案二面角的平面角．梳理(1）二面角的概念①定义：一般地，一条直线和由这条直线出发的两个半平面所组成的图形．②相关概念：（ⅰ）这条直线叫做二面角的棱；（ⅱ)每个半平面叫做二面角的面．③画法：④记法:二面角α－l－β或α－AB－β或P－l－Q或P－AB－Q.（2）二面角的平面角①定义：一般地，以二面角的棱上任意一点为端点，在两个面内分别作垂直于棱的射线,这两条射线所成的角叫做二面角的平面角．②表示方法:若有（ⅰ)O∈l;(ⅱ）OA⊂α，OB⊂β；（ⅲ）OA⊥l，OB⊥l，则二面角α－l－β的平面角是∠AOB。知识点二平面与平面垂直思考建筑工人常在一根细线上拴一个重物，做成“铅锤”，用这种方法来检查墙与地面是否垂直．当挂铅锤的线从上面某一点垂下时，如果墙壁贴近铅锤线，则说明墙和地面什么关系?此时铅锤线与地面什么关系？答案都是垂直．梳理两面垂直的定义及判定(1)平面与平面垂直①定义：一般地,如果两个平面所成的二面角是直二面角，那么就说这两个平面互相垂直．②画法：③记作：α⊥β.(2）判定定理文字语言如果一个平面经过另一个平面的一条垂线,那么这两个平面互相垂直图形语言符号语言l⊥α，l⊂β⇒α⊥β1．若l⊥α，则过l有无数个平面与α垂直．（√)2．两垂直平面的二面角的平面角大小为90°。（√)类型一面面垂直的判定例1如图所示，在四棱锥S—ABCD中，底面四边形ABCD是平行四边形,SC⊥平面ABCD，E为SA的中点．求证：平面EBD⊥平面ABCD.证明如图，连结AC，与BD交于点F,连结EF。因为F为平行四边形ABCD的对角线AC与BD的交点，所以F为AC的中点．又E为SA的中点，所以EF为△SAC的中位线,所以EF∥SC。又SC⊥平面ABCD，所以EF⊥平面ABCD.又EF⊂平面EBD,所以平面EBD⊥平面ABCD.反思与感悟(1）面面垂直的判定定理是证明面面垂直的常用方法，即要证面面垂直，只需转证线面垂直，关键是在其中一个平面内寻找一条直线与另一个平面垂直．(2）面面垂直的定义也是证明面面垂直的基本方法，只需要证明两个平面构成的二面角为直二面角．跟踪训练1如图，在三棱柱ABC－A1B1C1中，侧棱垂直于底面，∠ACB＝90°，AC＝eq\f(1，2)AA1，D是棱AA1的中点．证明：平面BDC1⊥平面BDC。证明由题设知BC⊥CC1，BC⊥AC，CC1∩AC＝C,所以BC⊥平面ACC1A1。又DC1⊂平面ACC1A1，所以DC1⊥BC.由题设知∠A1DC1＝∠ADC＝45°，所以∠CDC1＝90°，即DC1⊥DC。又DC∩BC＝C，所以DC1⊥平面BDC.又DC1⊂平面BDC1，所以平面BDC1⊥平面BDC。类型二与面面垂直有关的探索性问题例2如图所示，四棱锥P—ABCD的底面ABCD是边长为1的菱形，∠BCD＝60°，PA⊥底面ABCD，PA＝eq\r(3）.在CD上确定一点E,使得平面PBE⊥平面PAB.解取CD的中点E,连结PE，BE，BD.由底面ABCD是菱形且∠BCD＝60°知,△BCD是等边三角形．因为E是CD的中点,所以BE⊥CD。又AB∥CD，所以BE⊥AB。又因为PA⊥平面ABCD,BE⊂平面ABCD，所以PA⊥BE。而PA∩AB＝A，所以BE⊥平面PAB.又BE⊂平面PBE，所以平面PBE⊥平面PAB.所以当E为CD的中点时，平面PBE⊥平面PAB。反思与感悟存在性问题是将传统意义上指定线线、线面、面面位置关系的证明,变成开放性和探究性问题．需要先找到相应的点、线、面之间平行与垂直关系再进行证明,但也可能不存在对应的点、线、面平行与垂直关系．跟踪训练2如图，在直角梯形ABCD中,E为CD的中点，且AE⊥CD，又G，F分别为DA，EC的中点，将△ADE沿AE折起，使得DE⊥EC.