第3节 空间点、直线、平面之间的位置关系课件-2027届高三数学一轮复习
2026-06-05
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普通
摘要:
该高中数学高考复习课件聚焦“空间点、直线、平面的位置关系”核心专题,依据课标要求覆盖四个基本事实及推论、空间位置关系判定、异面直线所成角三大高考考点,通过表格对比梳理线线、线面、面面位置关系,结合题组练透归纳共面共线共点证明、角度计算等常考题型,体现高考备考的系统性和针对性。
课件亮点在于“真题训练+方法归纳+素养提升”的备考策略,如以正方体模型为例,用平移法求异面直线所成角,培养学生的空间观念和逻辑推理素养。特设“练后悟通”总结共面问题证明技巧,结合2026年北京海淀检测题等真题实例,帮助学生掌握答题规范,教师可据此精准指导,提升复习效率。
内容正文:
第3节 空间点、直线、平面之间的位置关系
课标要求
1.以长方体为依托,在直观认识空间点、直线、平面的位置关系的基础上,抽象出空间点、直线、平面的位置关系的定义.
2.了解四个基本事实与相关定理,了解空间中两条直线位置关系的判定方法,形成对空间几何基本规律的认知.
3.运用基本事实、定理及已学结论,对空间图形位置关系的简单命题进行逻辑推理证明.
目录/
CONTENTS
考点一 四个基本事实
01
考点二 空间点、直线、平面之间的位置关系
02
考点三 异面直线所成的角
03
课时跟踪训练
04
01
PART
考点一 四个基本事实
目 录
1. 四个基本事实
(1)基本事实1:过不在一条直线上的 ,有且只有一个平面;
(2)基本事实2:如果一条直线上的 在一个平面内,那么这条
直线在这个平面内;
(3)基本事实3:如果两个不重合的平面有 公共点,那么它们有
且只有一条过该点的公共直线;
(4)基本事实4:平行于同一条直线的两条直线 .
三个点
两个点
一个
平行
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目 录
2. 三个推论
推论1:经过一条直线和这条直线外一点,有且只有一个平面;
推论2:经过两条相交直线,有且只有一个平面;
推论3:经过两条平行直线,有且只有一个平面.
3. 等角定理
如果空间中两个角的两条边分别对应平行,那么这两个角 .
提醒:三点不一定能确定一个平面.当三点共线时,过这三点的平面有无
数个,所以必须是不在一条直线上的三点才能确定一个平面.
相等或互补
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目 录
题组练透
1. 下列命题正确的是 ( A )
A. 空间不共线的三个点确定一个平面
B. 圆心和圆上两点确定一个平面
C. 两两相交的三条直线确定一个平面
D. 两两平行的三条直线确定三个平面
A
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2. 如图,P是△ABC所在平面外一点,D,E分别是△PBC和△PAC的重
心,则DE与AB的位置关系是 ,数量关系是DE= AB.
平行
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目 录
解析:连接PE并延长交AC于M,连接PD并延长交BC于N,连接MN,
因为D,E分别是△PBC和△PAC的重心,所以M为AC的中点,N为BC
的中点,且PE= PM,PD= PN,所以DE∥MN,且DE= MN,又
MN∥AB,且MN= AB,所以DE∥AB,且DE= AB.
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3. 已知在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别为D1C1,C1B1的中点,
AC∩BD=P,A1C1∩EF=Q. 求证:
(1)D,B,F,E四点共面;
解:证明:因为EF是△D1B1C1的中位线,所以
EF∥B1D1.
在正方体ABCD-A1B1C1D1中,B1D1∥BD,所以
EF∥BD.
所以EF,BD确定一个平面,即D,B,F,E四点共面.
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(2)若A1C交平面DBFE于点R,则P,Q,R三点共线;
解:在正方体ABCD-A1B1C1D1中,设平面AA1C1C为α,平面BDEF为β.
因为Q∈A1C1,所以Q∈α.又Q∈EF,所以Q∈β.所以Q是α与β的公共点.
同理,P也是α与β的公共点,
所以α∩β=PQ.
又A1C∩β=R,所以R∈A1C,R∈α,且R∈β,则R∈PQ,
故P,Q,R三点共线.
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(3)DE,BF,CC1三线交于一点.
