立体几何题型与解题方法
立体几何重点题型与解题方法
1．平面
平面的基本性质：掌握三个公理及推论，会说明共点、共线、共面问题。
（1）.证明点共线的问题，一般转化为证明这些点是某两个平面的公共点（依据：由点在线上，线在面内 ，推出点在面内）， 这样可根据公理2证明这些点都在这两个平面的公共直线上。
（2）.证明共点问题，一般是先证明两条直线交于一点，再证明这点在第三条直线上，而这一点是两个平面的公共点，这第三条直线是这两个平面的交线。
（3）.证共面问题一般先根据一部分条件确定一个平面，然后再证明其余的也在这个平面内，或者用同一法证明两平面重合 2. 空间直线.
（1）. 空间直线位置关系三种：相交、平行、异面. 相交直线：共面有且仅有一个公共点；平行直线：共面没有公共点；异面直线：不同在任一平面内，无公共点
[注]：①两条异面直线在同一平面内射影一定是相交的两条直线.（×）（也可能两条直线平行，也可能是点和直线等）
②直线在平面外，指的位置关系是平行或相交
③若直线a 、b 异面，a 平行于平面α，b 与α的关系是相交、平行、在平面α内. ④两条平行线在同一平面内的射影图形是一条直线或两条平行线或两点.
⑤在平面内射影是直线的图形一定是直线.（×）（射影不一定只有直线，也可以是其他图形） ⑥在同一平面内的射影长相等，则斜线长相等.（×）（并非是从平面外一点．．
向这个平面所引的垂线段和斜线段）
⑦b a ,是夹在两平行平面间的线段，若b a =，则b a ,的位置关系为相交或平行或异面.
⑧异面直线判定定理：过平面外一点与平面内一点的直线和平面内不经过该点的直线是异面直线.（不在
任何一个平面内的两条直线）
（2）. 平行公理：平行于同一条直线的两条直线互相平行.
等角定理：如果一个角的两边和另一个角的两边分别平行并且方向相同，那么这两个角相等（如右图）. （直线与直线所成角]90,0[??∈θ）
（向量与向量所成角])180,0[οο∈θ
推论：如果两条相交直线和另两条相交直线分别平行，那么这两组直线所成锐角（或直角）相等.
（3）. 两异面直线的距离：公垂线段的长度.
空间两条直线垂直的情况：相交（共面）垂直和异面垂直.
[注]：21,l l 是异面直线，则过21,l l 外一点P ，过点P 且与21,l l 都平行平面有一个或没有，但与21,l l 距离相等的点在同一平面内. （1L 或2L 在这个做出的平面内不能叫1L 与2L 平行的平面）
3. 直线与平面平行、直线与平面垂直.
（1）. 空间直线与平面位置分三种：相交、平行、在平面内.
（2）. 直线与平面平行判定定理：如果平面外一条直线和这个平面内一条直线平行，那么这条直线和这个平面平行.（“线线平行?线面平行”）
[注]：①直线a与平面α内一条直线平行，则a∥α. （×）（平面外一条直线）
②直线a与平面α内一条直线相交，则a与平面α相交. （×）（平面外一条直线）
③若直线a与平面α平行，则α内必存在无数条直线与a平行. （√）（不是任意一条直线，可利用平行的传递性证之）
④两条平行线中一条平行于一个平面，那么另一条也平行于这个平面. （×）（可能在此平面内）
⑤平行于同一个平面的两直线平行.（×）（两直线可能相交或者异面）
⑥直线l与平面α、β所成角相等，则α∥β.（×）（α、β可能相交）
（3）. 直线和平面平行性质定理：如果一条直线和一个平面平行，经过这条直线的平面和这个平面相交，那么这条直线和交线平行.（“线面平行?线线平行”）
（4）. 直线与平面垂直是指直线与平面任何一条直线垂直，过一点有且只有一条直线和一个平面垂直，过一点有且只有一个平面和一条直线垂直.
若PA⊥α，a⊥AO，得a⊥PO（三垂线定理），
三垂线定理的逆定理亦成立.
直线与平面垂直的判定定理一：如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直，那么这两条直线垂直于这个平面.（“线线垂直?线面垂直”）
直线与平面垂直的判定定理二：如果平行线中一条直线垂直于一个平面，那么另一条也垂直于这个平面.
性质：如果两条直线同垂直于一个平面，那么这两条直线平行.
（5）.a.垂线段和斜线段长定理：从平面外一点
．．向这个平面所引的垂线段和斜线段中，①射影相等的两条斜线段相等，射影较长的斜线段较长；②相等的斜线段的射影相等，较长的斜线段射影较长；③垂线段比任何一条斜线段短.
[注]：垂线在平面的射影为一个点. [一条直线在平面内的射影是一条直线.（×）]
b.射影定理推论：如果一个角所在平面外一点到角的两边的距离相等，那么这点在平面内的射影在这个角的平分线上。
4. 平面平行与平面垂直.
（1）. 空间两个平面的位置关系：相交、平行.
（2）. 平面平行判定定理：如果一个平面内有两条相交直线都平行于另一个平面，那么这两个平面平行.（“线面平行?面面平行”）
推论：垂直于同一条直线的两个平面互相平行；平行于同一平面的两个平面平行.
[注]：一平面内的任一直线平行于另一平面.
（3）. 两个平面平行的性质定理：如果两个平面平行同时和第三个平面相交，那么它们交线平行.（“面面平行?线线平行”）
（4）. 两个平面垂直判定一：两个平面所成的二面角是直二面角，则两个平面垂直.
两个平面垂直判定二：如果一条直线与一个平面垂直，那么经过这条直线的平面垂直于这个平面.（“线面垂直?面面垂直”）
注：如果两个二面角的平面分别对应互相垂直，则两个二面角没有什么关系.
（5）. 两个平面垂直性质定理：如果两个平面垂直，那么在一个平面内垂直于它们交线的直线也垂直于另一个平面.
推论：如果两个相交平面都垂直于第三平面，则它们交线垂直于第三平面. 简证：如图，在平面内过O 作OA 、OB 分别垂直于21,l l ，
因为ααββ⊥?⊥?OB PM OA PM ,,,则OB PM OA PM ⊥⊥,.所以结论成立 （6）. 两异面直线任意两点间的距离公式：θcos 2222mn d n m l -++=
（θ为锐角取减，θ为钝角取加，
综上，都取减则必有??
?
?
?∈2
,0πθ）
（1）. a.最小角定理：21cos cos cos θθθ=（1θ为最小角，如图） b.最小角定理的应用（∠PBN 为最小角）
简记为：成角比交线夹角一半大，且又比交线夹角补角一半长，一定有4条. 成角比交线夹角一半大，又比交线夹角补角小，一定有2条. 成角比交线夹角一半大，又与交线夹角相等，一定有3条或者2条. 成角比交线夹角一半小，又与交线夹角一半小，一定有1条或者没有. 5. 棱柱. 棱锥
（1）. 棱柱.
a.①直棱柱侧面积：Ch S =（C 为底面周长，h 是高）该公式是利用直棱柱的侧面展开图为矩形得出的. ②斜棱住侧面积：l C S 1=（1C 是斜棱柱直截面周长，l 是斜棱柱的侧棱长）该公式是利用斜棱柱的侧面展开图为平行四边形得出的.
b.{四棱柱}?{平行六面体}?{直平行六面体}?{长方体}?{正四棱柱}?{正方体}. {直四棱柱}I {平行六面体}={直平行六面体}.
四棱柱
直平行六面体
长方体
正四棱柱
底面是平行四边形
侧棱垂直底面
底面是矩形
底面是正方形
c.棱柱具有的性质：
①棱柱的各个侧面都是平行四边形，所有的侧棱都相等；直棱柱的各个侧面都是矩形．．．．．．．．；正棱柱的各个侧面都是全等的矩形．．．．．
. ②棱柱的两个底面与平行于底面的截面是对应边互相平行的全等．．多边形. ③过棱柱不相邻的两条侧棱的截面都是平行四边形.
注：①棱柱有一个侧面和底面的一条边垂直可推测是直棱柱. （×） （直棱柱不能保证底面是矩形,可如图） ②（直棱柱定义）棱柱有一条侧棱和底面垂直. d.平行六面体：
定理一：平行六面体的对角线交于一点．．．．．．．．．．．．．，并且在交点处互相平分. [注]：四棱柱的对角线不一定相交于一点.
定理二：长方体的一条对角线长的平方等于一个顶点上三条棱长的平方和.
推论一：长方体一条对角线与同一个顶点的三条棱所成的角为γβα,,，则 1cos cos cos 222=++γβα. 推论二：长方体一条对角线与同一个顶点的三各侧面所成的角为γβα,,，则2cos cos cos 222=++γβα. [注]：①有两个侧面是矩形的棱柱是直棱柱.（×）（斜四棱柱的两个平行的平面可以为矩形） ②各侧面都是正方形的棱柱一定是正棱柱.（×）（应是各侧面都是正方形的直．
棱柱才行） ③对角面都是全等的矩形的直四棱柱一定是长方体.（×）（只能推出对角线相等，推不出底面为矩形） ④棱柱成为直棱柱的一个必要不充分条件是棱柱有一条侧棱与底面的两条边垂直. （两条边可能相交，可能不相交，若两条边相交，则应是充要条件）
（2）. 棱锥：棱锥是一个面为多边形，其余各面是有一个公共顶点的三角形. [注]：①一个三棱锥四个面可以都为直角三角形.
②一个棱柱可以分成等体积的三个三棱锥；所以棱柱棱柱3V S h V ==.
a.①正棱锥定义：底面是正多边形；顶点在底面的射影为底面正多边形的中心. [注]：i. 正四棱锥的各个侧面都是全等的等腰三角形.（不是等边三角形） ii. 正四面体是各棱相等，而正三棱锥是底面为正三角形，侧棱与底棱不一定相等
iii. 正棱锥定义的推论：若一个棱锥的各个侧面都是全等的等腰三角形（即侧棱相等）；底面为正多边形. ②正棱锥的侧面积：'Ch 2
1
S =
（底面周长为C ，斜高为'h ） ③棱锥的侧面积与底面积的射影公式：α
cos 底侧S S =
（侧面与底面成的二面角为α）
附：以知c ⊥l ，b a =?αcos ，α为二面角b l a --. 则l a S ?=
211①，b l S ?=21
2②，b a =?αcos ③ ?①②③得α
cos 底侧S S =. 注：S 为任意多边形的面积（可分别求多个三角形面积和的方法）.
b.棱锥具有的性质：①正棱锥各侧棱相等，各侧面都是全等的等腰三角形，各等腰三角形底边上的高相等（它叫做正棱锥的斜高）.