(1）求证：AE⊥平面CDE；(2）求证：FG∥平面BCD；（3）在线段AE上找一点R,使得平面BDR⊥平面DCB，并说明理由．（1)证明由已知得DE⊥AE，AE⊥EC.∵DE∩EC＝E,DE，EC⊂平面DCE,∴AE⊥平面CDE。(2)证明取AB的中点H，连结GH，FH，由已知得ABCE为矩形，且G,F分别为AD，EC的中点，∴GH∥BD，FH∥BC.∵GH⊄平面BCD，BD⊂平面BCD，∴GH∥平面BCD。同理，FH∥平面BCD,又GH∩FH＝H，∴平面FHG∥平面BCD，∵GF⊂平面FHG，∴GF∥平面BCD.(3)解取线段AE的中点R，DC的中点M,DB的中点S，连结MS，RS，BR,DR，EM。则MS∥eq\f（1，2）BC，MS＝eq\f(1,2）BC，又RE∥eq\f（1,2)BC，RE＝eq\f(1,2)BC，∴MS∥RE，MS＝RE,∴四边形MERS是平行四边形，∴RS∥ME。在△DEC中，ED＝EC，M是CD的中点,∴EM⊥DC。由（1）知AE⊥平面CDE,AE∥BC，∴BC⊥平面CDE.∵EM⊂平面CDE，∴EM⊥BC。∵BC∩CD＝C，∴EM⊥平面BCD。∵EM∥RS，∴RS⊥平面BCD。∵RS⊂平面BDR，∴平面BDR⊥平面DCB。1．下列说法中正确的是________．(填序号）①若平面α和平面β分别过两条互相垂直的直线，则α⊥β；②若平面α内的一条直线垂直于平面β内的两条平行直线,则α⊥β；③若平面α内的一条直线垂直于平面β内的两条相交直线,则α⊥β;④若平面α内的一条直线垂直于平面β内的无数条直线，则α⊥β。答案③解析①中，α与β还可能平行或相交且不垂直，所以①不正确；因为由平面α内的一条直线垂直于平面β内的两条相交直线，得α⊥β，所以②④不正确，③正确．2．已知PA⊥矩形ABCD所在的平面(如图所示），图中互相垂直的平面有________对．答案5解析∵DA⊥AB，DA⊥PA，AB∩PA＝A,∴DA⊥平面PAB,同理BC⊥平面PAB。又AB⊥平面PAD，∴DC⊥平面PAD。∴平面PAD⊥平面ABCD，平面PAD⊥平面PAB，平面PBC⊥平面PAB,平面PAB⊥平面ABCD，平面PDC⊥平面PAD,共5对．3。如图所示,在三棱锥D-ABC中，若AB＝CB，AD＝CD，E是AC的中点,则下列命题中正确的是________．（填序号)①平面ABC⊥平面ABD；②平面ABC⊥平面BCD；③平面ABC⊥平面BDE，且平面ACD⊥平面BDE；④平面ABC⊥平面ACD，且平面ACD⊥平面BDE。答案③解析由AB＝CB,AD＝CD，E为AC的中点知，AC⊥DE,AC⊥BE。又DE∩BE＝E，从而AC⊥平面BDE，故③正确．4.点P在正方体ABCD-A1B1C1D1的面对角线BC1上运动,给出下列命题：①三棱锥A-D1PC的体积不变；②A1P∥平面ACD1;③DP⊥BC1；④平面PDB1⊥平面ACD1。其中正确的命题序号是________．答案①②④解析连结BD交AC于点O，连结DC1交D1C于点O1，连结OO1，则OO1∥BC1，所以BC1∥平面AD1C,动点P到平面AD1C的距离不变，所以三棱锥P-AD1C的体积不变．又因为＝，所以①正确；因为平面A1C1B∥平面AD1C，A1P⊂平面A1C1B，所以A1P∥平面ACD1，②正确；由于当点P在B点时，DB不垂直于BC1，即DP不垂直BC1,故③不正确；由于DB1⊥D1C，DB1⊥AD1，D1C∩AD1＝D1，所以DB1⊥平面AD1C.又因为DB1⊂平面PDB1,所以平面PDB1⊥平面ACD1，④正确．5．如图，四棱锥P－ABCD的底面ABCD为正方形，PA⊥底面ABCD,AC，BD交于点E,F是PB的中点．求证：(1)EF∥平面PCD；（2）平面PBD⊥平面PAC。考点平面与平面垂直的判定题点利用判定定理证明两平面垂直证明(1)∵四边形ABCD是正方形，∴E是BD的中点．