解:因为EF∥BD且|EF|<|BD|,所以DE与BF相交,
设交点为M,则由M∈DE,DE⊂平面D1DCC1,得M∈平面D1DCC1,
同理,点M∈平面B1BCC1.又平面D1DCC1∩平面B1BCC1=CC1,
所以M∈CC1.所以DE,BF,CC1三线交于一点.
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目 录
练后悟通
共面、共线、共点问题的证明方法
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目 录
02
PART
考点二 空间点、直线、平面之间的位置关系
目 录
1. 空间点、直线、平面之间的位置关系
图形语言 符号语言 公共点
直线与直线 平行 a∥b 个
相交 1个
异面 a,b是异面直线 个
0
a∩b=A
0
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目 录
图形语言 符号语言 公共点
直线与平面 相交 1个
平行 a∥α 0个
在平面内 个
平面与平面 平行 α∥β 0个
相交 α∩β=l 个
a∩α=A
a⊂α
无数
无数
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2. 异面直线的判定:经过平面内一点和平面外一点的直线与平面内不经过
该点的直线互为异面直线.
提醒:(1)a,b两直线为异面直线的实质是a,b不同在任何一个平面
内,即a,b既不平行也不相交;(2)直线与平面的位置关系在判断时最
易忽视“线在面内”.
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目 录
(1)〔一题多解〕若直线l1和l2是异面直线,l1在平面α内,l2在平面
β内,l是平面α与平面β的交线,则下列命题正确的是( D )
A. l与l1,l2都不相交
B. l与l1,l2都相交
C. l至多与l1,l2中的一条相交
D. l至少与l1,l2中的一条相交
D
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目 录
解析:法一(反证法) 由于l与直线l1,l2
分别共面,故直线l与l1,l2要么都不相交,
要么至少与l1,l2中的一条相交.若l∥l1,
l∥l2,则l1∥l2,这与l1,l2是异面直线矛
盾.故l至少与l1,l2中的一条相交.
法二(模型法) 如图1,l1与l2是异面直线,l1与l平行,l2与l相交,故A、B不正确;如图2,l1与l2是异面直线,l1,l2都与l相交,故C不正确.
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(2)〔多选〕下列推断中,正确的是( ABD )
A. M∈α,M∈β,α∩β=l⇒M∈l
B. A∈α,A∈β,B∈α,B∈β⇒α∩β=AB
C. l⊄α,A∈l⇒A∉α
D. A,B,C∈α,A,B,C∈β,且A,B,C不共线⇒α,β重合
ABD
解析:对于A,因为M∈α,M∈β,α∩β=l,由基本事实3可知M∈l,故A正确;对于B,A∈α,A∈β,B∈α,B∈β,故直线AB⊂α,AB⊂β,即α∩β=AB,故B正确;对于C,若l∩α=A,则有l⊄α,A∈l,但A∈α,故C错误;对于D,有三个不共线的点在平面α,β中,α,β重合,故D正确.
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目 录
规律方法
判断空间直线的位置关系一般有两种方法:一是构造几何体(如长
方体、空间四边形等)模型来判断;二是排除法.特别地,对于异面直线
的判定,常用到结论:“平面外一点A与平面内一点B的连线和平面内不
经过点B的直线是异面直线.”
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练1 (1)已知空间三条直线l,m,n,若l与m异面,且l与n异面,则
( D )
D
A. m与n异面
B. m与n相交
C. m与n平行
D. m与n异面、相交、平行均有可能
解析:在如图所示的长方体中,m,n1与l都异面,但是
m∥n1,所以A、B错误,m,n2与l都异面,且m,n2也异面,所以C错误.
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(2)(2026·北京海淀阶段检测)如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1
中,点P为边A1C1上的动点,则下列直线中,始终与直线BP异面的是
( B )
A. DD1 B. AC
C. AD1 D. B1C
B
解析:对于A,当P是A1C1的中点时,BP与DD1是相交
直线;对于B,根据异面直线的定义知,BP与AC是异面直线;对于C,当点P与C1重合时,BP与AD1是平行直线;对于D,当点P与C1重合时,BP与B1C是相交直线.故选B.
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目 录
03
PART
考点三 异面直线所成的角
目 录
1. 定义:已知两条异面直线a,b,经过空间任一点O分别作直线a'∥a,
b'∥b,把直线a'与b'所成的角叫做异面直线a与b所成的角(或夹角).
