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立体几何线面平行垂直,线面角二面角的证明方法

A
P
B
C
E
D
一:线面平行的证明方法:
1、用“近似平行法”先找到面上与已知直线平行的直线(一般为表示面的三角形的边界直线,或三角形某边上的中线)
看找到的这条线与已知线的长度关系,1)若相等应该构造平行四边形;2)若不相等一般利用三角形中位线的性质(将这两个不相等的线段的端点连结并延长即会出现关键三角形)。

2、若既不能构造平行四边形也不能性用中位线性质,则应再构造一个此直线所在的平面,证明此平面与已知平面平行(先证面面平行,推出线面平行)
例一:如图,已知菱形ABCD ,其边长为2,
60BAD ∠= ,ABD ∆绕着BD 顺时针旋转120
得到PBD ∆,M 是PC 的中点.
(1)求证://PA 平面MBD ;
(2)求直线AD 与平面PBD 所成角的正弦值.
例二:已知四棱锥P-ABCD ,底面ABCD 是
60=∠A 、

长为a 的菱形,又ABCD PD 底⊥,且PD=CD ,点M 、N 分别是
棱AD 、PC 的中点.
(1)证明:DN//平面PMB ; (2)证明:平面PMB ⊥平面PAD ;
(3)求点A 到平面PMB 的距离.
例三:如图,已知点P 是平行四边形ABCD 所在平面外的一点,
上的点且PE EA BF FD =∶∶,求证:EF //平面PBC .
二:线面垂直的证明方法:
通过线线垂直,证明线面垂直
1) 利用勾股定理逆定理及三角形中两个角和为90°; 2) 利用等边、等腰三角形(中线即高线),正方形、矩形邻边垂直,正方形菱形对角线垂
直等;
3) 通过线面垂直,反推线线垂直;
4) 利用面面垂直的性质,证明垂直于交线即垂直于另一个平面。

例四:如图,四边形ABCD 为矩形,CF ⊥平面ABCD ,DE ⊥平面ABCD , AB=4a ,BC= CF=2a,P 为AB 的中点.
(1)求证:平面PCF ⊥平面PDE ; (2)求四面体PCEF 的体积.
C
例五:如图,在四棱锥ABCD P -中,ABCD 是矩形,ABCD PA 平面⊥
, 3,
1===AB AD PA ,点F 是PD 的中点,点E 在CD 上移动。

求证:AF PE ⊥
例六:如图,在四边形ABCD 中,4==AD AB ,7=
=CD BC ,点E 为线段AD 上
的一点.现将DCE ∆沿线段EC 翻折到PAC ,使得平面PAC ⊥平面ABCE ,连接PA ,PB .
(Ⅰ)证明:⊥BD 平面PAC ;
(Ⅱ)若︒=∠60BAD ,且点E 为线段AD 的中点,求直线PE 与平面ABCE 所成角的正弦值.
三:线面角AB 与面α的求法:
1、 先确定斜线与平面,找到线面的交点A 为斜足;
2、 找线在面外的一点B ,过点B 向平面α做垂线,确定垂足O ;
3、 连结斜足与垂足为斜线AB 在面α上的投影;
4、 投影AO 与斜线AB 之间的夹角为线面角。

以上第二步过面外一点向平面做垂线的方法有一下几种:
1) 线在面外的一点B 与平面上某点的连线正垂直于面α,无需再做辅助线; 2) 题中已知有与面α垂直的直线,过线在面外的一点B 直接做此垂线的平行线; 3) 过线在面外的一点B 做两垂直平面交线的垂线,利用面面垂直的性质证明OB ⊥面α(这
两个垂直平面一个是面α,另一个是过点B 且与α垂直的平面)。

例七:如图,在四棱锥P-ABCD 中,底面ABCD 是矩形,AD ⊥PD ,BC=1,PD=CD=2.
(I )求异面直线PA 与BC 所成角的正切值;
(II )证明平面PDC ⊥平面ABCD ;
A
B
C
D P
E
F
A B C D
E G
F (III )求直线PB 与平面ABCD 所成角的正弦值。

例八:如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为
平行四边形,0
45ADC ∠=,1AD AC ==,O 为AC
PO ⊥平面ABCD ,2PO =,
M 为PD
中点.
(Ⅰ)证明:PB //平面ACM ; (Ⅱ)证明:AD ⊥平面PAC

(Ⅲ)求直线AM 与平面ABCD 所成角的正切值.
四、二面角A-BC-D 的求法:
1、先确定两个平面,面ABC 及面BCD 和其两面的交线BC ,根据题意过点A 或点D 作交O 线BC 的垂线(一般情况选择在等腰三角形中作垂线AB=AC 时,或者在直角三角形中作垂线∠BAC=900时,应该过点A 作BC 垂线);
2、1)反连OD ,证明OD ⊥BC ;2)若OD 不垂直于BC ,看面BCD 内是否有与
交线BC 垂直的直线,若有直线l ⊥BC 则直接过点O 作l 的平行线; 3、若两个平面上没有对应的等腰三角形则看两平面是否有垂直于交线BC 的直线 若有可将两垂线平移至相交直线,求其夹角。

或者过点A 作两垂直平面交线的的 垂线,利用三垂线定理证明。

例十:已知三棱锥S-ABC, ∠ASC=90度,∠ASC=∠BSC=60度,且AS=BS=CS=2 求二面角B-AS-C 的正弦值。

例十一:如图,在六面体ABCDEFG 中,平面ABC ∥平面DEFG ,AD ⊥平面DEFG ,
AC AB ⊥,DG ED ⊥,EF ∥DG ,且2====DG DE AD AB ,1==EF AC .
(Ⅰ)求证: BF ∥平面ACGD ; (Ⅱ)求二面角A EG D --的正切值;
例十二:如图,四棱锥S-ABCD 的底面是矩形,SA ⊥底面ABCD ,P 为BC 边的中点,SB
与平面ABCD 所成的角为
45,且AD=2,SA=1。

(1)求证:PD ⊥平面SAP ;
(2)求二面角A-SD-P 的余弦的大小;
A
B
C S。

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