②正棱锥的高、斜高和斜高在底面内的射影组成一个直角三角形，正棱锥的高、侧棱、侧棱在底面内的射影也组成一个直角三角形.
c.特殊棱锥的顶点在底面的射影位置：
①棱锥的侧棱长均相等，则顶点在底面上的射影为底面多边形的外心.
②棱锥的侧棱与底面所成的角均相等，则顶点在底面上的射影为底面多边形的外心. ③棱锥的各侧面与底面所成角均相等，则顶点在底面上的射影为底面多边形内心. ④棱锥的顶点到底面各边距离相等，则顶点在底面上的射影为底面多边形内心. ⑤三棱锥有两组对棱垂直，则顶点在底面的射影为三角形垂心. ⑥三棱锥的三条侧棱两两垂直，则顶点在底面上的射影为三角形的垂心.
⑦每个四面体都有外接球，球心0是各条棱的中垂面的交点，此点到各顶点的距离等于球半径； ⑧每个四面体都有内切球，球心I 是四面体各个二面角的平分面的交点，到各面的距离等于半径.
[注]：i. 各个侧面都是等腰三角形，且底面是正方形的棱锥是正四棱锥.（×）（各个侧面的等腰三角形不知是否全等）
ii. 若一个三棱锥，两条相对棱互相垂直，则第三组相对棱必然垂直. 简证：AB ⊥CD ，AC ⊥BD ? BC ⊥AD. 令===,, 得-=??=-=-=,，已知()()
0,0=-?=-?c a b b c a
0=-?c b c a 则0=?AD BC .
iii. 空间四边形OABC 且四边长相等，则顺次连结各边的中点的四边形一定是矩形. iv. 若是四边长与对角线分别相等，则顺次连结各边的中点的四边是一定是正方形.
简证：取AC 中点'O ，则⊥?⊥'⊥'AC AC O B AC o o ,平面=∠?⊥?'FGH BO AC B O O 90°易知EFGH 为平行四边形
?EFGH 为长方形.若对角线等，则
EFGH FG EF ?=为正方形.
（3）. 球：
a.球的截面是一个圆面.
①球的表面积公式：24R S π=.②球的体积公式：33
4
R V π=.
b.纬度、经度：
①纬度：地球上一点P 的纬度是指经过P 点的球半径与赤道面所成的角的度数.
②经度：地球上B A ,两点的经度差，是指分别经过这两点的经线与地轴所确定的二个半平面的二面角的度数，特别地，当经过点A 的经线是本初子午线时，这个二面角的度数就是B 点的经度.
附：①圆柱体积：h r V 2π=（r 为半径，h 为高）
②圆锥体积：h r V 231
π=（r 为半径，h 为高）
③锥体体积：Sh V 3
1
=（S 为底面积，h 为高）
（1）. ①内切球：当四面体为正四面体时，设边长为a ，a h 36
=
，243a S =
底，24
3a S =侧，得
R a R a a a ??+?=?2224331433643a a a R 4
6342334/42=?==?. 注：球内切于四面体：h S R S 3
1
3R S 31V 底底侧ACD B ?=?+???=-。
②外接球：球外接于正四面体，可如图建立关系式. 6. 空间向量.
（1）. a.共线向量：共线向量亦称平行向量，指空间向量的有向线段所在直线互相平行或重合. 注：①若与共线，与共线，则与共线.（×） [当=时，不成立] ②向量,,共面即它们所在直线共面.（×） [可能异面]
③若a ∥b ，则存在小任一实数λ，使b a λ=.（×）[与0=b 不成立] ④若a 为非零向量，则0=.（√）[这里用到)0(≠b b λ之积仍为向量]
b.共线向量定理：对空间任意两个向量)0(≠a ，a ∥b 的充要条件是存在实数λ（具有唯一性），使b a λ=.
c.共面向量：若向量使之平行于平面α或在α内，则与α的关系是平行，记作∥α.
d.①共面向量定理：如果两个向量,不共线，则向量P 与向量,共面的充要条件是存在实数对x 、y 使
b y a x P +=.
②空间任一点．．．O ．和不共线三点．．．．．．A ．、．B ．、．C ．，则)1(=++++=z y x OC z OB y OA x OP 是PABC 四点共面的充要条件.
（简证：→+==++--=AC z AB y AP OC z OB y OA z y OP )1(P 、A 、B 、C 四点共面） 注：①②是证明四点共面的常用方法.
（2）. 空间向量基本定理：如果三个向量．．．．c b a ,,不共面．．．，那么对空间任一向量，存在一个唯一的有序实数组x 、y 、z ，使c z b y a x p ++=.
推论：设O 、A 、B 、C 是不共面的四点，则对空间任一点P , 都存在唯一的有序实数组x 、y 、z 使
OC z OB y OA x OP ++=(这里隐含x+y+z≠1).
注：设四面体ABCD 的三条棱，,,,===其 中Q 是△BCD 的重心，则向量)(3
1
++=用+=即证.
对空间任一点O 和不共线的三点A 、B 、C ，满足OP xOA yOB zOC =++u u u r u u u r u u u r u u u r
，
则四点P 、A 、B 、C 是共面?1x y z ++=
（3）.a.空间向量的坐标：空间直角坐标系的x 轴是横轴（对应为横坐标），y 轴是纵轴（对应为纵坐标），
z 轴是竖轴（对应为竖坐标）.
①令a =(a 1,a 2,a 3),),,(321b b b b =，则
),,(332211b a b a b a b a ±±±=+，))(,,(321R a a a a ∈=λλλλλ，332211b a b a b a b a ++=? ，
a ∥)(,,332211R
b a b a b a b ∈===?λλλλ3
3
2211b a b a b a =
=? 。 0332211=++?⊥b a b a b a 。
222321a a a ++==(
=??=
空间两个向量的夹角公式2
3
2221232221332211||||,cos b b b a a a b a b a b a b a b
a b a ++?++++=??>=<ρρρρρρ
（a ＝123(,,)a a a ，b ＝123(,,)b b b ）。
②空间两点的距离公式：212212212)()()(z z y y x x d -+-+-=.
b.法向量：若向量a 所在直线垂直于平面α，则称这个向量垂直于平面α，记作α⊥a ，如果α⊥a 那么向量a 叫做平面α的法向量.
c.向量的常用方法：
①利用法向量求点到面的距离定理：如图，设n 是平面α的法向量，AB 是平面α的一条射线，其中α∈A ，则点B 到平面α|
|n
②.异面直线间的距离
d = (12,l l 是两异面直线，其公垂向量为n r
，C D 、分别是12,l l 上任一点，d
为12,l l 间的距离).
③.直线AB 与平面所成角sin ||||
AB m arc AB m β?=u u u r u r
u u u r u r (m u
r 为平面α的法向量). ④.利用法向量求二面角的平面角定理：设21,n 分别是二面角βα--l 中平面βα,的法向量，则21,n 所成的角就是所求二面角的平面角或其补角大小（21,n 方向相同，则为补角，21,n 反方，则为其夹角）.
二面角l αβ--的平面角cos ||||m n arc m n θ?=u r r u r r 或cos ||||
m n
arc m n π?-u r r
u r r （m u r ，n r 为平面α，β的法向量）. d.证直线和平面平行定理：已知直线?a 平面α，α∈∈D C a B A ,,,，且C 、D 、E 三点不共线，则a ∥α的充要条件是存在有序实数对μλ,使CE CD AB μλ+=.（常设CE CD AB μλ+=求解μλ,若μλ,存在即证毕，若μλ,不存在，则直线AB 与平面相交）.
A B
７．知识网络
一、经典例题剖析
考点一空间向量及其运算
1. 已知,,
A B C三点不共线，对平面外任一点，满足条件
122
555
OP OA OB OC
=++
u u u r u u u r u u u r u u u r
，
试判断：点P与,,
A B C是否一定共面？
解析：要判断点P与,,
A B C是否一定共面，即是要判断是否存在有序实数对,x y使AP x AB y AC
=+
u u u r u u u r u u u r
或对空间任一点O，有OP OA x AB y AC
=++
u u u r u u u r u u u r u u u r
。
答案：由题意：522
OP OA OB OC
=++
u u u r u u u r u u u r u u u r
，
∴()2()2()
OP OA OB OP OC OP
-=-+-
u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r
，
∴22
AP PB PC
=+
u u u r u u u r u u u r
，即22
PA PB PC
=--
u u u r u u u r u u u r
，
所以，点P与,,
A B C共面．
点评：在用共面向量定理及其推论的充要条件进行向量共面判断的时候，首先要选择恰当的充要条件形式，然后对照形式将已知条件进行转化运算．
2. 如图，已知矩形ABCD和矩形ADEF所在平面互相垂直，点M，N分别在对角线BD，AE上，且
1
3
BM BD
=，
1
3
AN AE
=．求证：//
MN平面CDE．
解析：要证明//
MN平面CDE，只要证明向量NM
u u u u r
可以用平面CDE内的两个不共线的向量DE
u u u r
和DC
u u u r
线性表示．
答案:证明：如图，因为M在BD上，且
1
3
BM BD
=，所以
111
333
MB DB DA AB
==+
u u u r u u u r u u u r u u u r
．同理11
33
AN AD DE
=+
u u u r u u u r u u u r
，又CD BA AB
==-
u u u r u u u r u u u r
，所以MN MB BA AN
=++
u u u u r u u u r u u u r u u u r
1111
()()
3333
DA AB BA AD DE
=++++
u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r21
33
BA DE
=+
u u u r u u u r21
33
CD DE
=+
u u u r u u u r
．又CD
uuu r
与DE
u u u r
不共线，根据共面向量定理，可知MN
u u u u r
，CD
uuu r
，DE
u u u r
共面．由于MN不在平面CDE内，所以//
MN平面CDE．
点评：空间任意的两向量都是共面的．与空间的任两条直线不一定共面要区别开.
考点二证明空间线面平行与垂直
3. 如图, 在直三棱柱ABC－A1B1C1中，AC＝3，BC＝4，AA1＝4，点D是AB的中点，（I）求证：AC⊥BC1；（II）求证：AC 1答案:解法一：（I）直三棱柱ABC－A1B1C1，底面三边长AC=3，BC=4AB=5，
∴AC⊥BC，且BC1在平面ABC内的射影为BC，∴AC⊥BC1；
（II）设CB1与C1B的交点为E，连结DE，∵ D是AB的中点，E是BC1的中点，
转化
转化
∴ DE ??2
3
AC 1BC AC 1BC （2）设CB 1与C 1B 的交战为E ，则E （0,2，2）.∵DE ＝（－23，0,2），1AC ＝（－3,0，4），∴12
1
AC DE =，
∴DE ∥AC 1.
