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立体几何是江苏省高考的一个重点内容,从《教学要求》来看其重点为线线、线面、面面的垂直、平行的证明,以及表面积、体积的运算问题.下面以例题来说明解题中的常见难点及突破方法.
例1 某几何体的三视图(如图所示),根据图中标出的数据,可得这个几何体的表面积为().
A.4+43
B.4+45
C.83
D.12
解析 解决本题关键是通过三视图看出立体结构是底面边长为2,高为2的正四面体.所以表面积为4+45.
方法 现在高考三视图所对应的立体图由常见的长方体、椎体等几何体构成,可以通过直接考虑常见几何体的三视图来印证三视图及推出立体图.
例2 (2008年•江苏改)在四面体ABCD中,CB=CD,AD⊥BD,且E,F分别是AB,BD的中点,求证:面EFC⊥面BCD.
分析 本道题解决的关键是能通过EF∥AD,AD⊥BD转化为BD⊥EF.
证明 ∵EF∥AD,AD⊥BD,
∴EF⊥BD.
又 ∵CD=CB,FB=FD,
∴CF⊥BD.
由EF∩CF=F,∴BD⊥面EFC.
又 BD面BCD,∴面EFC⊥面BCD.
方法 利用空间直线的平移不改变所成的角的大小可以转变有关的线、面关系.类似可以等价转化的依据还有:两个平面同时垂直一条直线,两平面平行;一条直线平行一个平面,这条直线上所有的点到平面的距离相等等.
例3 如图,四边形ABCD是正方形,PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,PB=AB=2MA.求证:平面PMD⊥平面PBD.
分析 连接BD,AC交于点E,取PD中点F,连接EF,MF,证明MF⊥平面PBD即可.
证明 连接BD,AC交于点E,取PD中点F,连接EF,MF,则点E为BD中点,AE⊥BD.
由PB⊥平面ABCD,可得PB⊥PD,PB⊥AB.由MA⊥平面ABCD,可得MA⊥AD.由PB=AB=2MA,可得MD=MP.
由F点为PD中点,∴MF⊥PD.在△PBD中,EF∥BP,EF=12BP.由PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,PB=AB=2MA,可得MAEF为矩形,即MF⊥EF.由EF,PD平面PBD,且PD∩EF=F,∴MF⊥平面PBD.又∵MF平面MPD,∴平面PMD⊥平面PBD.
方法 本道题难点是平面PMD内垂直平面PBD的直线不容易找,常见解决方法是应用面面垂直的性质,作出垂直于交线的直线MF;当然,也可从条件PB=AB=2MA中找出MD=MP,找到辅助点PD的中点F,构建直线MF.
例4 如图,AC是⊙O的直径,点B在圆周上,SA⊥平面ABC,AN⊥SB于N,AM⊥SC于M,求证:MN⊥SC.
证明 连接MN,AB(图略).
在⊙O中有AC为直径,B为圆周上的点,可得AB⊥BC.又SA⊥平面ABC,BC平面ABC,可得SA⊥BC.∴BC⊥平面SAB,∴BC⊥AN.又∵AN⊥SB,∴AN⊥平面SBC,∴AN⊥SC,∴SC⊥平面AMN,∴MN⊥SC.
方法 熟练应用空间中的有关线面条件的推导方法,基本的有下列两条:(1)线线平行线面平行面面平行;(2)线线垂直线面垂直面面垂直.
例5 棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,在棱DD1上是否存在点P使B1D⊥面PAC?
解析 以D为原点建立如图所示的坐标系,设存在点P(0,0,z),AP=(-a,0,z),AC=(-a,a,0),DB1=(a,a,a),∵B1D⊥面PAC,∴DB1•AP=0,DB1•AC=0.∴-a2+az=0,∴z=a,即点P与D1重合.∴点P与D1重合时,DB1⊥面PAC.
方法 对于一些探索性的问题,我们可以建立适当的空间坐标系,借助向量工具,通过计算的方式来说明.这种方法可以有效地避免由于空间的不熟悉而无从下手的情况.
要解决好立体几何问题,要加强对数学命题的理解,学会灵活运用数学命题解决问题.对数学的公理、定理的理解和应用,突出反映在题目的证明和计算上.需要避免证明中出现逻辑推理不严密,运用定理、公理、法则时言非有据,或以主观臆断代替严密的科学论证,书写格式不合理,层次不清,数学符号语言使用不当,不合乎习惯等,提高应用定理分析问题和解决问题的能力.这常常体现在遇到一个几何题以后,不知从何下手.对于习题,我们首先需要知道:要干什么(要求的结论是什么),哪些条件能满足要求,这样一步一步往前找条件.当然这要根据具体情况,需要多看习题,但必要的练习是不可以缺少的.
