内容正文:
第六章 立体几何初步
6.4.1 直线与平面平行
互动设计课程
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学 习 目 标
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理解直线与平平行的定义,掌握直线与平面平行的判定定理和性质定理,能准确用文字语言、图形语言、符号语言表示定理,会运用定理解决简单的线面平行判定与性质应用问题。
通过观察生活实例、动手操作、逻辑推理,体会“空间问题平面化”的转化思想,提升直观想象、逻辑推理和数学抽象素养,培养自主探究与合作交流的能力。
感受数学与生活的密切联系,体会数学的严谨性和实用性,激发学习立体几何的兴趣,培养勇于探索、勤于思考的数学品质。
新课引入
同学们,我们生活在三维空间中,身边处处存在直线与平面的位置关系。
大家观察一下教室:黑板的上边沿所在直线与地面所在平面,是什么关系?
灯管所在直线与天花板所在平面,又是什么关系?工人师傅安装日光灯时,只要使两根吊线平行且等长,灯管就会与天花板平行,这背后蕴含着怎样的数学原理?
新课引入
再看长方体教具(展示长方体模型),棱A₁B₁所在直线与底面ABCD所在平面,没有任何公共点;棱A₁A所在直线与底面ABCD有且只有一个公共点;棱AB所在直线与底面ABCD有无数个公共点。
这些不同的位置关系,就是我们今天要研究的核心——直线与平面的位置关系,重点探究其中最特殊、最常用的一种:直线与平面平行。
互动探究
互动1:直观感知,抽象定义
直线与平面平行
操作要求:请同学们拿出直尺(代表直线)和课本(代表平面),动手摆放直尺与课本的位置关系,尝试摆出三种不同的位置,并观察每种位置下直线与平面的公共点个数。
提问
1. 你摆出了哪三种位置?每种位置下,直线与平面有几个公共点?
2. 结合摆法,说说什么样的直线与平面是平行的?
3. 能否用简洁的语言概括直线与平面平行的定义?
总结:直线与平面平行的定义,要注意“无公共点”这一核心特征。
互动探究
互动2:探究猜想,推导判定定理
直线与平面平行
问题情境:已知直线l在平面α外,如何判定直线l与平面α平行?能否仅通过“直线与平面无公共点”来判定?
动手操作
请同学们将矩形纸片对折后打开,放在桌面上,折痕为n,纸片的一边为m,观察m与n、m与桌面的位置关系,思考:m与桌面平行的前提是什么?
小组讨论
m
n
结合操作过程,小组内讨论“平面外一条直线与平面内一条直线平行,能否推出这条直线与这个平面平行?”,并说明理由。
结论
强调“平面外”“平面内”“两直线平行”三个条件缺一不可。
互动探究
互动3:定理应用,深化理解
直线与平面平行
在三棱锥A-BCD中,E、F分别是AB、AD的中点,判断EF与平面BCD的位置关系,并说明理由。
体验
独立思考
同桌互查思路,规范使用判定定理,尝试写出证明步骤。
解答:EF∥ 平面BCD,理由如下:
线线平行
在△ABD中, ∵ E、F分别是AB、AD的中点, ∴ EF∥BD(三角形中位线定理)。
线面平行
又∵ BD⊂ 平面BCD,EF⊄ 平面BCD, ∴ EF∥ 平面BCD(直线与平面平行的判定定理:平面外一条直线与平面内一条直线平行,则直线与平面平行)。
知识讲解
1. 直线与平面的位置关系
直线与平面平行
根据直线与平面的公共点个数,分为三种位置关系:
位置关系 公共点个数 符号语言 图形语言说明
直线在平面内 无数个
直线与平面相交 1个
直线与平面平行 0个
注意:直线与平面相交或平行的情况,统称为直线在平面外,符号表示为l⊄α。
知识讲解
2. 直线与平面平行的判定定理
直线与平面平行
关键要点说明
三个条件缺一不可
①直线在平面外(l⊄α);
②直线在平面内(m⊂α);
③两直线平行(l∥m)。
维度 内容表述