点评：2．平行问题的转化： 面面平行线面平行线线平行；
主要依据是有关的定义及判定定理和性质定理．
4. （2007武汉3月）如图所示，四棱锥P —ABCD 中，AB ⊥AD ，CD ⊥AD ，PA ⊥底面ABCD ，PA=AD=CD=2AB=2，M 为PC 的中点。
(1)求证：BM∥平面PAD ；
(2)在侧面PAD 内找一点N ，使MN ⊥平面PBD ； (3)求直线PC 与平面PBD 所成角的正弦。
解析：本小题考查直线与平面平行，直线与平面垂直， 二面角等基础知识，考查空间想象能力和推理论证能力.
答案：（1）ΘM 是PC 的中点，取PD 的中点E ，则
ME
CD 21，又AB CD 2
1
∴四边形ABME 为平行四边形 ∴BM ∥EA ，PAD BM 平面? PAD EA 平面?
∴BM ∥PAD 平面 （4分）
（2）以A 为原点，以AB 、AD 、AP 所在直线为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系，如图，则())0,0,1B ，()0,2,2C ，()0,2,0D ，()2,0,0P ，()1,1,1M ，()1,1,0E
在平面PAD 内设()z y N ,,0，()1,1,1---=→--z y MN ，()2,0,1-=→--PB ，()0,2,1-=→--DB 由→
--→--⊥PB MN
∴0221=+--=?→
--→--z PB MN ∴2
1=
z 由→
--→
--⊥DB MN ∴0221=+--=?→
--→
--y DB MN ∴2
1=
y ∴??
?
??21,21,0N ∴N 是AE 的中点，此时BD MN P 平面⊥
（8分）
（3）设直线PC 与平面PBD 所成的角为θ
()2,2,2-=→--PC ，??? ?
?
---=→--21,21,1MN ，设→--→--MN PC ,为α
3
2
2
6322cos -
=?
-=
?=
→
--→--→
--→--MN
PC MN
PC α 32cos sin =-=αθ
故直线PC 与平面PBD 所成角的正弦为
3
2
（12分）
A
B C
A
B
C
E x
y
z
解法二：
（1）ΘM 是PC 的中点，取PD 的中点E ，则
ME
CD 21，又AB CD 2
1
∴四边形ABME 为平行四边形 ∴BM ∥EA ，PAD BM 平面? PAD EA 平面?
∴BM ∥PAD 平面 （4分）
（2）由（1）知ABME 为平行四边形
ABCD PA 底面⊥∴AB PA ⊥，又AD AB ⊥
∴PAD AB 平面⊥ 同理PAD CD 平面⊥，PAD 平面?AE
∴AE AB ⊥ ∴AB ME 为矩形 CD ∥ME ，PD CD ⊥，又A E PD ⊥ ∴PD ⊥ME ∴ABME 平面⊥PD PBD PD 平面? ∴ABME PBD 平面平面⊥ 作EB ⊥MF 故PBD 平面⊥MF MF 交AE 于N ，在矩形ABME 内，1==ME AB ，2=AE
∴3
2=MF ，22
=NE N 为AE 的中点
∴当点N 为AE 的中点时，BD MN P 平面⊥ （8分）
（3）由（2）知MF 为点M 到平面PBD 的距离，MPF ∠为直线PC 与平面PBD 所成的角，设为θ，
3
2
sin ==MP MF θ
∴直线PC 与平面PBD 所成的角的正弦值为
3
2
点评：（1）证明线面平行只需证明直线与平面内一条直线平行即可；（2）求斜线与平面所成的角只需在斜线上找一点作已知平面的垂线，斜线和射影所成的角，即为所求角；（3）证明线面垂直只需证此直线与平面内两条相交直线垂直变可.这些从证法中都能十分明显地体现出来
考点三 求空间图形中的角与距离
根据定义找出或作出所求的角与距离，然后通过解三角形等方法求值，注意“作、证、算”的有机统一.解题时注意各种角的范围：异面直线所成角的范围是0°＜θ≤90°，其方法是平移法和补形法；直线与平面所成角的范围是0°≤θ≤90°，其解法是作垂线、找射影；二面角0°≤θ≤180°，其方法是：①定义法；②三垂线定理及其逆定理；③垂面法 另外也可借助空间向量求这三种角的大小. 5. （四川省成都市
2007届高中毕业班第三次诊断性检测）如图，四棱锥P ABCD -中，侧面PDC
是边长为2的正三角形，且与底面垂直，底面ABCD 是60ADC ∠=o
的菱形，M 为PB 的中点. (Ⅰ)求PA 与底面ABCD 所成角的大小； (Ⅱ)求证：PA ⊥平面CDM ；
(Ⅲ)求二面角D MC B --的余弦值.
解析：求线面角关键是作垂线，找射影，求异面直线所成的角采用平 移法 求二面角的大小也可应用面积射影法，比较好的方法是向量法 答案：(I)取DC 的中点O ，由ΔPDC 是正三角形，有PO ⊥DC ．
又∵平面PDC ⊥底面ABCD ，∴PO ⊥平面ABCD 于O ．
连结OA ，则OA 是PA 在底面上的射影．∴∠PAO 就是PA 与底面所成角．
∵∠ADC =60°，由已知ΔPCD 和ΔACD 是全等的正三角形，从而求得OA =OP
∴∠PAO =45°．∴PA 与底面ABCD 可成角的大小为45°． ……6分 (II)由底面ABCD 为菱形且∠ADC =60°，DC =2，DO =1，有OA ⊥DC ．
建立空间直角坐标系如图，则
0,0),(0,(0,1,0)A P D -, 2,0),(0,1,0)B C ．
由M 为PB 中点，∴M ．
∴
2,0,DM
PA ==u u u u r
u u u
r (0,2,0)DC =u u u r ．
∴200
PA DM
??=
u u u r u u u u r
，
0200(0
PA DC
?=?+?=
u u u r u u u r
．
∴PA⊥DM，PA⊥DC．∴PA⊥平面DMC．……4分
(III)0,1,0)
CM CB
==
u u u u r u u u r
．令平面BMC的法向量(,,)
n x y z
=
r，
则0
n CM
?=
u u u u r
r，从而x+z=0；……①,
n CB
?=
u u u r
r
y
+=．……②
由①、②，取x=?1
，则1
y z=．
∴可取(1,1)
n=-
r．
由(II)知平面CDM
的法向量可取0,
PA=
u u u r
，
∴cos,
||||
n PA
n PA
n PA
?
<>==
u u u r
r
u u u r
r
u u u r
r．
……6分
法二：（Ⅰ）方法同上
（Ⅱ）取AP的中点N，连接MN，由（Ⅰ）知，在菱形ABCD中，由于60
ADC
∠=o，
则AO CD
⊥，又PO CD
⊥，则CD APO
⊥平面，即CD PA
⊥，
又在PAB
?中，中位线//
MN
1
2
AB，
1
//
2
CO AB，则//
MN CO，
则四边形OCMN为Y，所以//
MC ON，在APO
?中，AO PO
=，
则ON AP
⊥，故AP MC
⊥而MC CD C
=
I，
则PA MCD
⊥平面
（Ⅲ）由（Ⅱ）知MC PAB
⊥平面，则NMB
∠为二面角D MC B
--的平面角，
在Rt PAB
?
中，易得PA
=PB===
cos
AB
PBA
PB
∠===，
cos cos()
NMB PBA
π
∠=-∠=
故，所求二面角的余弦值为
点评：本题主要考查异面直线所成的角、线面角及二面角的一般求法，综合性较强用平移法求异面直线所成的角，利用三垂线定理求作二面角的平面角，是常用的方法.
6. （2007河北省唐山市三模）如图，在长
方体
1111
ABCD A B C D
-中，
1
1,2,
AD AA AB
===
点E在线段AB上.
（Ⅰ）求异面直线
1
D E与
1
A D所成的角；
（Ⅱ）若二面角
1
D EC D
--的大小为45?，求
点B到平面
1
D EC的距离.
解析：本题涉及立体几何线面关系的有关知识, 本题实质上求角度和距离,在求此类问题中，要将这些量归结到三角形中,最好是直角三角形,这样有利于问题的解决，此外用向量也是一种比较好的方法.
答案：解法一：（Ⅰ）连结
1
AD。由已知，
11
AA D D是正方形，有
11
AD A D
⊥。
∵AB⊥平面
11
AA D D，∴
1
AD是
1
D E在平面
11
AA D D内的射影。
根据三垂线定理，
11
AD D E
⊥得，则异面直线
1
D E与
1
A D所成的角为90?。
作DF CE
⊥，垂足为F，连结
1
D F，则
1
CE D F
⊥
1
D
A B
C
D
E
1
A
1
B
1
C
所以1DFD ∠为二面角1D EC D --的平面角，145DFD ∠=?.
于是111,DF DD D F ===
易得Rt Rt BCE CDF ???，所以2CE CD ==，又1BC =，所以BE = 设点B 到平面1D EC 的距离为h . ∵1,B CED D BCE V V --=即111111
3232
CE D F h BE BC DD ???=
???，
∴11CE D F h BE BC DD ??=??，即=，∴h =
.
故点B 到平面1D EC 解法二：分别以1,,DA DB DD 为x 轴、y 轴、z 轴，建立空间直角坐标系.
（Ⅰ）由1(1,0,1)A ，得1(1
,0,1)DA =u u u u r
设(1,,0)E a ，又1(0,0,1)D ，则1(1,,1)D E a =-u u u u r
。 ∵111010DA D E ?=+-=u u u u r u u u u r ∴11DA D E ⊥u u u u r u u u u r
则异面直线1D E 与1A D 所成的角为90?。
（Ⅱ）(0,0,1)=m 为面DEC 的法向量，设(,,)x y z =n 为面1CED 的法向量，则
(,,)x y z =n
||
|cos ,|cos 45||||
2
?<>=
=
=?=
m n m n m n ∴2
2
2
z x y =+. ①
由(0,2,0)C ，得1(0,2,1)DC =-u u u u r ，则1D C ⊥u u u u r n ，即1
0DC ?=u u u u r
n ∴20y z -= ②
由①、②，可取2)=n
又(1,0,0)CB =u u u r
，所以点B 到平面1D EC 的距离
||
4CB d ?===
u u u r n |n |。 点评：立体几何的内容就是空间的判断、推理、证明、角度和距离、面积与体积的计算，这是立体几何的重点内容,本题实质上求角度和距离,在求此类问题中,尽量要将这些量归结于三角形中,最好是直角三角形,这样计算起来,比较简单,此外用向量也是一种比较好的方法,不过建系一定要恰当,这样坐标才比较容易写出来.