例1 某几何体的三视图(如图所示),根据图中标出的数据,可得这个几何体的表面积为().
A.4+43
B.4+45
C.83
D.12
解析 解决本题关键是通过三视图看出立体结构是底面边长为2,高为2的正四面体.所以表面积为4+45.
方法 现在高考三视图所对应的立体图由常见的长方体、椎体等几何体构成,可以通过直接考虑常见几何体的三视图来印证三视图及推出立体图.
例2 (2008年•江苏改)在四面体ABCD中,CB=CD,AD⊥BD,且E,F分别是AB,BD的中点,求证:面EFC⊥面BCD.
分析 本道题解决的关键是能通过EF∥AD,AD⊥BD转化为BD⊥EF.
证明 ∵EF∥AD,AD⊥BD,
∴EF⊥BD.
又 ∵CD=CB,FB=FD,
∴CF⊥BD.
由EF∩CF=F,∴BD⊥面EFC.
又 BD面BCD,∴面EFC⊥面BCD.
方法 利用空间直线的平移不改变所成的角的大小可以转变有关的线、面关系.类似可以等价转化的依据还有:两个平面同时垂直一条直线,两平面平行;一条直线平行一个平面,这条直线上所有的点到平面的距离相等等.
例3 如图,四边形ABCD是正方形,PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,PB=AB=2MA.求证:平面PMD⊥平面PBD.
分析 连接BD,AC交于点E,取PD中点F,连接EF,MF,证明MF⊥平面PBD即可.
证明 连接BD,AC交于点E,取PD中点F,连接EF,MF,则点E为BD中点,AE⊥BD.
由PB⊥平面ABCD,可得PB⊥PD,PB⊥AB.由MA⊥平面ABCD,可得MA⊥AD.由PB=AB=2MA,可得MD=MP.
由F点为PD中点,∴MF⊥PD.在△PBD中,EF∥BP,EF=12BP.由PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,PB=AB=2MA,可得MAEF为矩形,即MF⊥EF.由EF,PD平面PBD,且PD∩EF=F,∴MF⊥平面PBD.又∵MF平面MPD,∴平面PMD⊥平面PBD.
方法 本道题难点是平面PMD内垂直平面PBD的直线不容易找,常见解决方法是应用面面垂直的性质,作出垂直于交线的直线MF;当然,也可从条件PB=AB=2MA中找出MD=MP,找到辅助点PD的中点F,构建直线MF.
例4 如图,AC是⊙O的直径,点B在圆周上,SA⊥平面ABC,AN⊥SB于N,AM⊥SC于M,求证:MN⊥SC.
证明 连接MN,AB(图略).
在⊙O中有AC为直径,B为圆周上的点,可得AB⊥BC.又SA⊥平面ABC,BC平面ABC,可得SA⊥BC.∴BC⊥平面SAB,∴BC⊥AN.又∵AN⊥SB,∴AN⊥平面SBC,∴AN⊥SC,∴SC⊥平面AMN,∴MN⊥SC.
方法 熟练应用空间中的有关线面条件的推导方法,基本的有下列两条:(1)线线平行线面平行面面平行;(2)线线垂直线面垂直面面垂直.
例5 棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,在棱DD1上是否存在点P使B1D⊥面PAC?
解析 以D为原点建立如图所示的坐标系,设存在点P(0,0,z),AP=(-a,0,z),AC=(-a,a,0),DB1=(a,a,a),∵B1D⊥面PAC,∴DB1•AP=0,DB1•AC=0.∴-a2+az=0,∴z=a,即点P与D1重合.∴点P与D1重合时,DB1⊥面PAC.
方法 对于一些探索性的问题,我们可以建立适当的空间坐标系,借助向量工具,通过计算的方式来说明.这种方法可以有效地避免由于空间的不熟悉而无从下手的情况.
要解决好立体几何问题,要加强对数学命题的理解,学会灵活运用数学命题解决问题.对数学的公理、定理的理解和应用,突出反映在题目的证明和计算上.需要避免证明中出现逻辑推理不严密,运用定理、公理、法则时言非有据,或以主观臆断代替严密的科学论证,书写格式不合理,层次不清,数学符号语言使用不当,不合乎习惯等,提高应用定理分析问题和解决问题的能力.这常常体现在遇到一个几何题以后,不知从何下手.对于习题,我们首先需要知道:要干什么(要求的结论是什么),哪些条件能满足要求,这样一步一步往前找条件.当然这要根据具体情况,需要多看习题,但必要的练习是不可以缺少的.