文字语言 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。(简记为:线线平行 ⇒ 线面平行)
符号语言
图形语言 画平面(平行四边形),在平面内画直线,在平面外画直线,标注,并明确体现“在平面外、在平面内、两直线平行”三个条件。
α
知识讲解
3. 直线与平面平行的性质定理
直线与平面平行
维度 内容表述
文字语言 如果一条直线与一个平面平行,那么过这条直线的任一平面与此平面的交线,与该直线平行。(简称:线面平行 ⇒ 线线平行)
符号语言
图形语言 平面与平面相交,交线为;直线在平面内,且与平面平行,此时与平行。
关键要点说明
三个条件缺一不可
线面平行:l∥α
线在面内:l⊂β(即直线在“过它的平面”内)
两平面相交:α∩β=b(找到两个平面的交线)
知识讲解
4. 易错点辨析
直线与平面平行
误区1:若直线l与平面α内无数条直线平行,则l∥α(错误,若l⊂α,也能与平面内无数条直线平行);
误区2:若l∥α,m⊂α,则l∥m(错误,l与m可能异面);
误区3:判定定理中,忽略“l⊄α”这一条件(错误,若l⊂α,即使l∥m,也不能推出l∥α)。
典例分析
题型1 直线和平面平行判定
例1 如图,S 是平行四边形 ABCD 所在平面外一点,M,N 分别是 SA,BD 上的点,且 AM/SM=DN/NB。求证:MN∥ 平面 SBC。
线面平行判定定理(构造平行线法)
步骤: 1. 连接 AN 并延长,交 BC 于点 P,连接 SP。
2. 因为 ABCD 是平行四边形,所以 AD∥BC,故 △ADNPBN,因此:=
3. 由已知条件 ,可得:
4. 在 △SAP 中,根据平行线分线段成比例定理的逆定理,得 MN∥SP。 5. 又 MN⊄ 平面 SBC,SP⊂ 平面 SBC,由线面平行的判定定理,得:MN∥平面 SBC
典例分析
题型1 直线和平面平行判定
例2.如图,在正方体ABCD-中,E,F,G分别是BC,,的中点.求证:EF∥平面AG.
如图,连接, 则由E,F分别是BC,的中点,知EF∥. 又AB∥ ∥,且AB==, 所以四边形AB是平行四边形, 所以B∥A,所以EF∥A. 又EF⊄平面AG,A⊂平面AG, 所以EF∥平面A G.
典例分析
题型2 利用线面平行的性质
例3 如图,用平行于四面体 ABCD 的一组对棱 AB,CD 的平面截此四面体.求证:截面 MNPQ 是平行四边形.
因为 AB∥ 平面 MNPQ, 平面 ABC∩ 平面 MNPQ=MN,且 AB⊂ 平面 ABC, 所以由线面平行的性质定理,知 AB∥MN。 同理可得 AB∥PQ。由基本事实4可得 MN∥PQ。 同理可得 MQ∥NP。 所以截面四边形 MNPQ 是平行四边形。
典例分析
题型2 利用线面平行的性质
例4.如图所示,已知P是▱ABCD所在平面外一点,M,N分别是AB,PC的中点,平面PBC∩平面PAD=l.
(1)l与BC是否平行?说明理由;
(2)MN与平面PAD是否平行?试证明你的结论.
解 (1)平行,理由如下:
因为BC∥AD,BC⊄平面PAD,
AD⊂平面PAD,所以BC∥平面PAD.
又平面PBC∩平面PAD=l,BC⊂平面PBC,
所以BC∥l.
(2)平行.证明如下:如图所示, 取 PD 的中点 E,连接 AE,NE, 可以证得 NE∥AM 且 NE=AM. 所以四边形 AMNE 是平行四边形, 所以 MN∥AE. 又 AE⊂ 平面 PAD,MN⊄ 平面 PAD, 所以 MN∥ 平面 PAD.
典例分析
题型3 综合
例5 如图,AB是圆O的直径,点C是圆O上异于A,B的点,P为平面ABC外一点,E,F分别是PA,PC的中点.记平面BEF与平面ABC的交线为l,试判断直线l与平面PAC的位置关系,并加以证明.
解 直线l∥平面PAC,证明如下:
因为E,F分别是PA,PC的中点,所以EF∥AC.
又EF⊄平面ABC,且AC⊂平面ABC,所以EF∥平面ABC.