考点四 探索性问题
7. （2007年4月济南市）如图所示：边长为2的正方形ABFC 和高为2的直角梯形ADEF 所在的平面互
相垂直且DE=2，ED 假设存在，再去推理，下结论： 2.运用推理证明计算得出结论，或先利用条件特例得出结论，然后再根据条件给出证明或计算。
答案：（1）因为AC 、AD 、AB 两两垂直，建立如图坐标系， 则B （2，0，0），D （0，0，2）， E （1，1，2），F （2，2，0）， 则)0,2,0(),2,1,1(),0,0,2(=-== 设平面BEF 的法向量x z y x -=则),,,(
0,02==++y z y ，则可取)0,1,2(=，
∴向量)1,0,2(=n DB 和所成角的余弦为
10
10)2(21220222
222=
-++-+?。 即BD 和面BEF 所成的角的余弦
10
10。 （2）假设线段EF 上存在点P 使过P 、A 、C 三点的平面和直线DB 垂直，不妨设EP 与PF 的比值为m ，则P 点坐
标为),12
,121,121(
m
m m m m +++++ 则向量=),12,121,121(m m m m m +++++，向量=),12
,11,121(m
m m m ++-++
所以2
1,012)2(12101212==+-++++++m m m m m m 所以。
点评：本题考查了线线关系，线面关系及其相关计算，本题采用探索式、开放式设问方式，对学生灵活运用知
识解题提出了较高要求。
8. (2007安徽·文) 如图，在三棱锥V ABC -中，VC ABC ⊥底面，AC BC ⊥，D 是AB 的中点，且
AC BC a ==，π02VDC θθ?
?=<< ??
?∠．
（I ）求证：平面VAB ⊥平面VCD ；
（II ）试确定角θ的值，使得直线BC 与平面VAB 所成的角为π
6
．
解析：本例可利用综合法证明求解，也可用向量法求解.
答案:解法1：（Ⅰ）AC BC a ==∵，ACB ∴△是等腰三角形，又D 是AB 的中点， CD AB ⊥∴，又VC ⊥底面ABC ．VC AB ⊥∴．于是AB ⊥平面VCD ． 又AB ?平面VAB ，∴平面VAB ⊥平面VCD ．
（Ⅱ） 过点C 在平面VCD 内作CH VD ⊥于H ，则由（Ⅰ）知CD ⊥平面VAB ． 连接BH ，于是CBH ∠就是直线BC 与平面VAB 所成的角． 依题意π
6
CBH ∠=
，所以 在CHD Rt △中，2
sin 2
CH a θ=
； Ｖ
A Ｃ
Ｂ
在BHC Rt △中，πsin
62
a CH a ==，
sin 2
θ=
∴． π02
θ<<
∵，π4θ=∴．
故当π
4
θ=
时，直线BC 与平面VAB 所成的角为π6．
解法2：（Ⅰ）以CA CB CV ，，所在的直线分别为x 轴、y 轴、z 轴，建立如图所示的空间直角坐标系，则
(000)(00)(00)000tan 222a a C A a B a D V θ????
? ? ?????，，，，，，，，，，，，，，，
于是，tan 222a a VD a θ??=- ? ???
u u u r ，，，022a a CD ??= ???u u u r ，，，(0)AB a a =-u u u r ，，． 从而2211(0)0002222a a AB
CD a a a a ??
=-=-++= ???
u u u r u u u r ，，，，··，即AB CD ⊥．
同理22
11(0)tan
2222a a AB VD a a a a θ??=-=-++ ? ???
u u u r u u u r ，，，，··即AB VD ⊥．又CD VD D =I ，AB ⊥∴平面VCD ． 又AB ?平面VAB ．
∴平面VAB ⊥平面VCD ．
（Ⅱ）设平面VAB 的一个法向量为()x y z =，，n ，
则由00AB VD ==u u u r
，··n
n ． 得0tan 0222
ax ay a a x y az θ-+=???+-
=??，． 可取)θ=n ，又(00)BC a =-u u u r
，，， 于是πsin 6BC BC θ==
=u u u r u u u r n n ··， 即sin θ=π02
θ<<∵，π
4θ∴=． 故交π
4
θ=
时，直线BC 与平面VAB 所成的角为π6．
解法3：（Ⅰ）以点D 为原点，以DC DB ，所在的直线分别为x 轴、y 轴，建立如图所示的空间直角坐标系，
则(000)000000D A B C ?
????? ? ? ? ? ? ???????，
，，，，，，，，，，0tan V θ?? ? ???
，，
于是0tan DV θ??= ? ???u u u r ，
，00DC ??= ? ???u u u r ，，
，(00)AB =u u u r ，．
从而(00)AB DC =u u u r u u u r ，
·0002a ??-= ? ???
，，·，即AB DC ⊥．
同理(00)0tan 022AB DV a a θ??=-= ? ???
u u u r u u u r ，，，·，即AB DV ⊥． 又DC DV D =I ， AB ⊥∴平面VCD ． 又AB ?平面VAB ， ∴平面VAB ⊥平面VCD ． （Ⅱ）设平面VAB 的一个法向量为()x y z =，，n ，
则由00AB DV ==u u u r u u u r ，··n n
，得0tan 022θ=?-+=??，
． 可取(tan 01)n θ=，，
，又0BC ??= ? ???
u u u r ，，，
于是tan πsin 62BC BC θθ===u u u r u u u r n n ··， 即πππsin 0224
θθθ=
<<，，∵∴=． 故角π
4θ=时，
即直线BC 与平面VAB 所成角为π
6
．
点评：证明两平面垂直一般用面面垂直的判定定理,求线面角一是找线在平面上的射影在直角三角形中求解,但运用更多的是建空间直角坐标系,利用向量法求解
考点五 折叠、展开问题
9．（2006年辽宁高考）已知正方形ABCD E 、F 分别是AB 、CD 的中点,将ADE V 沿DE 折起,如图所示,记二面角A DE C --的大小为(0)θθπ<<
(I) 证明//BF 平面ADE ;
(II)若ACD V 为正三角形,试判断点A 在平面
BCDE 内的射影G 是否在直线EF 上,证明你的结论,
并求角θ的余弦值
分析:充分发挥空间想像能力，重点抓住不变的位置和数量关系，借助模型图形得出结论，并给出证明.
解: (I)证明:EF 分别为正方形ABCD 得边AB 、CD 的中点,
∴EB ∴∴,EF AED BF AED ??Q 平面而平面,∴//BF 平面ADE
A
(II)如右图,点A 在平面BCDE 内的射影G 在直线EF 上,过点A 作AG 垂直于平面BCDE,垂足为G,连结GC,GD
Q ?ACD 为正三角形,∴AC=AD. ∴CG=GD.
Q G 在CD 的垂直平分线上, ∴点A 在平面BCDE 内的射影G 在直线EF 上,
过G 作GH 垂直于ED 于H,连结AH,则AH DE ⊥,所以AHD ∠为二面角A-DE-C 的平面角 即G AH θ∠=. 设原正方体的边长为2a,连结AF,在折后图的?AEF 中
,AF=,EF=2AE=2a,即?AEF 为直角三角形,
AG EF AE AF ?=?.
AG ∴=
在Rt ?ADE 中, AH DE AE AD ?=
?AH ∴=.
GH ∴=
1
cos 4
GH AH θ=
= 点评：在平面图形翻折成空间图形的这类折叠问题中，一般来说，位于同一平面内的几何元素相对位置和数量关系不变：位于两个不同平面内的元素，位置和数量关系要发生变化，翻折问题常用的添辅助线的方法是作棱的垂线。关键要抓不变的量.
考点六 球体与多面体的组合问题
10．设棱锥M-ABCD 的底面是正方形，且MA ＝MD ，MA ⊥AB ，如果ΔAMD 的面积为1，试求能够放入这个棱锥的最大球的半径.
分析：关键是找出球心所在的三角形，求出内切圆半径. 解： ∵AB ⊥AD ，AB ⊥MA ， ∴AB ⊥平面MAD ， 由此，面MAD ⊥面AC.
记E 是AD 的中点，从而ME ⊥AD. ∴ME ⊥平面AC ，ME ⊥EF.
设球O 是与平面MAD 、平面AC 、平面MBC 都相切的球. 不妨设O ∈平面MEF ，于是O 是ΔMEF 的内心. 设球O 的半径为r ，则r ＝MF
EM EF S MEF
++△2
设AD ＝EF ＝a,∵S ΔAMD ＝1. ∴ME ＝
a 2.MF ＝22)2(a
a +, r ＝
22)2(22
a
a a a +++
≤
2
222
+＝2-1。
当且仅当a ＝
a
2
，即a ＝2时，等号成立. ∴当AD ＝ME ＝2时，满足条件的球最大半径为2-1.
