内容正文:
第六章 立体几何初步
§5.2.2 平面与平面垂直的判定定理
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学习目标
掌握面面垂直的判定定理,初步学会用定理证明垂直关系.(数学抽象,逻辑推理)
熟悉线线垂直、线面垂直、面面垂直的转化.(直观想象)
2
工作回顾
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例题解析
练习巩固
课堂小结
课外习题
A
D
C
B
A′
D′
C′
B′
一个平面内的一条直线垂直于另一个平面,那么这两个平面垂直吗?
直线BC和平面CDD′C′垂直
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1,平面与平面垂直的判定:
面面垂直的定义:两个平面所成的角为,则这两个平面垂直
判定定理:一个平面过另一个平面的______,则这两个平面垂直.
垂线
符号语言:
线面垂直
线线垂直
面面垂直
线面垂直的判定
线面垂直的定义
面面垂直的判定
面面垂直的性质
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如图,在四面体A′-ABC中,A′A⊥平面ABC,AB⊥BC,且AA′=AB.
(1)四面体中有几组互相垂直的平面?
(2)求二面角A-A′B-C和A′-BC-A的大小.
A
B
C
A′
解:(1),,
.
(2)二面角A-A′B-C为90°,二面角A′-BC-A为45°
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思考一:如图所示,在四棱锥中,底面是且
边长为的菱形,侧面为正三角形,其所在的平面垂直于底面,
为边的中点.
(1)求证:平面;
(2)求证:;
证明:(1)在菱形中,,为边的中点,所以,
又平面平面,平面平面,平面,
所以平面.
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思考一:如图所示,在四棱锥中,底面是且
边长为的菱形,侧面为正三角形,其所在的平面垂直于底面,
为边的中点.
(1)求证:平面;
(2)求证:;
证明:(2)连接,因为为正三角形,
为边的中点,得,
由(1)知,
平面,平面,,
所以平面,因为平面,
所以.
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思考一:如图所示,在四棱锥中,底面是且
边长为的菱形,侧面为正三角形,其所在的平面垂直于底面,
为边的中点.
(1)求证:平面;
(2)求证:;
(3)若为边的中点,能否在棱上找一点,
使得平面平面?并证明你的结论.
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证明:(3)当为边的中点时,满足平面平面
,取 的中点,连接
在中,,平面平面,所以平面,在菱形中,且,所以四边形为平行四边形,则,
因为平面平面,所以平面,
因为,⊂平面,所以平面平面,
由(1)知平面,所以,
又因为,所以平面,而平面,
所以平面平面, 所以平面平面.
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&1& 证明面面垂直的方法
(1)定义法:证明两个半平面所成的二面角是直二面角.
(2)判定定理法:在其中一个平面内寻找一条直线与另一个平面垂直,即把问题转化为“线面垂直”.
(3)性质法:两个平行平面中的一个垂直于第三个平面,则另一个也垂直于此平面.
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例2 如图所示,已知三棱锥 <m></m> , <m></m> , <m></m> , <m>,</m> <m></m> 为 <m></m> 的中点,且 <m></m> 是正三角形, <m></m> .
(1)求证:平面 <m></m> 平面 <m></m> .
(2)求二面角 <m></m> 的正弦值.
面面垂直的综合
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[解析] (1) <m></m> 是 <m></m> 的中点, <m></m> 是正三角形, <m></m> , <m></m> , <m></m> .
又 <m></m> , <m></m> , <m></m> 平面 <m></m> .
又 <m></m> 平面 <m></m> , <m></m> .
又 <m></m> , <m></m> , <m></m> 平面 <m></m> .
又 <m></m> 平面 <m></m> ,∴平面 <m></m> 平面 <m></m> .
(2) <m></m> ,且 <m></m> ,
<m></m> 是二面角 <m></m> 的平面角.
由(1)知 <m></m> 平面 <m></m> ,则 <m></m> ,
<m></m> .
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如图,在矩形 <m></m> 中, <m></m> , <m></m> , <m></m> 为 <m></m> 的中点,把 <m></m> 和 <m></m> 分别沿 <m></m> , <m></m> 折起,使点 <m></m> 与点 <m></m> 重合于点 <m></m> .
(1)求证:平面 <m></m> 平面 <m></m> .
[解析] 由 <m></m> ,得 <m></m> ,同理, <m></m> .
又 <m></m> , <m></m> 平面 <m></m> .
又 <m></m> 平面 <m></m> ,
∴平面 <m></m> 平面 <m></m> .
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如图,在矩形 <m></m> 中, <m></m> , <m></m> , <m></m> 为 <m></m> 的中点,把 <m></m> 和 <m></m> 分别沿 <m></m> , <m></m> 折起,使点 <m></m> 与点 <m></m> 重合于点 <m></m> .
(2)求二面角 <m></m> 的大小.
[解析] 取 <m></m> 的中点 <m></m> ,连接 <m></m> , <m></m> ,则易知 <m></m> , <m></m> ,
<m></m> 就是二面角 <m></m> 的平面角.
又 <m></m> 平面 <m></m> , <m></m> 平面 <m></m> ,
<m></m> .
<m></m> , <m></m> ,
<m></m> .
∴二面角 <m></m> 的大小为 <m></m> .
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面面垂直的判定定理:
如果一条平面过另一个平面的垂线,那么这两个平面垂直.
若则.
符号语言
线面垂直
线线垂直
面面垂直
线面垂直的判定
线面垂直的定义
面面垂直的判定
面面垂直的性质
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例1 如图,四边形 <m></m> 是正方形, <m></m> 平面 <m></m> , <m></m> , <m></m> , <m></m> 分别为 <m></m> , <m></m> 的中点,点 <m></m> 在 <m></m> 上.求证:平面 <m></m> 平面 <m></m> .
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[解析] <m></m> 平面 <m></m> , <m></m> ,
<m></m> 平面 <m></m> .
又 <m></m> 平面 <m></m> , <m></m> .
∵四边形 <m></m> 为正方形, <m></m> .
又 <m></m> , <m></m> 平面 <m></m> .
在 <m></m> 中, <m></m> , <m></m> 分别为 <m></m> , <m></m> 的中点,
<m></m> , <m></m> 平面 <m></m> .
又 <m></m> 平面 <m></m> ,
∴平面 <m></m> 平面 <m></m> .
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谢谢大家
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4.如图所示,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD是矩形,侧面SDC⊥底面ABCD,
求证:平面SCD⊥平面SBC.
[解析] 因为底面ABCD是矩形,所以BC⊥CD.
又平面SCD⊥平面ABCD,
平面SCD∩平面ABCD=CD,BC⊂平面ABCD,
所以BC⊥平面SCD.
又因为BC⊂平面SBC,
所以平面SCD⊥平面SBC.
已知AB⊥平面BCE,CD∥AB,△BCE是正三角形,AB=BC=2CD.
求证:平面ADE⊥平面ABE.
[解析] 取BE,AE的中点分别为M,N,连接MN,MC,ND,如图所示,
因为AB⊥平面BCE,CM⊂平面BCE,所以CM⊥AB,又△BCE为等边三角形,所以CM⊥BE,
又AB,BE⊂平面ABE,AB∩BE=B,所以CM⊥平面ABE.
又在△ABE中,M,N分别为BE,AE的中点,所以MN=AB,MN∥AB,
因为AB∥CD,AB=2CD,
所以MN=CD,MN∥CD,所以四边形MNDC为平行四边形,所以DN∥CM,
所以DN⊥平面ABE,又DN⊂平面ADE,所以平面ADE⊥平面ABE.
$