又F是PB的中点，∴EF∥PD。又∵EF⊄平面PCD，PD⊂平面PCD，∴EF∥平面PCD.(2）∵四边形ABCD是正方形,∴BD⊥AC。∵PA⊥平面ABC，BD⊂平面ABC,∴PA⊥BD.又PA∩AC＝A，PA，AC⊂平面PAC,∴BD⊥平面PAC。又BD⊂平面PBD，∴平面PBD⊥平面PAC。证明两个平面垂直的主要途径(1)利用面面垂直的定义．（2)利用面面垂直的判定定理，即如果一个平面经过另一个平面的一条垂线，那么这两个平面互相垂直．一、填空题1．在空间四边形ABCD中，如果AD⊥BC，BD⊥AD，那么下列判断正确的是________．（填序号）①平面ABC⊥平面ADC；②平面ABC⊥平面ADB；③平面ABC⊥平面DBC;④平面ADC⊥平面DBC.答案④解析∵AD⊥BC，AD⊥BD，BC∩BD＝B，∴AD⊥平面BCD.又∵AD⊂平面ADC，∴平面ADC⊥平面DBC.2．下列命题：①两个相交平面组成的图形叫做二面角；②异面直线a，b分别和一个二面角的两个面垂直，则a，b组成的角与这个二面角的平面角相等或互补；③二面角的平面角是从棱上一点出发，分别在两个面内作射线所成角的最小角;④二面角的大小与其平面角的顶点在棱上的位置没有关系．其中正确的是________．（填序号）答案②④解析①不符合二面角定义；③从运动的角度演示可知，二面角的平面角不是最小角．3。如图所示,已知PA垂直于圆O所在平面．AB是圆O的直径，C是圆周上一点,则图中互相垂直的平面共有______对．答案3解析∵PA⊥平面ABC，PA⊂平面PAC,PA⊂平面PAB，∴平面PAC⊥平面ABC，平面PAB⊥平面ABC。又BC⊥AC，PA⊥BC，∴BC⊥平面PAC。又BC⊂平面PCB，∴平面PCB⊥平面PAC.∴共3对．4。如图,已知三棱锥P-ABC的所有棱长都相等,D,E，F分别是AB，BC，CA的中点，则下面四个结论中正确的是________．（填序号)①BC∥平面PDF；②DF⊥平面PAE；③平面PDF⊥平面ABC;④平面PAE⊥平面ABC.答案①②④解析∵BC∥DF,∴BC∥平面PDF。∴①正确．∵BC⊥PE，BC⊥AE,PE∩AE＝E，∴BC⊥平面PAE。∴DF⊥平面PAE，∴平面ABC⊥平面PAE(BC⊥平面PAE)．∴②④正确．5．以下所给角:①异面直线所成的角；②直线和平面所成的角;③二面角的平面角．其中可能为钝角的有________个．答案1解析异面直线所成角的范围为（0°，90°］，直线和平面所成角的范围为［0°，90°］,二面角的平面角的范围为［0°,180°］，只有二面角的平面角可能为钝角．6．如果规定：x＝y，y＝z，则x＝z,叫做x，y，z关于相等关系具有传递性，那么空间三个平面α，β，γ关于相交、垂直、平行这三种关系中具有传递性的是________．答案平行解析由平面与平面的位置关系及两个平面平行、垂直的定义、判定定理知，平面平行具有传递性，相交、垂直都不具有传递性．7．已知α，β是两个不同的平面，m,n分别是平面α与平面β之外的两条不同的直线，给出四个论断：①m⊥n；②α⊥β；③n⊥β;④m⊥α。以其中三个论断作为条件，余下一个论断作为结论，写出你认为正确的一个命题:________.(用序号表示）答案①③④⇒②(或②③④⇒①）解析当m⊥α，m⊥n时，有n∥α或n⊂α。∴当n⊥β时，α⊥β，即①③④⇒②。当α⊥β，m⊥α时，有m∥β或m⊂β。∴当n⊥β时，m⊥n，即②③④⇒①。8．在四面体A－BCD中，AB＝BC＝CD＝AD，∠BAD＝∠BCD＝90°，A－BD－C为直二面角,E是CD的中点,则∠AED＝________.考点二面角题点求二面角的大小答案90°解析如图，设AB＝BC＝CD＝AD＝a，取BD中点F，连结AF,CF。