点评：涉及球与棱柱、棱锥的切接问题时一般过球心及多面体中的特殊点或线作截面，把空间问题化归为平面问题，再利用平面几何知识寻找几何体中元素间的关系。注意多边形内切圆半径与面积和周长间的关系；多面体内切球半径与体积和表面积间的关系。
二、 方法总结 高考预测
（一）方法总结 1．位置关系：
（1）．两条异面直线相互垂直
证明方法：○1证明两条异面直线所成角为90o；○2证明两条异面直线的方向量相互垂直。 （2）．直线和平面相互平行
证明方法：○1证明直线和这个平面内的一条直线相互平行；○2证明这条直线的方向向量和这个平面内的一个向量相互平行；○3证明这条直线的方向向量和这个平面的法向量相互垂直。
（3）．直线和平面垂直
证明方法：○1证明直线和平面内两条相交直线都垂直，○2证明直线的方向量与这个平面内不共线的两个向量都垂直；○3证明直线的方向量与这个平面的法向量相互平行。
（4）．平面和平面相互垂直
证明方法：○1证明这两个平面所成二面角的平面角为90o；○2证明一个平面内的一条直线垂直于另外一个平面；○
3证明两个平面的法向量相互垂直。 2．求距离：
求距离的重点在点到平面的距离，直线到平面的距离和两个平面的距离可以转化成点到平面的距离，一个点到平面的距离也可以转化成另外一个点到这个平面的距离。
（1）．两条异面直线的距离
求法：利用公式d =
（其中A 、B 分别为两条异面直线上的一点，为这两条异面直线的法向量）
（2）．点到平面的距离
求法：○1“一找二证三求”，三步都必须要清楚地写出来。○2等体积法。○3向量法，利用公式d =
（其中A 为已知点，B 为这个平面内的任意一点，这个平面的法向量）
3．求角
（1）．两条异面直线所成的角
求法：○1先通过其中一条直线或者两条直线的平移，找出这两条异面直线所成的角，然后通过解三角形去求得；○
2通过两条异面直线的方向量所成的角来求得，但是注意到异面直线所成角得范围是]2
,0(π
，向量所成的角范围是
],0[π，如果求出的是钝角，要注意转化成相应的锐角。
（2）．直线和平面所成的角
求法：○1“一找二证三求”，三步都必须要清楚地写出来。○2向量法，先求直线的方向量于平面的法向量所成的角α，那么所要求的角为
απ
-2
或2
π
α-
。
（3）．平面与平面所成的角
求法：○1“一找二证三求”，找出这个二面角的平面角，然后再来证明我们找出来的这个角是我们要求的二面角的平面角，最后就通过解三角形来求。○
2通过射影面积来求原
射影S cos S =
α（在其中一个平面内找出一个三角形，
然后找这个三角形在另外一个平面的射影，那么这个三角形的射影面积与原三角形面积之比即为cos α，注意到我们要求的角为α或π－α）；○3向量法，先求两个平面的法向量所成的角为α，那么这两个平面所成的二面角的平面角为α或π－α。
我们现在来解决立体几何的有关问题的时候，注意到向量知识的应用，如果可以比较容易建立坐标系，找出各点的坐标，那么剩下的问题基本上就可以解决了，如果建立坐标系不好做的话，有时求距离、角的时候也可以用向量，运用向量不是很方便的时候，就用传统的方法了！
4．解题注意点
（1）．我们现在提倡用向量来解决立体几何的有关问题，但是当运用向量不是很方便的时候，传统的解法我们也要能够运用自如。
（2）．我们如果是通过解三角形去求角、距离的时候，做到“一找二证三求”，解题的过程中一定要出现这样一句话，“∠α是我们所要求的角”、“线段AB 的长度就是我们所要求的距离”等等。让人看起来一目了然。
（3）．用向量来求两条异面直线所成角时，若求出cos α＝x ，则这两条异面直线所成的角为α＝arccos|x| （4）．在求直线与平面所成的角的时候，法向量与直线方向量所成的角或者法向量与直线的方向量所成角的补交与我们所要求的角互余，所以要
απ
-2
或2
π
α-
，若求出的角为锐角，就用
απ
-2
，若求出的钝角，就用2
π
α-
。
（5）．求二面角时，若用第○2、○3种方法，先要去判断这个二面角的平面角是钝角还是锐角，然后再根据我们所作出的判断去取舍。
（二）2008年高考预测
从近几年各地高考试题分析，立体几何题型一般是一个解答题，1至3个填空或选择题．解答题一般与棱柱和棱锥相关，主要考查线线关系、线面关系和面面关系，其重点是考查空间想象能力和推理运算能力，其解题方法一般都有二种以上，并且一般都能用空间向量来求解． 高考试题中，立体几何侧重考查学生的空间概念、逻辑思维
能力、空间想象能力及运算能力. 近几年凡涉及空间向量应用于立体几何的高考试题，都着重考查应用空间向量求异面直线所成的角、二面角，证明线线平行、线面平行和证明异面直线垂直和线面垂直等基本问题。
高考对立体几何的考查侧重以下几个方面：
1．从命题形式来看，涉及立体几何内容的命题形式最为多变. 除保留传统的“四选一”的选择题型外，还尝试开发了“多选填空”、“完型填空”、“构造填空”等题型，并且这种命题形式正在不断完善和翻新；
解答题则设计成几个小问题，此类考题往往以多面体为依托，第一小问考查线线、线面、面面的位置关系，后面几问考查空间角、空间距离、面积、体积等度量关系，其解题思路也都是“作——证——求”，强调作图、证明和计算相结合。
２．从内容上来看，主要是：①考查直线和平面的各种位置关系的判定和性质，这类试题一般难度不大，多为选择题和填空题；②计算角的问题，试题中常见的是异面直线所成的角，直线与平面所成的角，平面与平面所成的二面角，这类试题有一定的难度和需要一定的解题技巧，通常要把它们转化为相交直线所成的角；
③求距离，试题中常见的是点与点之间的距离，点到直线的距离，点到平面的距离，直线与直线的距离，直
线到平面的距离，要特别注意解决此类问题的转化方法；④简单的几何体的侧面积和表面积问题，解此类问题除特殊几何体的现成的公式外，还可将侧面展开，转化为求平面图形的面积问题；⑤体积问题，要注意解题技巧，如等积变换、割补思想的应用。
３．从方法上来看，着重考查公理化方法，如解答题注重理论推导和计算相集合；考查转化的思想方法，如经常要把立体几何问题转化为平面几何问题来解决；考查模型化方法和整体考虑问题、处理问题的方法，如有时把形体纳入不同的几何背景之中，从而宏观上把握形体，巧妙地把问题解决；考查割补法、等积变换法，以及变化运动的思想方法，极限方法等。
４．从能力上来看，着重考查空间想象能力，即空间形体的观察分析和抽象的能力，要求是“四会”：
①会画图——根据题设条件画出适合题意的图形或画出自己想作的辅助线(面)，作出的图形要直观、虚实分
明；②会识图——根据题目给出的图形，想象出立体的形状和有关线面的位置关系；③会析图——对图形进行必要的分解、组合；④会用图——对图形或其某部分进行平移、翻折、旋转、展开或实行割补术；考查逻辑思维能力、运算能力和探索能力。
三、强化训练
（一）选择题
1．定点P不在△ABC所在平面内，过P作平面α，使△ABC的三个顶点到α的距离相等，这样的平面共有
（）
（Ａ）１个（Ｂ）２个（Ｃ）３个（Ｄ）４个
2．P为矩形ABCD所在平面外一点，且PA⊥平面ABCD，P到B，C，D三点的距离分别是5，17，13，则P到A 点的距离是（）
（Ａ）１（Ｂ）２（Ｃ）3（Ｄ）４
3．直角三角形ABC的斜边AB在平面α内，直角顶点C在平面α外，C在平面α内的射影为C1，且C1 AB，则△C1AB 为（）
（Ａ）锐角三角形（Ｂ）直角三角形（Ｃ）钝角三角形（Ｄ）以上都不对4．已知四点，无三点共线，则可以确定( )
个平面个平面个或4个平面 D.无法确定
5．已知球的两个平行截面的面积分别为5π和8π，它们位于球心的同一侧且相距是1，那么这个球的半径是( )
6．球面上有3个点，其中任意两点的球面距离都等于大圆周长的6
1
，经过3个点的小圆的周长为4π，那么这个球的半径为( )
3 3 D. 3
7．棱长为1的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1被以A 为球心，AB 为半径的球相截，则被截形体的表面积为（ ） A ．
45π B．87π C．π D．4
7π 8．某刺猬有2006根刺，当它蜷缩成球时滚到平面上，任意相邻的三根刺都可支撑住身体，且任意四根刺的刺尖不共面，问该刺猬蜷缩成球时，共有（ ）种不同的支撑身体的方式。 A ．2006 B ．4008 C ．4012 D ．2008
9．命题①空间直线a ，b ，c ，若a∥b，b∥c 则a∥c ②非零向量c 、b 、
a ，若a ∥
b ，b ∥
c 则a ∥c ③平面α、β、γ若α⊥β，β⊥γ，则α∥γ ④空间直线a 、b 、c 若有a⊥b，b⊥c，则a∥c ⑤直线a 、b 与平面β，若a⊥β，c⊥β，则a∥c 其中所有真命题的序号是（ ） A ．①②③ B．①③⑤ C．①②⑤ D．②③⑤
10．在正三棱锥中，相邻两侧面所成二面角的取值范围是（ ）
A 、3
π
π（，） B 、
23ππ（，） C 、（0，2π） D 、23ππ
（，）3
11．一正四棱锥的高为22，侧棱与底面所成的角为45°，则这一正四棱锥的斜高等于（ ）
A ．26
B ．23
C ．43
D ．22
12．以正方体的任意三个顶点为顶点作三角形，从中随机地取出两个三角形，则这两个三角形不共面的概率为 （ ）
A ．
367385 B ． 376385 C ．192385 D ．18
385
1—12解答
1．【答案】D 解析： 过P 作一个与AB ，AC 都平行的平面，则它符合要求；设边AB ，BC ，CA 的中点分别为E ，F ，G ，则平面PEF 符合要求；同理平面PFG ，平面PGE 符合要求
2．【答案】A 解析：设AB ＝a ，BC ＝b ，PA ＝h ，则a 2+h 2=5, b 2+h 2=13, a 2+b 2+h 2
=17,∴h=1．
