高考數(shù)學(xué)理專題突破課件第一部分專題四第三講：空間向量與立體幾何

1、專題四立體幾何專題四立體幾何第一部分第一部分 專題突破方略專題突破方略第三講空間向量與立體幾何第三講空間向量與立體幾何主干知識(shí)整合主干知識(shí)整合高考熱點(diǎn)講練高考熱點(diǎn)講練向量法證明垂直與平行向量法證明垂直與平行如圖，在六面體如圖，在六面體ABCDA1B1C1D1中，四邊中，四邊形形ABCD是邊長(zhǎng)為是邊長(zhǎng)為2的正方形，四邊形的正方形，四邊形A1B1C1D1是邊長(zhǎng)為是邊長(zhǎng)為1的正方形，的正方形，DD1平面平面A1B1C1D1，DD1平面平面ABCD，DD12.求證：求證：(1)A1C1與與AC共面，共面，B1D1與與BD共面；共面；(2)平面平面A1ACC1平面平面B1BDD1.【證明證明】(1)以以

2、D為原點(diǎn)，以為原點(diǎn)，以DA，DC，DD1所所在直線分別為在直線分別為x軸，軸，y軸，軸，z軸，建立空間直角坐軸，建立空間直角坐標(biāo)系標(biāo)系Dxyz.如圖，則有如圖，則有D(0,0,0)，A(2,0,0)，B(2,2,0)，C(0,2,0)，A1(1,0,2)，B1(1,1,2)，C1(0,1,2)，D1(0,0,2)，即即DD1AC，DBAC.又又DD1與與DB是平面是平面B1BDD1內(nèi)的兩條相交直線，內(nèi)的兩條相交直線，AC平面平面B1BDD1.又又AC平面平面A1ACC1，平面平面A1ACC1平面平面B1BDD1.【歸納拓展歸納拓展】用向量法證明平行、垂直問(wèn)題用向量法證明平行、垂直問(wèn)題的步驟：的

3、步驟：(1)建立空間圖形與空間向量的關(guān)系建立空間圖形與空間向量的關(guān)系(可以建立空可以建立空間直角坐標(biāo)系，也可以不建系間直角坐標(biāo)系，也可以不建系)，用空間向量表，用空間向量表示問(wèn)題中涉及的點(diǎn)、直線、平面；示問(wèn)題中涉及的點(diǎn)、直線、平面；(2)通過(guò)向量運(yùn)算研究平行、垂直問(wèn)題；通過(guò)向量運(yùn)算研究平行、垂直問(wèn)題；(3)根據(jù)運(yùn)算結(jié)果解釋相關(guān)問(wèn)題根據(jù)運(yùn)算結(jié)果解釋相關(guān)問(wèn)題變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1在正方體在正方體ABCDA1B1C1D1中，中，E，F(xiàn)分別是分別是BB1，DC的中點(diǎn)的中點(diǎn)(1)求證：求證：D1F平面平面ADE；(2)設(shè)正方形設(shè)正方形ADD1A1的中心為的中心為M，B1C1的中點(diǎn)為的中點(diǎn)為N，求證：求證：M

4、N平面平面ADE. (2011年高考四川卷年高考四川卷)如圖，在直三如圖，在直三棱柱棱柱ABCA1B1C1中，中，BAC90，ABACAA11，延長(zhǎng)，延長(zhǎng)A1C1至點(diǎn)至點(diǎn)P，使，使C1PA1C1，連，連接接AP交棱交棱CC1于點(diǎn)于點(diǎn)D.(1)求證：求證：PB1平面平面BDA1；(2)求二面角求二面角AA1DB的平面角的余弦值的平面角的余弦值向量法求線線角和線面角向量法求線線角和線面角 (2011年高考北京卷年高考北京卷)如圖，在四棱錐如圖，在四棱錐PABCD中，中，PA平面平面ABCD，底面，底面ABCD是菱形，是菱形，AB2，BAD60.(1)求證：求證：BD平面平面PAC；(2)若若PAA

5、B，求，求PB與與AC所成角的余弦值；所成角的余弦值；(3)當(dāng)平面當(dāng)平面PBC與平面與平面PDC垂直時(shí)，求垂直時(shí)，求PA的長(zhǎng)的長(zhǎng)【解解】(1)證明：因?yàn)樗倪呅巫C明：因?yàn)樗倪呅蜛BCD是菱形，是菱形，所以所以ACBD.又因?yàn)橛忠驗(yàn)镻A平面平面ABCD，所以，所以PABD.所以所以BD平面平面PAC.(2)設(shè)設(shè)ACBDO，因?yàn)橐驗(yàn)锽AD60，PAAB2，【歸納拓展歸納拓展】(1)運(yùn)用空間向量坐標(biāo)運(yùn)算求空運(yùn)用空間向量坐標(biāo)運(yùn)算求空間角的一般步驟為：間角的一般步驟為：建立恰當(dāng)?shù)目臻g直角坐標(biāo)系建立恰當(dāng)?shù)目臻g直角坐標(biāo)系求出相關(guān)點(diǎn)求出相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)的坐標(biāo)寫(xiě)出向量坐標(biāo)寫(xiě)出向量坐標(biāo)結(jié)合公式進(jìn)行論結(jié)合公式進(jìn)行論證、計(jì)