由题意可得AF＝CF＝eq\f（\r（2）,2）a，∠AFC＝90°.在Rt△AFC中，可得AC＝a，∴△ACD为正三角形．∵E是CD的中点，∴AE⊥CD，∴∠AED＝90°。9．如图，在三棱柱A1B1C1—ABC中,侧棱AA1⊥底面A1B1C1，底面三角形A1B1C1是正三角形，E是BC的中点,则下列叙述正确的是________．(填序号）①CC1与B1E是异面直线；②直线AC⊥平面ABB1A1；③直线A1C1与平面AB1E不相交；④∠B1EB是二面角B1—AE—B的平面角．答案④解析CC1与B1E都在平面BB1C1C内，即①不正确；若AC⊥平面ABB1A1，则AC⊥AB,与△ABC是正三角形矛盾，即②不正确；若直线A1C1与平面AB1E不相交，则A1C1∥平面AB1E,取B1C1的中点E1，则A1E1∥平面AB1E,又A1C1∩A1E1＝A1，于是平面A1B1C1∥平面AB1E,这与平面A1B1C1和平面AB1E都过点B1矛盾，所以③不正确；由已知可得AE⊥平面BCC1B1，所以∠B1EB是二面角B1—AE—B的平面角,即④正确．10.如图所示,在四棱锥P－ABCD中，PA⊥底面ABCD，且底面各边都相等，M是PC上的一动点，当点M满足________时，平面MBD⊥平面PCD。（只要填写一个你认为是正确的条件即可)答案DM⊥PC（或BM⊥PC等)解析连结AC.∵底面各边都相等，∴AC⊥BD.又PA⊥底面ABCD,∴PA⊥BD.又AC∩PA＝A，∴BD⊥平面PAC，∴BD⊥PC。∴当DM⊥PC（或BM⊥PC)时,即有PC⊥平面MBD，而PC⊂平面PCD，∴平面MBD⊥平面PCD。二、解答题11.如图，在三棱锥P－ABC中，D，E,F分别为棱PC，AC，AB的中点．已知PA⊥AC，PA＝6，BC＝8，DF＝5.求证：（1）PA∥平面DEF;(2)平面BDE⊥平面ABC.证明（1）因为D，E分别为棱PC，AC的中点，所以DE∥PA。又因为PA⊄平面DEF，DE⊂平面DEF，所以PA∥平面DEF.（2)因为D，E，F分别为棱PC，AC，AB的中点,PA＝6,BC＝8，所以DE＝eq\f(1，2）PA＝3，EF＝eq\f(1，2）BC＝4.又因为DF＝5，故DF2＝DE2＋EF2,所以∠DEF＝90°,即DE⊥EF。又PA⊥AC，DE∥PA，所以DE⊥AC。因为AC∩EF＝E，AC⊂平面ABC，EF⊂平面ABC,所以DE⊥平面ABC，又DE⊂平面BDE,所以平面BDE⊥平面ABC。12。如图所示，在四棱锥S—ABCD中，SD⊥平面ABCD,AD⊥CD，BC⊥BD，∠BAD＝60°，SD＝AD＝AB,E是SB的中点．求证：（1)BC⊥DE；（2）平面SBC⊥平面ADE。证明（1）∵SD⊥平面ABCD，BC⊂平面ABCD，∴BC⊥SD。又∵BC⊥BD,SD∩BD＝D,∴BC⊥平面SBD，∵DE⊂平面SBD，∴BC⊥DE.（2）∵SD＝AD＝AB，∠BAD＝60°,∴△ABD为等边三角形,∴SD＝BD，∵E为SB的中点，∴DE⊥SB,又∵BC⊥DE,SB∩BC＝B,∴DE⊥平面SBC,又DE⊂平面ADE，∴平面SBC⊥平面ADE。13.如图所示，在三棱台DEF—ABC中,AB＝2DE，G，H分别为AC，BC的中点．若CF⊥BC，AB⊥BC，求证：平面BCD⊥平面EGH.证明因为G，H分别为AC,BC的中点，所以GH∥AB。由AB⊥BC,得GH⊥BC。又H为BC的中点,所以EF∥HC，EF＝HC，因此四边形EFCH是平行四边形，所以CF∥HE。又CF⊥BC，所以HE⊥BC.又HE，GH⊂平面EGH，HE∩GH＝H，所以BC⊥平面EGH.又BC⊂平面BCD，所以平面BCD⊥平面EGH。三、探究与拓展14．在正方体ABCD－A1B1C1D