3．【答案】C 解析：∵C 1A 2+C 1B 2 ＝AB, ∴∠AC 1B 为钝角，则△C 1AB 为钝角三角形． 4．【答案】C.解析： 因为无三点共线，所以任意三个点都可以确定平面α，若第四个点也在α内，四个点确定一个平面，当第四个点在α外，由公理3知可确定4个平面.故选C. 5．【答案】B 解析： 如图，设球的半径是r ，则πBD 2＝5π，πAC 2 ＝8π， ∴BD 2＝5，AC 2 ＝8.又AB ＝1，设OA ＝x. ∴x 2+8＝r 2,(x+1)2+5＝r 2. 解之，得r ＝3 故选B. 6．【答案】B 解析： 设球半径为R ，小圆半径为r ，则2πr ＝4π,∴r ＝2.如图，设三点A 、B 、C ，O 为球心，∠AOB 立体几何新题型的解题技巧 立体几何新题型的解题技巧 【命题趋向】 在高考中立体几何命题有如下特点： 1.线面位置关系突出平行和垂直，将侧重于垂直关系． 2.多面体中线面关系论证，空间“角”与“距离”的计算常在解答题中综合出现． 3.多面体及简单多面体的概念、性质多在选择题，填空题出现． 4.有关三棱柱、四棱柱、三棱锥的问题，特别是与球有关的问题将是高考命题的热点． 此类题目分值一般在17---22分之间，题型一般为1个选择题，1个填空题，1个解答题. 【考点透视】 (A)版.掌握两条直线所成的角和距离的概念，对于异面直线的距离，只要求会计算已给出公垂线时的距离.掌握斜线在平面上的射影、直线和平面所成的角、直线和平面的距离的概念.掌握二面角、二面角的平面角、两个平行平面间的距离的概念. (B)版. ①理解空间向量的概念，掌握空间向量的加法、减法和数乘. ②了解空间向量的基本定理，理解空间向量坐标的概念，掌握空间向量的坐标运算. ③掌握空间向量的数量积的定义及其性质，掌握用直角坐标计算空间向量数量积公式. ④理解直线的方向向量、平面的法向量，向量在平面内的射影等概念. ⑤了解多面体、凸多面体、正多面体、棱柱、棱锥、球的概念. ⑥掌握棱柱、棱锥、球的性质，掌握球的表面积、体积公式. ⑦会画直棱柱、正棱锥的直观图. 空间距离和角是高考考查的重点：特别是以两点间距离，点到平面的距离，两异面直线的距离，直线与平面的距离以及两异面直线所成的角，直线与平面所成的角，二面角等作为命题的重点内容，高考试题中常将上述内容综合在一起放在解答题中进行考查，分为多个小问题，也可能作为客观题进行单独考查.考查空间距离和角的试题一般作为整套试卷的中档题，但也可能在最后一问中设置有难度的问题. 不论是求空间距离还是空间角，都要按照“一作，二证，三算”的步骤来完成，即寓证明于运算之中，正是本专题的一大特色. 求解空间距离和角的方法有两种：一是利用传统的几何方法，二是利用空间向量。 高中立体几何典型500题及解析(二)(51~100题) 51. 已知空间四边形ABCD 中，AB=BC=CD=DA=DB=AC,M 、N 分别为BC 、AD 的中点。 求：AM 及CN 所成的角的余弦值； 解析：(1)连接DM,过N 作NE∥AM 交DM 于E ，则∠CNE 为AM 及CN 所成的角。 ∵N 为AD 的中点, NE∥AM 省 ∴NE=2 1AM 且E 为MD 的中点。 设正四面体的棱长为1， 则NC=21·23= 4 3且ME=2 1MD= 4 3 在Rt△MEC 中，CE 2=ME 2+CM 2= 163+41=16 7 ∴cos ∠CNE= 324 3 432167)43()43( 2222 22-=??-+=??-+NE CN CE NE CN , 又∵∠CNE ∈(0, 2 π) ∴异面直线AM 及CN 所成角的余弦值为3 2. 注：1、本题的平移点是N ，按定义作出了异面直线中一条的平行线，然后先在△CEN 外计算CE 、CN 、EN 长，再回到△CEN 中求角。 2、作出的角可能是异面直线所成的角，也可能是它的邻补角，在直观图中无法判定，只有通过解三角形后，根据这个角的余弦的正、负值来判定这个角是锐角（也就是异面直线所成的角）或钝角（异面直线所成的角的邻补角）。最后作答时，这个角的余弦值必须为正。 52. .如图所示，在空间四边形ABCD 中，点E 、F 分别是BC 、AD 上的点，已知AB=4，CD=20，EF=7， 3 1 ==EC BE FD AF 。求异面直线AB 及CD 所成的角。 解析：在BD 上取一点G ，使得3 1 =GD BG ，连结EG 、FG 在ΔBCD 中，GD BG EC BE = ，故EG//CD ，并且4 1==BC BE CD EG ， 所以，EG=5；类似地，可证FG//AB ，且 4 3 ==AD DF AB FG ， 故FG=3，在ΔEFG 中，利用余弦定理可得 cos ∠ FGE= 2 1 5327532222222- =??-+=??-+GF EG EF GF EG ，故∠FGE=120°。 另一方面，由前所得EG//CD ，FG//AB ，所以EG 及FG 所成的锐角等于AB 及CD 所成的角，于是AB 及CD 所成的角等于60°。 53. 在长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AA 1=c ，AB=a ，AD=b ，且a ＞b ．求AC 1及BD 所成的角的余弦． A B C D E F G E D 1 C 1 B 1 A 1 A B D C O 第六讲 立体几何新题型的解题技巧 考点1 点到平面的距离 例1（2007年福建卷理）如图，正三棱柱111ABC A B C -的所有棱长都为2，D 为1CC 中点． （Ⅰ）求证：1AB ⊥平面1A BD ； （Ⅱ）求二面角1A A D B --的大小； （Ⅲ）求点C 到平面1A BD 的距离． 例2.( 2006年湖南卷)如图,已知两个正四棱锥P -ABCD 与Q -ABCD 的高分别为1和2,AB =4. (Ⅰ)证明PQ ⊥平面ABCD ； (Ⅱ)求异面直线AQ 与PB 所成的角； (Ⅲ)求点P 到平面QAD 的距离. 考点2 异面直线的距离 例3已知三棱锥ABC S -，底面是边长为24的正三角形，棱SC 的长为2，且垂直于底面.D E 、分别为AB BC 、的中点，求CD 与SE 间的距离. 考点3 直线到平面的距离 例4．如图，在棱长为2的正方体1AC 中，G 是1AA 的中点，求BD 到平面11D GB 的距离. 考点4 异面直线所成的角 例5（2007年北京卷文） 如图，在Rt AOB △中，π6OAB ∠=，斜边4AB =．Rt AOC △可以通过Rt AOB △以直线AO 为轴旋转得到，且二面角B AO C --的直二面角．D 是AB 的中点． （I ）求证：平面COD ⊥平面AOB ； （II ）求异面直线AO 与CD 所成角的大小． 例6．（2006年广东卷）如图所示，AF 、DE 分别是⊙O 、⊙O 1的直径.AD 与两圆所在的平面均垂直，AD ＝8,BC 是⊙O 的直径，AB ＝AC ＝6，OE //AD . (Ⅰ)求二面角B —AD —F 的大小； (Ⅱ)求直线BD 与EF 所成的角. 考点5 直线和平面所成的角 例7.（2007年全国卷Ⅰ理） B A C D O G H 1 A 1 C 1D 1 B 1O Q B C P A D O M A B C D 1 A 1 C 1 B O C A D B E 高中空间立体几何典型 例题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 1 如图所示，正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，侧面对角线AB 1，BC 1上分别有两点E ，F ，且B 1E=C 1F. 求证：EF ∥平面ABCD. 证明 方法一 分别过E ，F 作EM ⊥AB 于M ，FN ⊥BC 于N ，连接MN. ∵BB 1⊥平面ABCD ， ∴BB 1⊥AB ，BB 1⊥BC ， ∴EM ∥BB 1，FN ∥BB 1， ∴EM ∥FN. 又∵B 1E=C 1F ，∴EM=FN ， 故四边形MNFE 是平行四边形，∴EF ∥MN. 又MN ?平面ABCD ，EF ?平面ABCD ， 所以EF ∥平面ABCD. 方法二 过E 作EG ∥AB 交BB 1于G ， 连接GF ，则B B G B A B E B 1111=， ∵B 1E=C 1F ，B 1A=C 1B ， ∴B B G B B C E C 1111=，∴FG ∥B 1C 1∥BC ， 又EG ∩FG =G ，AB ∩BC =B ， ∴平面EFG ∥平面ABCD ，而EF ?平面EFG ， ∴EF ∥平面ABCD . 2 已知P 为△ABC 所在平面外一点，G 1、G 2、G 3分别是△PAB 、△PCB 、△PAC 的重心. （1）求证：平面G 1G 2G 3∥平面ABC ； （2）求S △3 21G G G ∶S △ABC . （1）证明 如图所示，连接PG 1、PG 2、PG 3并延长分别与边AB 、BC 、AC 交于点D 、E 、F ， 连接DE 、EF 、FD ，则有PG 1∶PD =2∶3， PG 2∶PE =2∶3，∴G 1G 2∥DE . 又G 1G 2不在平面ABC 内， ∴G 1G 2∥平面ABC .同理G 2G 3∥平面ABC . 又因为G 1G 2∩G 2G 3=G 2， ∴平面G 1G 2G 3∥平面ABC . （2）解 由（1）知PE PG PD PG 21 =32，∴G 1G 2=32DE . 又DE =21AC ，∴G 1G 2=31 AC . 同理G 2G 3=31AB ，G 1G 3=3 1BC . ∴△G 1G 2G 3∽△CAB ，其相似比为1∶3， ∴S △3 21G G G ∶S △ABC =1∶9. 3如图所示，已知S 是正三角形ABC 所在平面外的一点，且SA =SB =SC ，SG 为△SAB 上的高， D 、 E 、 F 分别是AC 、BC 、SC 的中点，试判断S G 与平面DEF 的位置关系，并给予证明. 解 SG ∥平面DEF ，证明如下： 方法一 连接CG 交DE 于点H ， 如图所示. 立体几何题型分类解答 第一节空间简单几何体的结构与三视图、直观图 及其表面积和体积 一、选择题 1．(2009年绵阳月考)下列三视图所对应的直观图是( ) 2．(2010年惠州调研)下列几何体(如下列图)各自的三视图中，有且仅有两个视图相同的是( ) A．①②B．①③C．①④D．②④ 3．如下图所示，甲、乙、丙是三个立体图形的三视图，甲、乙、丙对应的标号正确的是( ) ①长方体②圆锥③三棱锥④圆柱 A．④③② B．②①③ C．①②③ D．③②④ 4．(2009年常德模拟)用单位立方块搭一个几何体，使它的主视图和俯视图如下图所示，则它的体积的最小值与最大值分别为( ) A．9与13 B．7与10 C．10与16 D．10与15 5．(2009年山东卷)一空间几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为( ) A ．2π＋2 3 B ．4π＋2 3 C ．2π＋233 D ．4π＋23 3 二、填空题 6．在下列图的几何体中，有________个是柱体． 7．(2009年全国卷)直三棱柱ABC －A 1B 1C 1的各顶点都在同一球面上，若AB ＝AC ＝AA 1＝2，∠BAC＝120°，则此球的表面积等于__________． 8．一个长方体共顶点的三个面的面积分别为2、3、6，这个长方体对角线的长是________． 三、解答题 9.如右图所示，在正三棱柱ABC —A 1B 1C 1中，AB ＝3，AA 1＝4，M 为AA 1的中点，P 是BC 上一点，且由P 沿棱柱侧面经过棱CC 1到M 的最短路线长为29，设这条最短路线与CC 1的交点为N.求： (1)该三棱柱的侧面展开图的对角线长； (2)PC 和NC 的长． 10.一几何体的表面展开图如右图，则这个几何体是哪一种几何体？选择适当的角度，画出它水平放置时的直观图与三视图．并计算该几何体的体积． 参考答案 1．C 2．解析：正方体的三视图都相同，而三棱台的三视图各不相同，正确答案为D. 1.判定两个平面平行的方法： （1）根据定义——证明两平面没有公共点； （2）判定定理——证明一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面； （3）证明两平面同垂直于一条直线。 2.两个平面平行的主要性质： ⑴由定义知：“两平行平面没有公共点”。 ⑵由定义推得：“两个平面平行，其中一个平面内的直线必平行于另一个平面。 ⑶两个平面平行的性质定理：“如果两个平行平面同时和第三个平面相交，那么它们的交线平行”。 ⑷一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面，它也垂直于另一个平面。 ⑸夹在两个平行平面间的平行线段相等。 ⑹经过平面外一点只有一个平面和已知平面平行。 3.空间的角和距离是空间图形中最基本的数量关系，空间的角主要研究射影以及与射影有关的定理、空间两直线所成的角、直线和平面所成的角、以及二面角和二面角的平面角等．