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【例1】如图,底面为菱形的直四棱柱ABCDA1B1C1D1 中,E、F分别为A1B1、B1C1的中点,G为DF的中点.
(1)求证:EF⊥平面B1BDD1;
(2)过A1、E、G三点平面交DD1于H,求证:EG∥A1H.
分析(1)易证AC⊥平面B1BDD1,EF∥AC;
(2)我们从结论出发,要证EG∥A1H,先证EG∥平面ADD1A1;接下来关键是找一条在平面ADD1A1内与EG平行的直线。
(1)证明:∵底面ABCD为菱形,∴AC⊥BD.
∵E、F分别为A1B1、B1C1的中点,∴EF∥AC,∴EF⊥BD.
∵ABCDA1B1C1D1为直四棱柱,∴EF⊥BB1,∴EF⊥平面B1BDD1.
(2)延长FE交D1A1于Q,连接DQ,
∵E为A1B1的中点且D1A1∥B1C1,
∴△QA1E∽△FB1E,∴E为FQ的中点.
又∵G为DF的中点,∴EG∥DQ,∵EGADD1A1,DQADD1A1,∴EG∥平面ADD1A1.
∵EG平面A1EGH,平面A1EGH∩平面ADD1A1=A1H,∴EG∥A1H.
点拨本题除了上述解法还可以这样来证明:构造一个辅助平面α,EGα,面α∥平面A1EGH,利用面面平行的性质定理得出结论。
【例2】如图,在四棱锥PABCD中,底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,AB=2,PA=1,PA⊥平面ABCD,E是PC的中点,F是AB的中点.
(1)求证:BE∥平面PDF;
(2)求三棱锥PDEF的体积.
分析(1)证明线面平行首先应想到找线线平行,取PD的中点G,构造平行四边形FBEG;
(2)求三棱锥的体积通常通过顶点转换置换为一个易求高的三棱锥。
本题利用(1)的结论VP-DEF=VE-PDF=VB-PDF=VP-BDF.
(1)证明: 取PD的中点G,连FG、EG,
∵E、G分别为PC、PD的中点,∴EG∥DC且EG=12DC.
又∵FB∥DC且FB=12DC,∴四边形FBEG为平行四边形,∴BE∥FG,
又∵FG平面PDF,BE平面PDF,
∴BE∥平面PDF.
(2)由(1)知,点E到平面PDF的距离等于点B到平面PDF的距离,VP-DEF=VE-PDF=VB-PDF=VP-BDF,∵PA⊥平面ABCD,∴PA为三棱锥P-BDF的高,且PA=1.
∵△BDF的面积为32,
∴VP-BDF=13Sh=36.
点拨(1)也可以取DC的中点H,构造面面平行,从而得到线面平行;
(2)对理科生而言,若感觉求三棱锥的高比较困难时,不妨尝试建立空间直角坐标系来求解点到面的距离即为高。
一般方法:线线关系、线面关系、面面关系三者中,每两者都存在着依存关系,充分运用这些关系进行等价转换是解题的关键。如在空间证线线平行时,往往通过中位线、平行四边形、线面平行、面面平行得到,求点到面的距离常转化为从不同角度求几何体的体积来获得。牛刀小试
1. 如图,在长方体ABCDA1B1C1D1中,AB=AD=3 cm,AA1=2cm,则四棱锥ABB1D1D的体积为 cm3.
2. 如图,四边形ABCD为正方形,EA⊥平面ABCD,EF∥AB,AB=4,AE=2,EF=1.
(1) 求证:BC⊥AF;
(2) 若点M在线段AC上,且满足EM∥平面FBC;求CM∶CA.
(3) 试判断直线AF与平面EBC是否垂直?若垂直,请给出证明;若不垂直,请说明理由.
3. 如图,直三棱柱ABCA1B1C1中,D、E分别是棱BC、AB
(1)求证:EF⊥平面B1BDD1;
(2)过A1、E、G三点平面交DD1于H,求证:EG∥A1H.
分析(1)易证AC⊥平面B1BDD1,EF∥AC;
(2)我们从结论出发,要证EG∥A1H,先证EG∥平面ADD1A1;接下来关键是找一条在平面ADD1A1内与EG平行的直线。
(1)证明:∵底面ABCD为菱形,∴AC⊥BD.
∵E、F分别为A1B1、B1C1的中点,∴EF∥AC,∴EF⊥BD.
∵ABCDA1B1C1D1为直四棱柱,∴EF⊥BB1,∴EF⊥平面B1BDD1.
(2)延长FE交D1A1于Q,连接DQ,
∵E为A1B1的中点且D1A1∥B1C1,
∴△QA1E∽△FB1E,∴E为FQ的中点.
又∵G为DF的中点,∴EG∥DQ,∵EGADD1A1,DQADD1A1,∴EG∥平面ADD1A1.
∵EG平面A1EGH,平面A1EGH∩平面ADD1A1=A1H,∴EG∥A1H.
点拨本题除了上述解法还可以这样来证明:构造一个辅助平面α,EGα,面α∥平面A1EGH,利用面面平行的性质定理得出结论。
【例2】如图,在四棱锥PABCD中,底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,AB=2,PA=1,PA⊥平面ABCD,E是PC的中点,F是AB的中点.
(1)求证:BE∥平面PDF;
(2)求三棱锥PDEF的体积.
分析(1)证明线面平行首先应想到找线线平行,取PD的中点G,构造平行四边形FBEG;
(2)求三棱锥的体积通常通过顶点转换置换为一个易求高的三棱锥。
本题利用(1)的结论VP-DEF=VE-PDF=VB-PDF=VP-BDF.
(1)证明: 取PD的中点G,连FG、EG,
∵E、G分别为PC、PD的中点,∴EG∥DC且EG=12DC.
又∵FB∥DC且FB=12DC,∴四边形FBEG为平行四边形,∴BE∥FG,
又∵FG平面PDF,BE平面PDF,
∴BE∥平面PDF.
(2)由(1)知,点E到平面PDF的距离等于点B到平面PDF的距离,VP-DEF=VE-PDF=VB-PDF=VP-BDF,∵PA⊥平面ABCD,∴PA为三棱锥P-BDF的高,且PA=1.
∵△BDF的面积为32,
∴VP-BDF=13Sh=36.
点拨(1)也可以取DC的中点H,构造面面平行,从而得到线面平行;
(2)对理科生而言,若感觉求三棱锥的高比较困难时,不妨尝试建立空间直角坐标系来求解点到面的距离即为高。
一般方法:线线关系、线面关系、面面关系三者中,每两者都存在着依存关系,充分运用这些关系进行等价转换是解题的关键。如在空间证线线平行时,往往通过中位线、平行四边形、线面平行、面面平行得到,求点到面的距离常转化为从不同角度求几何体的体积来获得。牛刀小试
1. 如图,在长方体ABCDA1B1C1D1中,AB=AD=3 cm,AA1=2cm,则四棱锥ABB1D1D的体积为 cm3.
2. 如图,四边形ABCD为正方形,EA⊥平面ABCD,EF∥AB,AB=4,AE=2,EF=1.
(1) 求证:BC⊥AF;
(2) 若点M在线段AC上,且满足EM∥平面FBC;求CM∶CA.
(3) 试判断直线AF与平面EBC是否垂直?若垂直,请给出证明;若不垂直,请说明理由.
3. 如图,直三棱柱ABCA1B1C1中,D、E分别是棱BC、AB