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高考立体几何核心考点揭秘

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冠以“数学生命线”之称的立体几何是高考备考的重点内容.近两年的高考通常采取“1+1”(即一道选择填空题和一道解答题)的结构考查立体几何,具有“入手容易,难度中等”的特点.虽然它在设问和呈现方式上“丰富多彩”,但高考还是突出考查通性通法,考查的知识也可圈可点,因此备考有很强的“可控性”.

空间点、直线、平面之间的位置关系

【考纲要求】 理解空间直线、平面位置关系的定义,并了解如下可以作为推理依据的公理(即公理1、公理2、公理3、公理4)和定理“空间中如果一个角的两边与另一个角的两边分别平行,那么这两个角相等或互补”,以立体几何的定义、公理和定理出发,认识和理解空间中与线面平行、垂直有关的性质及判定定理,能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的位置关系的简单命题.

理解以下判定定理.

如果平面外一条直线与此平面内的一条直线平行,那么该直线与此平面平行.

如果一个平面内的两条相交直线与另一平面平行,那么这两个平面平行.

如果一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,那么该直线与此平面垂直.

如果一个平面过另一个平面的垂线,那么这两个平面互相垂直.

理解以下性质定理,并能够证明.

如果一条直线与一个平面平行,那么经过该条直线的任一平面与此平面的交线和该直线平行.

如果两个平行平面同时和第三个平面相交,那么它们的交线相互平行.

垂直于同一个平面的两条直线平行.

如果两个平面互相垂直,那么一个平面内垂直于它们交线的直线与另一个平面垂直.

【考纲解读】 线面平行、垂直问题是高考备考的重点. 从解决“平行与垂直”的有关基本问题着手,熟悉公理、定理的内容和功能,通过分析与概括,掌握解决问题的规律——充分利用线线平行(垂直)、线面平行(垂直)、面面平行(垂直)相互转化的思想,以提高推理论证、空间想象能力.

【经典例题】 如图1,已知侧棱垂直于底面的四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面是菱形,且∠DAB=60°,AD=AA1,F为棱BB1的中点,点M为线段AC1的中点.

图1

(1)求证:直线MF∥平面ABCD;

(2)求证:平面AFC1平面ACC1A1;

(3)求平面AFC1与平面ABCD所成的锐二面角的大小.

命题意图 本题以四棱柱为几何载体,考查空间元素,即线和面之间的平行、垂直关系,继而考查空间元素成角的问题.命题者并无意为难考生,旨在考查对立体几何的常规知识的掌握情况.

思路分析 (1)要证直线MF∥平面ABCD,根据线面平行的判定定理,就应在平面ABCD中找到一条直线,使该直线平行于MF,即“线线平行?圯线面平行”;

(2)要证平面AFC1平面ACC1A1,根线面面垂直判定定理,就应在平面AFC1中找一条直线垂直于平面ACC1A1,或在平面ACC1A1中找一条直线垂直于平面AFC1,即“线面垂直?圯面面垂直”;

(3)平面AFC1与平面ABCD所成角问题是典型的“无棱二面角问题”,用传统法分五个步骤完成“找(寻找二面角的平面角,这是该题的关键)作(作出二面角的平面角)证(证明该角为二面角的平面角)求(解三角形,求出平面角的大小)答”.

完美解答 (1)如图2,延长C1F交CB的延长线于点N,连结AN.

图2

因为B1C1∥NB,F是BB1的中点,所以F为C1N的中点.

因为M是线段AC1的中点,所以MF∥AN.

又MF?埭平面ABCD,AN?奂平面ABCD,所以MF∥平面ABCD.

(2)连结BD,由直四棱柱ABCD-A1B1C1D1,可知:A1A平面ABCD,

又BD?奂平面ABCD,所以A1ABD.

因为四边形ABCD为菱形,所以ACBD.

又AC∩A1A=A,AC,A1A?奂平面ACC1A1,所以BD平面ACC1A1.

在四边形DANB中,DA∥BN且DA=BN,所以四边形DANB为平行四边形.

故NA∥BD,所以NA平面ACC1A1.

又NA?奂平面AFC1,所以平面AFC1平面ACC1A1.

(3)由(2)知NA平面ACC1A1,

所以∠C1AC就是平面AFC1与平面ABCD所成锐二面角的平面角.

在RtC1AC中,tan∠C1AC=■=■,故∠C1AC=30°.

所以平面AFC1与平面ABCD所成锐二面角的大小为30°.

【经典例题】 如图3,已知E,F分别是正方形ABCD边BC,CD的中点,EF与AC交于点O,PA,NC都垂直于平面ABCD.

(1)求证:平面PAC平面NEF.

(2)试问在线段PA上是否存在一点M,使PC∥平面MEF. 若存在,求■的值;若不存在,请说明理由.

图3

命题意图 本题考查线面平行、垂直的判定定理和性质定理,考查分析法和转化思想.

思路分析 要证平面PAC平面NEF,根据面面垂直的判定定理,就应在平面NEF中找到一条直线,使该直线垂直平面PAC,即“线面垂直?圯面面垂直”;根线面平行性质定理, 由PC∥平面MEF知,过PC的一个平面与平面MEF的交线必与PC平行,即“PC∥平面MEF?圳PC∥MO”.

完美解答 (1)因为PA平面ABCD,BD?奂平面ABCD,所以PABD.

又BDAC,AC∩PA=A,所以BD平面PAC.

因为E,F分别是BC,CD的中点,所以EF∥BD,

所以EF平面PAC,又EF?奂平面NEF,所以平面PAC平面NEF.

(2)当■=■时,PC∥平面MEF. 连结OM,

因为OC=■AC,所以■=■,即■=■,

所以PC∥MO. 因为MO?奂平面MEF,PC?埭平面MEF,所以PC∥平面MEF.

【命题趋势】 空间点、直线、平面之间的位置关系是高考必考内容,往往是解答题第一问或第一、二问,难度中等偏易,旨在通过运用判定定理和性质定理证明空间图形的位置关系.

空间向量

【考纲要求】 了解空间向量的概念,了解空间向量的基本定理及其意义,掌握空间向量的正交分解及其坐标表示;掌握空间向量的线性运算及其坐标表示;掌握空间向量的数量积及其坐标表示,能运用它判断向量的共线与垂直关系;理解直线的方向向量与平面的法向量;能用向量方法解决直线与直线、直线与平面、平面与平面的垂直与平行关系;能用向量方法解决直线与直线、直线与平面、平面与平面的夹角的计算问题.

【考纲解读】 空间向量在立体几何部分有广泛的应用,既可以用来研究空间中线面平行和垂直问题,也可以用来研究空间中角和距离问题.它将形的观察问题转化为数的运算问题,“少了推理,多了计算”. 一方面,同学们要善于建立空间直角坐标系,正确标注点的坐标;另一方面,能用向量方法解决垂直、平行与夹角问题.利用空间向量是可以很好的解决空间中角和距离的问题,但是,如果给出的几何体相对不那么“规矩”,建立空间直角坐标系较为困难,我们就需要更多考虑用传统方法解决直线与直线、直线与平面、平面与平面的夹角的计算问题和点到平面的距离问题,即用等体积法计算点面距离和线面成角问题,用三垂线法和定义法计算面面成角问题,平移法和定义法计算线线成角问题.