而EF⊂平面BEF,且平面BEF∩平面ABC=l,
所以EF∥l. 因为l⊄平面PAC,EF⊂平面PAC,
所以l∥平面PAC.
线面平行判定
线面平行性质
举一反三
1.已知直线l∥平面α,l⊂平面β,α∩β=m,则直线l,m的位置关系是( )
A.相交 B.平行 C.异面 D.相交或异面
答案:B
2.直线l是平面α外的一条直线,下列条件中可能推出l∥α的是( )
A.l与α内的一条直线不相交 B.l与α内的两条直线不相交
C.l与α内的无数条直线不相交 D.l与α内的任意一条直线不相交
答案:D
举一反三
3.(多选题)(2020江苏高一期中)在空间四边形ABCD中,E,F,G,H分别是AB,BC,CD,DA上的点,当BD∥平面EFGH时,下面结论正确的是( )
A.E,F,G,H一定是各边的中点
B.G,H一定是CD,DA的中点
C.AE∶EB=AH∶HD,且BF∶FC=DG∶GC
D.四边形EFGH是平行四边形或梯形
答案:CD
举一反三
4.如图所示,直线a∥平面α,A∉α,并且a和A位于平面α两侧,点B,C∈a,AB,AC分别交平面α于点E,F,若BC=4,CF=5,AF=3,则EF= .
举一反三
5.如图,在三棱锥P-ABC中,O,D分别是AC,PC的中点.
求证:OD∥平面PAB.
证明:在△ACP中,∵O为AC的中点,D为PC的中点,∴OD∥AP.
∵OD⊄平面PAB,AP⊂平面PAB,
∴OD∥平面PAB.
课时测试
1.下列图形中,能正确表示语句“平面α∩β=l,a⊂α,b⊂β,a∥β”的是( )
A. (图略:a在α内,b在β内,a与l平行)
B. (图略:a在α内,b在β内,a与l相交)
C. (图略:a在α内,b在β内,a与β相交)
D. (图略:a在α内,b在β内,a与β平行,l为两平面交线)
课时测试
2.已知m、n为两条不同的直线,α、β为两个不同的平面,则下列结论正确的是( )
A. 若m∥α,m∥n,则n∥α
B. 若m∥α,n∥α,则m∥n
C. 若m∥α,m⊂β,α∩β=n,则m∥n
D. 若m∥α,n⊂α,则m∥n
课时测试
3.直线a∥平面α,α内有n条直线交于一点,则这n条直线中与直线a平行的直线有__________条。
课时测试
4.在梯形ABCD中,AB∥CD,AB⊂平面α,CD⊄平面α,则直线CD与平面α的位置关系是__________。
课时测试
5.如图,在正方体ABCD-A₁B₁C₁D₁中,S、E、G分别是B₁D₁、BC、SC的中点,求证:直线EG∥平面BDD₁B₁。
参考答案:
一、1. D;2. C;
二、1. 0或1;2. 平行;
三、证明:连接SB,∵E、G分别是BC、SC的中点,∴EG∥SB(三角形中位线定理)。又∵SB⊂平面BDD₁B₁,EG⊄平面BDD₁B₁,∴EG∥平面BDD₁B₁(直线与平面平行的判定定理)。
学海拾贝
知识小结
一个定义:直线与平面平行(无公共点);
两个定理:
判定定理:线线平行⇒线面平行(三个条件:面外、面内、平行);
性质定理:线面平行⇒线线平行(关键:找过线的平面与已知平面的交线)。
三种位置关系:直线在平面内、直线与平面相交、直线与平面平行。
学海拾贝
思想小结
核心是“转化与化归”思想:将空间中直线与平面的平行关系,转化为平面内直线与直线的平行关系,实现“空间问题平面化”。
易错点提醒
牢记判定定理的三个条件,避免忽略“直线在平面外”;区分“线面平行”与“线线平行”的关系,线面平行不能直接推出线线平行,需借助性质定理找到交线。
学海拾贝
课后思考
下一节课我们将学习平面与平面平行,同学们可提前预习,思考平面与平面平行的判定方法,以及它与直线与平面平行之间的联系。
感谢聆听!
北师大版2019
答案:
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