2. 范围: .
(0, ]
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目 录
(1)如图,圆柱的轴截面ABCD为正方形,E为 的中点,则异面
直线AE与BC所成角的余弦值为( D )
A. B.
C. D.
D
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解析:如图,过点E作圆柱的母线交下底面于点F,连接AF,
易知F为 的中点,设正方形ABCD的边长为2,则EF=2,
AF= ,所以AE= = .连接ED,则ED
= .因为BC∥AD,所以异面直线AE与BC所成的角即为∠EAD(或其补角).在△EAD中, cos ∠EAD= = .所以异面直线AE与BC所成角的余弦值为 .
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(2)平面α过正方体ABCD-A1B1C1D1的顶点A,α∥平面CB1D1,α∩平面ABCD=m,α∩平面ABB1A1=n,则m,n所成角的大小为( A )
A. 60° B. 45°
C. 30° D. 90°
A
解析:如图所示,过点A补作一个与正方体ABCD-A1B1C1D1相同的正方体,易知平面α为平面AF1E,则m,n所成的角为∠EAF1.因为△AF1E为正三角形,所以∠EAF1=60°.
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目 录
规律方法
求异面直线所成角的方法
(1)平移法:将异面直线中的某一条平移,使其与另一条相交,一般采
用图中已有的平行线或者作平行线,形成三角形求解;
(2)补形法:在该几何体的某侧补接上一个几何体,在这两个几何体中
找异面直线相应的位置,形成三角形求解.
提醒 在求异面直线所成的角时,如果求出的角是钝角,则它的补角才
是要求的角.
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目 录
练2 (1)在空间四边形ABCD中,AD=2,BC=2 ,E,F分别是AB,CD的中点,EF= ,则异面直线AD与BC夹角的大小为 ;
解析:设BD的中点为O,连接EO,FO,所以EO∥AD,
FO∥BC,则∠EOF(或其补角)就是异面直线AD与BC的
夹角.所以EO= AD=1,FO= BC= ,EF= ,在
△EOF中,根据余弦定理,得 cos ∠EOF= = = =- ,所以∠EOF=150°,从而异面直线AD与BC夹角的大小为30°.
30°
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(2)如图,点P在正方形ABCD所在平面外,PA⊥平面ABCD,PA=
AB,则PB与AC所成的角为 .
60°
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目 录
解析:因为四边形ABCD为正方形,PA⊥平面ABCD,PA=AB,可将原图还原到正方体ABCD-PQRS中,如图所示,连接SC,AS,则PB∥
SC,则∠ACS(或其补角)是PB与AC所成的角.因为△ACS为正三角形,故∠ACS=60°,所以PB与AC所成角为60°.
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04
PART
课时跟踪检测
(时间:60分钟,满分:90分)
[备注:单选、填空题5分,多选题6分]
目 录
1. 四条线段顺次首尾相连,它们最多可确定的平面个数为( )
A. 4 B. 3
C. 2 D. 1
解析:首尾相连的四条线段每相邻两条确定一个平面,所以最多可以确定四个平面.故选A.
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2. 若a∥α,b∥β,α∥β,则a,b的位置关系是( )
A. 平行 B. 异面
C. 相交 D. 平行、异面或相交
解析:如图所示,a,b的位置关系分别是平行、异面、相交.故选D.
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3. 在三棱锥A-BCD的棱AB,BC,CD,DA上分别取E,F,G,H四
点,如果EF∩HG=P,则( )
A. 点P一定在直线BD上 B. 点P一定在直线AC上
C. EH∥FG D. EH与FG必相交
解析: 如图所示,因为EF⊂平面ABC,HG⊂平面
ACD,EF∩HG=P,所以P∈平面ABC,P∈平面
ACD. 又因为平面ABC∩平面ACD=AC,所以P∈AC,故A错误,B正确;易知直线EH,FG共面,则直线EH,FG平行或相交,故C、D错误.