6、算證、計(jì)算轉(zhuǎn)化為幾何結(jié)論轉(zhuǎn)化為幾何結(jié)論(2)幾個(gè)常見(jiàn)空間角的求法：幾個(gè)常見(jiàn)空間角的求法：異面直線所成的角異面直線所成的角可通過(guò)直線的方向向量夾可通過(guò)直線的方向向量夾角角求得，即求得，即cos|cos|.直線與平面所成的角直線與平面所成的角主要通過(guò)直線的方向向主要通過(guò)直線的方向向量與平面的法向量的夾角量與平面的法向量的夾角求得，即求得，即sin|cos|.二面角的大小可以利用分別在兩個(gè)半平面內(nèi)二面角的大小可以利用分別在兩個(gè)半平面內(nèi)與棱垂直的直線的方向向量的夾角與棱垂直的直線的方向向量的夾角(或其補(bǔ)角或其補(bǔ)角)求求得；也可以通過(guò)二面角的兩個(gè)半平面的法向量得；也可以通過(guò)二面角的兩個(gè)半平面的法向量的夾

7、角來(lái)求，它等于兩個(gè)法向量的夾角或其補(bǔ)的夾角來(lái)求，它等于兩個(gè)法向量的夾角或其補(bǔ)角角變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2如圖所示，在棱長(zhǎng)為如圖所示，在棱長(zhǎng)為a的正方體的正方體ABCD A1B1C1D1中，中，E是是BC的中點(diǎn)，平面的中點(diǎn)，平面B1EDF交交A1D1于點(diǎn)于點(diǎn)F.(1)指出指出F在在A1D1上的位置，并說(shuō)明理由；上的位置，并說(shuō)明理由；(2)求直線求直線A1C與與DE所成角的余弦值；所成角的余弦值；(3)求直線求直線AD與平面與平面B1EDF所成角的正弦值所成角的正弦值向量法解決探索性問(wèn)題向量法解決探索性問(wèn)題【解解】(1)當(dāng)點(diǎn)當(dāng)點(diǎn)E為為BC的中點(diǎn)時(shí)，的中點(diǎn)時(shí)，EF與平面與平面PAC平行平行在在PBC中，中

8、，E、F分別為分別為BC、PB的中點(diǎn)，的中點(diǎn)，EFPC.又又EF 平面平面PAC，而，而PC平面平面PAC，EF平面平面PAC.【歸納拓展歸納拓展】空間向量最適合于解決這類立空間向量最適合于解決這類立體幾何中的探索性問(wèn)題，它無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的作體幾何中的探索性問(wèn)題，它無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的作圖、論證、推理，只需通過(guò)坐標(biāo)運(yùn)算進(jìn)行判圖、論證、推理，只需通過(guò)坐標(biāo)運(yùn)算進(jìn)行判斷解題時(shí)，把要成立的結(jié)論當(dāng)作條件，據(jù)此斷解題時(shí)，把要成立的結(jié)論當(dāng)作條件，據(jù)此列方程或方程組，把列方程或方程組，把“是否存在是否存在”問(wèn)題轉(zhuǎn)化為問(wèn)題轉(zhuǎn)化為“點(diǎn)的坐標(biāo)是否有解，是否有規(guī)定范圍的解點(diǎn)的坐標(biāo)是否有解，是否有規(guī)定范圍的解”等，所以使問(wèn)題的

9、解決更簡(jiǎn)單、有效，應(yīng)善于等，所以使問(wèn)題的解決更簡(jiǎn)單、有效，應(yīng)善于運(yùn)用這一方法解題運(yùn)用這一方法解題變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3已知在四棱柱已知在四棱柱ABCDA1B1C1D1中，中，側(cè)棱側(cè)棱AA1底面底面ABCD，ABAD，BCAD，且，且AB2，AD4，BC1，側(cè)棱，側(cè)棱AA14.(1)若若E為為AA1上一點(diǎn)，試確定上一點(diǎn)，試確定E點(diǎn)的位置，使點(diǎn)的位置，使EB平面平面A1CD；(2)在在(1)的條件下，求二面角的條件下，求二面角EBDA的余弦值的余弦值考題解答技法考題解答技法 (2011年高考山東卷年高考山東卷)(本題滿分本題滿分12分分)在如在如圖所示的幾何體中，四邊形圖所示的幾何體中，四邊形ABCD

10、為平行四邊形，為平行四邊形，ACB90，EA平面平面ABCD，EFAB，F(xiàn)GBC，EGAC，AB2EF.(1)若若M是線段是線段AD的中點(diǎn)，求證：的中點(diǎn)，求證：GM平面平面ABFE；(2)若若ACBC2AE，求二面角，求二面角ABFC的大的大小小【解解】(1)證明：因?yàn)樽C明：因?yàn)镋FAB，F(xiàn)GBC，EGAC，ACB90.所以所以EGF90，ABCEFG.由于由于AB2EF，2分分因此因此BC2FG.(2)因?yàn)橐驗(yàn)锳CB90，所以，所以CAD90.又又EA平面平面ABCD，所以所以AC，AD，AE兩兩垂直兩兩垂直分別以分別以AC，AD，AE所在直線為所在直線為x軸，軸，y軸和軸和z軸，軸，建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系，建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系，不妨設(shè)不妨設(shè)ACBC2AE2，則由題意得，則由題意得A(0,0,0)，B(2，2,0)，C(2,0,0)，E(0,0,1)，7分分【得分技巧得分技巧】第第(1)問(wèn)中的得分點(diǎn)是先證明問(wèn)中的得分點(diǎn)是先證明BC2FG，再進(jìn)一步推導(dǎo)，再進(jìn)一步推導(dǎo)AM與與GF的平行與相等關(guān)的平行與相等關(guān)系；第系；第(2)問(wèn)的得分點(diǎn)：一是建立空間坐標(biāo)系，問(wèn)的得分點(diǎn)：一是建立空間坐標(biāo)系，寫(xiě)出一些點(diǎn)的坐標(biāo)，二是求平面寫(xiě)出一些點(diǎn)的坐標(biāo)，二是求平面BFC和平面和平