解这类问题的基本思路是把空间问题转化为平面问题去解决． 空间的角，是对由点、直线、平面所组成的空间图形中各种元素间的位置关系进行定量 分析的一个重要概念，由它们的定义，可得其取值范围，如两异面直线所成的角θ∈(0，2 π ]， 直线与平面所成的角θ∈0,2π?? ????，二面角的大小，可用它们的平面角来度量，其平面角θ∈[0， π ]． 对于空间角的计算，总是通过一定的手段将其转化为一个平面内的角，并把它置于一个平面图形，而且是一个三角形的内角来解决，而这种转化就是利用直线与平面的平行与垂直来实现的， 如求异面直线所成的角常用平移法（转化为相交直线）与向量法；求直线与平面所成的角常利用射影转化为相交直线所成的角；而求二面角－l －的平面角（记作）通常有以 下几种方法： (1) 根据定义； (2) 过棱l 上任一点O 作棱l 的垂面 ，设 ∩ ＝OA ， ∩ ＝OB ，则∠AOB ＝ ； (3) 利用三垂线定理或逆定理，过一个半平面内一点A ，分别作另一个平面的垂线 AB (垂足为B ),或棱l 的垂线AC (垂足为C )，连结AC ，则∠ACB ＝ 或∠ACB ＝－； (4) 设A 为平面外任一点，AB ⊥ ，垂足为B ，AC ⊥ ，垂足为C ，则∠BAC ＝ 或 ∠BAC ＝－； (5) 利用面积射影定理，设平面 内的平面图形F 的面积为S ，F 在平面 内的射影图形 立体几何坐标解法典型例题 1、如图，正三棱柱111ABC A B C -的所有棱长都为2，D 为1CC 中点． （Ⅰ）求证：1AB ⊥平面1A BD ； （Ⅱ）求二面角1A A D B --的大小； （Ⅲ）求点C 到平面1A BD 的距离． 2、如图，在Rt AOB △中， π6 OAB ∠=，斜边4AB =．Rt AOC △可以通过Rt AOB △以直线AO 为轴旋转得到，且二面角B AO C --的直二面角．D 是AB 的中点． （1）求证：平面COD ⊥平面AOB ； （2）求异面直线AO 与CD 所成角的大小． A B C D 3．(2010·上海松江区模拟)设在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB ＝AC ＝AA 1＝2，∠BAC ＝90°，E ，F 依次为C 1C ，BC 的中点． (1)求异面直线A 1B 、EF 所成角θ的正弦值； (2)求点B 1到平面AEF 的距离． 4.四棱锥S ABCD -中，底面ABCD 为平行四边形，侧面SBC ⊥底面ABCD ．已知45ABC =o ∠， 2AB = ，BC = SA SB == （Ⅰ）证明SA BC ⊥； （Ⅱ）求直线SD 与平面SAB 所成角的大小． D B C A S 5．如图，点P 是单位正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中异于A 的一个顶点，则AP →·AB → 的值为( ) A ．0 B ．1 C ．0或1 D ．任意实数 5．在棱长为1的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，M 、N 分别为A 1B 1和BB 1的中点，那么直线AM 与CN 所成角的余弦值等于( ) A.32 B.1010 C.35 D.25 <二>选择题辨析 [注]： ①两条异面直线在同一平面内射影一定是相交的两条直线.（×） ②直线在平面外，指的位置关系：平行或相交 ③若直线a 、b 异面，a 平行于平面，b 与的关系是相交、平行、在平面内. ④两条平行线在同一平面内的射影图形是一条直线或两条平行线或两点. ⑤在平面内射影是直线的图形一定是直线.（×） ⑥在同一平面内的射影长相等，则斜线长相等.（×） ⑦是夹在两平行平面间的线段，若，则的位置关系为相交或平行或异面. [注]： ①直线与平面内一条直线平行，则∥. （×） ②直线与平面内一条直线相交，则与平面相交. （×） ③若直线与平面平行，则内必存在无数条直线与平行. （√） ④两条平行线中一条平行于一个平面，那么另一条也平行于这个平面. （×） ⑤平行于同一直线的两个平面平行.（×） ⑥平行于同一个平面的两直线平行.（×） ⑦直线与平面、所成角相等，则∥.（×） [注]： ①垂直于同一平面．．．．的两个平面平行.（×） ②垂直于同一直线的两个平面平行.（√） ③垂直于同一平面的两条直线平行.（√） αααb a ,b a =b a ,a αa αa αa αa ααa l αβαβ 立体几何题型归类总结(总8 页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除 立体几何专题复习 1．棱柱——有两个面互相平行，其余各面都是四边形，并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行，由这些面所围成的几何体叫做棱柱。 ① ???????? →???????→?? ??? 底面是正多形 棱垂直于底面斜棱柱棱柱正棱柱直棱柱其他棱柱 底面为正方形 2. 棱锥 棱锥——有一个面是多边形，其余各面是有一个公共顶点的三角形，由这些面所围成的几何体叫做棱锥。 ★正棱锥——如果有一个棱锥的底面是正多边形，并且顶点在底面的射影是底面的中心，这样的棱锥叫做正棱锥。 3．球 球的性质： ①球心与截面圆心的连线垂直于截面； ★② r =d 、 球的半径为R 、截面的半径为r ） ★球与多面体的组合体：球与正四面体，球与长方体，球与正方体等的内接与外切. 注：球的有关问题转化为圆的问题解决. 球面积、体积公式：2 3 44,3 S R V R ππ== 球球（其中R 为球的半径） 俯视图 二、【典型例题】 考点一：三视图 1．一空间几何体的三视图如图1所示,则该几何体的体积为_________________. 第1题 2.若某空间几何体的三视图如图2所示，则该几何体的体积是________________. 第2题 第3题 3．一个几何体的三视图如图3所示，则这个几何体的体积为 . 4．若某几何体的三视图（单位：cm ）如图4所示，则此几何体的体积是 . 第4题 第5题 2 2 侧(左)视图 2 2 2 正(主)视 3 俯视图 1 1 2 a 高考中常见的立体几何题型和解题方法 黔江中学高三数学教师：付 超 高考立体几何试题一般共有2——3道(选择、填空题1——2道, 解答题1道), 共计总分18——23分左右,考查的知识点在20个以内. 选择填空题考核立几中的 逻辑推理型问题, 而解答题着重考查立几中的计算型问题, 当然, 二者均应以正 确的空间想象为前提. 随着新的课程改革的进一步实施,立体几何考题正朝着“多 一点思考,少一点计算”的方向发展.从历年的考题变化看, 以简单几何体为载体 的线面位置关系的论证,角与距离的探求是常考常新的热门话题. 一、知识整合 1．有关平行与垂直(线线、线面及面面)的问题，是在解决立体几何问题的过 程中，大量的、反复遇到的，而且是以各种各样的问题(包括论证、计算角、与 距离等)中不可缺少的内容，因此在主体几何的总复习中，首先应从解决“平行 与垂直”的有关问题着手，通过较为基本问题，熟悉公理、定理的内容和功能， 通过对问题的分析与概括，掌握立体几何中解决问题的规律——充分利用线线平 行(垂直)、线面平行(垂直)、面面平行(垂直)相互转化的思想，以提高逻辑思维能 力和空间想象能力． 2． 判定两个平面平行的方法： （1）根据定义——证明两平面没有公共点； （2）判定定理——证明一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面； （3）证明两平面同垂直于一条直线。 3．两个平面平行的主要性质： ⑴由定义知：“两平行平面没有公共点”。 ⑵由定义推得：“两个平面平行，其中一个平面内的直线必平行于另一个平 面。 ⑶两个平面平行的性质定理：“如果两个平行平面同时和第三个平面相交， 那 么它们的交线平行”。 ⑷一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面，它也垂直于另一个平面。 ⑸夹在两个平行平面间的平行线段相等。 ⑹经过平面外一点只有一个平面和已知平面平行。 以上性质⑵、⑷、⑸、⑹在课文中虽未直接列为“性质定理”，但在解题过 程中均可直接作为性质定理引用。 4．空间角和距离是空间图形中最基本的数量关系，空间角主要研究射影以 及与射影有关的定理、空间两直线所成的角、直线和平面所成的角、以及二面角 和二面角的平面角等．解这类问题的基本思路是把空间问题转化为平面问题去解 决． 空间角，是对由点、直线、平面所组成的空间图形中各种元素间的位置关系 进行定量分析的一个重要概念，由它们的定义，可得其取值范围，如两异面直线 所成的角θ∈(0，2π]，直线与平面所成的角θ∈0,2π?????? ，二面角的大小，可用它们的平面角来度量，其平面角θ∈[0，π]．对于空间角的计算，总是通过一定 的手段将其转化为一个平面内的角，并把 它置于一个平面图形，而且是一个三 立体几何几种常见题型 一、求体积，距离型 1．（2013年高考陕西卷（文））如图, 四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1的底面ABCD 是正方形, O 为底面 中心, A 1O ⊥平面ABCD , 1AB AA == 1 A (Ⅰ) 证明: A 1BD // 平面CD 1B 1; (Ⅱ) 求三棱柱ABD -A 1B 1D 1的体积. 1 2．（2013 年高考福建卷（文）如图,在四棱锥 P ABCD -中,PD ABCD ⊥面,//AB DC ,AB AD ⊥,5BC =,3DC =,4AD =, 60PAD ∠=. (1)当正视图方向与向量AD 的方向相同时,画出四棱锥P ABCD -的正视图.(要求标出尺寸,并画出演算过程); (2)若M 为PA 的中点,求证 ://DM PBC 面; (3)求三棱锥 D PBC -的体积. D PBC V -= 3．（2013年高考湖南（文））如图2.在直菱柱ABC-A 1B 1C 1中,∠B AC=90°,AB=AC=错误！未找 到引用源。,AA 1=3,D 是BC 的中点,点E 在菱BB 1上运动. (I) 证明:AD⊥C 1E; (II) 当异面直线AC,C 1E 所成的角为60°时,求三菱子C 1-A 2B 1E 的体积. 3 2 4．（2013 年高考课标Ⅰ卷（文））如图,三棱柱 111 ABC A B C -中,CA CB =,1AB AA =,160BAA ∠=. (Ⅰ)证明:1 AB AC ⊥; (Ⅱ)若2AB CB == ,1AC =求三棱柱111ABC A B C -的体积.3 C 1 B 1 A A 1 B C 立体几何及解题技巧以及空间距离专题复习 知识点整理 (一)平行与垂直的判断 ⑴平行：设，的法向量分别为U,V ，贝U 直线l,m 的方向向量分 别为a,b ，平面 线线平行i // m a 〃 b a 诂；线面平行i // a u a u 0 ； 面面平行// u // v u J. ⑵ 垂直：设直线l ，m 的方向向量分别为a,b ，平面，的法向量 分别为u,v ，则 线线垂直I 丄m a 丄b ab 0 ；线面垂直I 丄 a // u a ku 「； 面面垂直丄 u 丄v u v 0. (二)夹角与距离的计算 注意：以下公式可以可以在非正交 基底下用，也可以在正交基底下用坐标运算 (1)夹角：设直线l ，m 的方向向量分别为，平面，的法向量 分别为u ，v ，则 ①两直线I ，m 所成的角为 (2)空间距离 ②直线I 与平面 ③二面角一I 的大小为(0< < )，cos cos (0< =2)，sin 所成的角为 点、直线、平面间的距离有种.