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4. 〔一题多解〕如图,点N为正方形ABCD的中心,△ECD为正三角形,
平面ECD⊥平面ABCD,M是线段ED的中点,则( )
A. BM=EN,且直线BM,EN是相交直线
B. BM≠EN,且直线BM,EN是相交直线
C. BM=EN,且直线BM,EN是异面直线
D. BM≠EN,且直线BM,EN是异面直线
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解析: 法一 取CD的中点O,连接EO,ON. 由△ECD
是正三角形,平面ECD⊥平面ABCD,知EO⊥平面ABCD.
∴EO⊥CD,EO⊥ON. 又N为正方形ABCD的中心,
∴ON⊥CD. 以CD的中点O为原点, 方向为x轴正方向
建立空间直角坐标系,如图1所示.不妨设AD=2,则E(0,
0, ),N(0,1,0),M ,B(-1,2,0),∴EN= =2,BM= = ,∴EN≠BM. 连接BD,BE,∵点N是正方形ABCD的中心,∴点N在BD上,且BN=DN,∴BM,EN是△DBE的中线,∴BM,EN必相交.故选B.
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法二 如图2,取CD的中点F,DF的中点G,连接EF,
FN,MG,GB. ∵△ECD是正三角形,∴EF⊥CD. ∵平
面ECD⊥平面ABCD,∴EF⊥平面ABCD. ∴EF⊥FN.
不妨设AB=2,则FN=1,EF= ,∴EN=
=2.∵EM=MD,DG=GF,MG∥EF且MG= EF,∴MG⊥平面ABCD,∴MG⊥BG. ∵MG= EF= ,BG= = = ,∴ BM= = .∴ BM≠EN. 连接BD,BE,∵ 点N是正方形ABCD的中心,∴ 点N在BD上,且BN=DN,∴ BM,EN是△DBE的中线,∴ BM,EN必相交.故选B.
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5. 〔多选〕木工小张在处理如图所示的一块四棱台形状的木块ABCD-
A1B1C1D1时,为了经过木料表面CDD1C1内一点P和棱AA1将木料平整锯
开,需要在木料表面CDD1C1过点P画直线l.则下列结论正确的是( )
A. l∥DD1
B. l∥BB1
C. l与直线AA1相交
D. l与直线CC1相交
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解析:延长A1A,B1B交于点M,则C1C,D1D的延长线也过点M,如图所示,因为M∈AA1,则M∈平面PAA1,则直线PM即为所求作的直线l,所以直线l与直线AA1、直线BB1、直线CC1、直线DD1都相交.故选C、D.
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6. 〔多选〕如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O是B1D1的中点,
直线A1C交平面AB1D1于点M,则下列结论正确的是( )
A. A,M,O三点共线 B. A,M,O,A1共面
C. A,M,C,O共面 D. B,B1,O,M共面
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解析:∵M∈A1C,A1C⊂平面A1ACC1,∴M∈平面A1ACC1,又∵M∈平面AB1D1,∴M在平面AB1D1与平面A1ACC1的交线AO上,即A,M,O三点共线,∴A,M,O,A1共面且A,M,C,O共面,∵平面BB1D1D∩平面AB1D1=B1D1,∴M在平面BB1D1D外,即B,B1,O,M不共面,故选A、B、C.
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7. (2026·安徽合肥期末)如图为正方体表面的一种展开图,则图中的
AB,CD,EF,GH在原正方体中互为异面直线的有 对.
解析:平面图形的翻折应注意翻折前后相对位置的变化,则AB,CD,
EF和GH在原正方体中,显然AB与CD,EF与GH,AB与GH都是异面
直线,而AB与EF相交,CD与GH相交,CD与EF平行.故互为异面直线
的有3对.
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8. 在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=BC=1,异面直线A1B与AD1所成
角的余弦值为 ,则AA1= .
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解析:如图,连接BC1,A1C1,易知AD1∥BC1,则∠A1BC1(或其补角)为异面直线A1B与AD1所成的角.设AA1=t,∵AB=BC=1,∴A1C1=
,A1B=BC1= .∴ cos ∠A1BC1= =
= ,解得t=3,则AA1=3.
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9. 如图所示,正方体的底面与正四面体的底面在同一平面α上,且AB∥
CD,则直线EF与正方体的六个面所在的平面相交的平面个数为 .
