直线与平面的位置关系有两种相交与平行(直线与平面的位置关系例题及解析)
小数老师说
今天选择的一道立体几何高考题,很多同学在空间想象能力方面有点欠缺,小数老师提个建议,同学们在平时多观察立体图形,例如,三棱锥和长方体,正方体等常见的立体图形,还要观察边与边之间的关系,其次,在做题时还可以借助不同颜色的笔进行涂色,涂成不一样的颜色之后,也有助于同学们观察,但要注意,不能在答题纸上涂哦,以免高考时被认为时做标记,判零分呢。
分析
一般高考立体几何题,会考三棱锥,三棱柱或者四棱锥,长方体,立方体等,考察圆锥的比较少。小数老师想提醒大家的是,底面是圆,里面会有很多隐含的条件,比如:垂径定理,比如直径所对的角是直角,等弧所对的圆周角是其所对圆心角的一半等;这些隐含条件,可能会对同学们的解题会有帮助,尤其是一些垂直的条件,请同学们引起注意。
这道题以圆锥为载体,整体难度不大。
第(1)问主要考察了线面垂直;
第(2)问考察了三棱锥的体积的最值,突破口在于找到三棱锥的体积公式,并能找到影响三棱锥体积的因素,然后再找最值;
第(3)问突破口在于,怎么找到CE+OE的表示方式,然后才能找最值。
下面,小数老师带大家一起回顾一下相关的知识点。
回顾
1
线面垂直的判定方法
(1) 如果一条直线与平面内两条相交直线都垂直,那么这条直线与这个平面垂直。(线面垂直的判定定理)
注意:两条“相交”直线哦,这个一定要找好。
一般情况下,证明线面垂直首选此定理,所以接下来就要在平面中去寻找与直线垂直的这两条相交直线。
(2)如果两个平面相互垂直,那么在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面。(面面垂直的性质定理)
上面说了,选定了用判定定理之后,要去找与直线垂直的两条相交直线,其中一条比较好找,一般通过构造直角三角形能找到;另外一条直线,可能就需要此定理来找了,同学们可以试试看。
(3) 若一条直线垂直于一个平面,则它的平行线也垂直于这个平面。
2
三棱锥的体积
注意:对于三棱锥来说,题目让求体积的时候,不一定按照题目中的底面,可以转动三棱锥,要找到一个底面,使得底面积与相应的高都比较好求才可以。对于本题来说,底面ABC的面积还是比较好求的,对应的高即为PO,所以此时可以不用变化了。
3
圆锥的侧面展开图,是一个扇形
所以在圆锥侧面上若有两点,找两点之间的最值时,一般情况下是展开圆锥侧面,利用“两点之间,线段最短”即可解出题目。
证明
(Ⅰ)在△AOC中,因为OA=OC,D为AC的中点,
所以AC⊥DO,
又PO垂直于圆O所在的平面,
所以PO⊥AC,
因为DO∩PO=O,
所以AC⊥平面PDO.
(Ⅱ)因为
S为三角形ABC的面积,h为线段PO。
因为点C在圆O上,
所以当CO⊥AB时,C到AB的距离最大,且最大值为1,
又AB=2,所以△ABC面积的最大值为1/2×2×1=1,
又因为三棱锥P-ABC的高PO=1,
故三棱锥P-ABC体积的最大值为:1/3×1×1=1/3.
(Ⅲ)在△POB中,PO=OB=1,∠POB=90°,
所以
,
同理PC=
,所以PB=PC=BC,
在三棱锥P-ABC中,将侧面BCP绕PB旋转至平面BC′P,使之与平面ABP共面,如图所示,
当O,E,C′共线时,CE+OE取得最小值,
又因为OP=OB,C′P=C′B,
所以OC′垂直平分PB,即E为PB中点.
从而OC′=OE+EC′=
亦即CE+OE的最小值为:
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