4
解析:取CD的中点为G,连接EG,FG(图略),由题意知,平面EFG
与正方体的左、右侧面所在平面重合或平行,从而EF与正方体的左、右
侧面所在的平面平行或EF在平面内.所以直线EF与正方体的前、后侧面
及上、下底面所在的平面相交.故直线EF与正方体的六个面所在的平面相
交的平面个数为4.
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10. (13分)在正方体ABCD-A1B1C1D1中:
(1)求异面直线AC与A1D所成角的大小;
解:如图,连接B1C,AB1,由ABCD-A1B1C1D1是正方
体,易知A1D∥B1C,从而B1C与AC所成的角就是异面
直线AC与A1D所成的角或其补角.
在△AB1C中,AB1=AC=B1C,
所以∠B1CA=60°.
故异面直线A1D与AC所成的角为60°.
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(2)若E,F分别为AB,AD的中点,求异面直线A1C1与EF所成角的
大小.
解:连接BD,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,AC⊥BD,AC∥A1C1,
因为E,F分别为AB,AD的中点,
所以EF∥BD,所以EF⊥AC. 所以EF⊥A1C1.
故异面直线A1C1与EF所成的角为90°.
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11. (2025·江西新余模拟)空间中有三条两两异面的直线,P为其中一
条直线上一定点,过P引直线l使其与这三条异面直线都相交,则对于任意
的定点P,存在的直线l有( )
A. 1条 B. 2条
C. 3条 D. 无数条
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解析:如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,不妨设三条两两异面的直线为A1D1,BB1,CD,令P∈A1D1,作平面PP1BB1过BB1,则过P与BB1相交的直线都在平面PP1BB1内,作平面PP2CD过DC,则过P与DC相交的直线都在平面PP2CD内,平面PP1BB1与平面PP2CD不平行且不重合,有且仅有一条公共直线,所以直线l只有1条.故选A.
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12. 如图,正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的侧面展开图是边长为4的正方形,
则在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,异面直线AK和LM所成的角的大小为
( )
A. 30° B. 45° C. 60° D. 90°
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解析: 根据题意还原正四棱柱的直观图,如图所示,取AA1
的中点G,连接KG,则有KG∥LM,所以∠AKG(或其补角)为异面直线AK和LM所成的角.由题知AG=2,AK=KG= = ,则有AK2+KG2=AG2,所以∠AKG=90°,即异面直线AK和LM所成的角为90°.
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13. 如图所示,已知空间四边形ABCD中,AC与BD所成角为 ,且AC=
BD=2,E,F分别为BC,AD的中点,则EF= .
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解析:如图,取CD的中点G,连接EG,FG,由题可知,
EG∥BD,FG∥AC,EG= BD=1,FG= AC=1.因为
AC与BD所成的角为 ,所以∠FGE= 或∠FGE=π- =
,当∠FGE= 时,△FGE为等边三角形,所以EF=1;当∠FGE= 时,由余弦定理得,EF2=EG2+GF2-2EG·GF· cos ∠FGE=1+1-2×1×1×(- )=3,所以EF= .综上,EF=1或EF= .
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14. (15分)如图,正三棱柱ABC-A1B1C1内接于圆柱,圆柱底面半径为
,圆柱高为4.若D,E分别为A1B1,A1C1的中点.
(1)求证:D,E,B,C四点共面;
解:证明:由于D,E分别为A1B1,A1C1的中点,所以DE∥B1C1,
又BC∥B1C1,所以DE∥BC,
所以D,E,B,C四点共面.
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(2)若直线BD与直线CE交于点P,求证:点P在直线AA1上;
解:证明:由P∈BD,BD⊂平面A1ABB1,即P∈平面A1ABB1,
同理,P∈CE,CE⊂平面A1ACC1,即P∈平面 A1ACC1,
又平面A1ABB1∩平面A1ACC1=AA1,所以P∈AA1,所以点P在直线AA1上.
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(3)若从圆柱中把该正三棱柱ABC-A1B1C1挖掉,求剩余几何体的表
面积.
解:令AB=a,则 =2 ⇒a=3,
所以圆柱的侧面积S1=2π× ×4=8 π,圆柱的底面积
S2=2π×( )2=6π,
正三棱柱的侧面积S3=3×3×4=36,
正三棱柱的底面积S4=2× ×32× sin 60°= ,
所以剩余几何体的表面积S=S1+S2+S3-S4=(8 +6)π+36- .
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