点到平面的距离是重点,两异面直线间的距离是难 ①点到平面的距离h：(定理)如图，设n是是平 面的法向量，AP是平面的一条斜线，其中A 则点P到平面的距离 uuu uu ②h 1 Auur n |(实质是AP在法向量n 方向上的投影的绝对值) |n| uuu ur ③异面直线l i,l2间的距离d： d AB JC』1( 11,12的公垂向量为 |n| ' n, C、D分别是h,l2上任一点). 题型一：非正交基底下的夹角、的计算 例1.如图，已知二面角-I - 点 A , B , A C I于点C, 且 AC=CD=DB=1. 求：(1) A、B两点间的距离； (2)求异面直线AB和CD勺所成的角(3) AB与CD勺距 离. 解：设AC a,CD b,DB c,则 |a| |b| |c| 1, a,b b,c 900, a,c 60°, 2 ? ? 2 ?? 2 ■■ 2 |AB | a b c . a b c 2a b 2b c 2c a 2 A、B两点间的距离为2. (2)异面直线AB和CD的所成的角为60° 立体几何中的存在惟一性问题 存在惟一问题是立体几何中的重要题型，但往往被同学们所忽视。下面介绍其证明方法。 解决这类题型必须分两步论证。先证存在性，常用构造法，即作出符合题意的图形，再证惟一性，常用反证法（或同一法）。 例：求证：过两条异面直线中一条有且仅有一个平面与另一条直线平行。 分析；“有一个”——说明图形存在。“仅有一个”——说明图形惟一。 证明：（1）存在性 ∴a b // 这与a 、b 是异面直线相矛盾，于是假设不成立 故过b 有且仅有一个平面α与直线a 平行 立体几何中公理2的一个应用 公理2：如果两个平面有一个公共点，那么它们还有其他公共点，这些公共点的集合是一条直线。 此公理是立体几何中关于平面的基本性质之一，它除了能判断两个平面是否相交之外，还能得出如下性质： 若A A l ∈∈=αβαβ，，且I ，则A l ∈。用此性质可解决如下题型：证明点在直线上。 以下举例说明。 例1. 已知?ABC 的三边AB 、BC 、AC 所在的直线分别与平面α相交于E 、F 、G 三点，求证：E 、F 、G 三点共线。 证明：如图1，ΘI I AB E BC F EF EF ααα==?.，，联结，则 又平面平面又， ，平面，即是平面与平面的公共点。因此，、、三点共线。 EF ABC ABC EF AC G G G ABC G ABC G EF E F G ?∴==∴∈∈∴∈ααααI I . . 图1 例2. 如图2，在正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，E 为AB 中点，F 为AA 1中点，求证：CE 、D 1F 、DA 相交于一点。 图2 证明：ΘE AB F AA 为的中点，为的中点，1 ∴∴EF A B A B D C EF D C //////1111又因， 评注：证明三点共线或三线共点常常转化为证明点在直线上。 高中数学立体几何解题技巧 高考立体几何试题一般共有4道(选择、填空题3道，解答题1道)，共计总分27分左右，考查的知识点在20个以内。选择填空题考核立几中的计算型问题，而解答题着重考查立几中的逻辑推理型问题，当然，二者均应以正确的空间想象为前提。随着新的课程改革的进一步实施，立体几何考题正朝着“多一点思考，少一点计算”的发展。从历年的考题变化看，以简单几何体为载体的线面位置关系的论证，角与距离的探求是常考常新的热门话题。 知识整合 1、有关平行与垂直(线线、线面及面面)的问题，是在解决立体几何问题的过程中，大量的、反复遇到的，而且是以各种各样的问题(包括论证、计算角、与距离等)中不可缺少的内容，因此在主体几何的总复习中，首先应从解决“平行与垂直”的有关问题着手，通过较为基本问题，熟悉公理、定理的内容和功能，通过对问题的分析与概括，掌握立体几何中解决问题的规律--充分利用线线平行(垂直)、线面平行(垂直)、面面平行(垂直)相互转化的思想，以提高逻辑思维能力和空间想象能力。 2、判定两个平面平行的方法： (1)根据定义--证明两平面没有公共点； (2)判定定理--证明一个平面内的两条相交直线都平行于另一 个平面； (3)证明两平面同垂直于一条直线。 3、两个平面平行的主要性质： (1)由定义知：“两平行平面没有公共点”。 (2)由定义推得：“两个平面平行，其中一个平面内的直线必平行于另一个平面。 (3)两个平面平行的性质定理：”如果两个平行平面同时和第三个平面相交，那么它们的交线平行“。 (4)一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面，它也垂直于另一个平面。 (5)夹在两个平行平面间的平行线段相等。 (6)经过平面外一点只有一个平面和已知平面平行。 以上性质(2)、(3)、(5)、(6)在课文中虽未直接列为”性质定理“，但在解题过程中均可直接作为性质定理引用。 解答题分步骤解决可多得分 01、合理安排，保持清醒。 数学考试在下午，建议中午休息半小时左右，睡不着闭闭眼睛也好，尽量放松。然后带齐用具，提前半小时到考场。 02、通览全卷，摸透题情。 刚拿到试卷，一般较紧张，不宜匆忙作答，应从头到尾通览全卷，尽量从卷面上获取更多的信息，摸透题情。这样能提醒自己先易后难，也可防止漏做题。 空间向量与立体几何典型例题 一、选择题： 1．(2008全国Ⅰ卷理)已知三棱柱111ABC A B C -的侧棱与底面边长都相等，1A 在底面ABC 内的射影为ABC △的中心，则1AB 与底面ABC 所成角的正弦值等于（ C ） A ． 13 B C D ．23 1.解：C ．由题意知三棱锥1A ABC -为正四面体，设棱长为a ，则1AB = ，棱柱的高 1 3AO a ===（即点1B 到底面ABC 的距离），故1AB 与底面ABC 所成角的正弦值为113 AO AB =. 另解：设1,,AB AC AA u u u r u u u r u u u r 为空间向量的一组基底，1,,AB AC AA u u u r u u u r u u u r 的两两间的夹角为0 60 长度均为a ，平面ABC 的法向量为111133 OA AA AB AC =--u u u r u u u r u u u r u u u r ,11AB AB AA =+u u u r u u u r u u u r 211112,,33 OA AB a OA AB ?===u u u r u u u r u u u r u u u r 则1AB 与底面ABC 所成角的正弦值为11 1 13OA AB AO AB ?=u u u u r u u u r u u u r u u u r . 二、填空题： 1．(2008全国Ⅰ卷理)等边三角形ABC 与正方形ABDE 有一公共边AB ，二面角 C AB D -- M N ，分别是AC BC ，的中点，则EM AN ，所成角的余弦值等于 6 1 ． 1.答案： 1 6 .设2AB =，作CO ABDE ⊥面， OH AB ⊥，则CH AB ⊥，CHO ∠为二面角C AB D -- cos 1CH OH CH CHO ==?∠=，结合等边三角形ABC 与正方形ABDE 可知此四棱锥为正四棱锥，则AN EM ==11(),22AN AC AB EM AC AE =+=-u u u r u u u r u u u r u u u u r u u u r u u u r , 11()()22AN EM AB AC AC AE ?=+?-=u u u r u u u u r u u u r u u u r u u u r 12 故EM AN ，所成角的余弦值1 6 AN EM AN EM ?=u u u r u u u u r u u u r u u u u r 另解：以O 为坐标原点，建立如图所示的直角坐标系， 则点(1,1,0),(1,1,0),(1,1,0),A B E C ----, 立体几何新题型的解题技巧 【命题趋向】在高考中立体几何命题有如下特点： 1.线面位置关系突出平行和垂直，将侧重于垂直关系． 2.多面体中线面关系论证，空间“角”与“距离”的计算常在解答题中综合出现． 3.多面体及简单多面体的概念、性质多在选择题，填空题出现． 4.有关三棱柱、四棱柱、三棱锥的问题，特别是与球有关的问题将是高考命题的热点． 此类题目分值一般在17---22分之间，题型一般为1个选择题，1个填空题，1个解答题. 【考点透视】掌握两条直线所成的角和距离的概念，对于异面直线的距离，只要求会计算已给出公垂线时的距离.掌握斜线在平面上的射影、直线和平面所成的角、直线和平面的距离的概念.掌握二面角、二面角的平面角、两个平行平面间的距离的概念. 空间距离和角是高考考查的重点：特别是以两点间距离，点到平面的距离，两异面直线的距离，直线与平面的距离以及两异面直线所成的角，直线与平面所成的角，二面角等作为命题的重点内容，高考试题中常将上述内容综合在一起放在解答题中进行考查，分为多个小问题，也可能作为客观题进行单独考查.考查空间距离和角的试题一般作为整套试卷的中档题，但也可能在最后一问中设置有难度的问题. 不论是求空间距离还是空间角，都要按照“一作，二证，三算”的步骤来完成，即寓证明于运算之中，正是本专题的一大特色. 求解空间距离和角的方法有两种：一是利用传统的几何方法，二是利用空间向量。 考点1 点到平面的距离 求点到平面的距离就是求点到平面的垂线段的长度，其关键在于确定点在平面内的垂足，当然别忘了转化法与等体积法的应用. 例1如图，正三棱柱111ABC A B C -的所有棱长都为2，D 为1CC 中点． （Ⅰ）求证：1AB ⊥平面1A BD ；（Ⅱ）求二面角1A A D B --的大小；（Ⅲ）求点C 到平面1A BD 的距离． 考查目的：本小题主要考查直线与平面的位置关系，二面角的 大小，点到平面的距离等知识，考查空间想象能力、逻辑思维 能力和运算能力． 解答过程：解法一：（Ⅰ）取BC 中点O ，连结AO ．ABC △为正三角形，AO BC ∴⊥． 正三棱柱111ABC A B C -中，平面ABC ⊥平面11BCC B ，AO ∴⊥平面11BCC B ． 连结1B O ，在正方形11BB C C 中，O D ，分别为1BC CC ，的中点， 1B O BD ∴⊥， 1AB BD ∴⊥． 在正方形11ABB A 中，11AB A B ⊥， 1AB ∴⊥平面1A BD ． （Ⅱ）设1AB 与1A B 交于点G ，在平面1A BD 中，作1GF A D ⊥于F ，连结AF ，由（Ⅰ）得1AB ⊥平面1 A BD ． 1AF A D ∴⊥， AFG ∴∠为二面角1A A D B --的平面角．在1AA D △中，由等面积法可求得AF = 又 11 2AG AB == sin AG AFG AF ∴==∠．所以二面角1A A D B --的大小为 （Ⅲ）1A BD △中，1 11A BD BD A D A B S ==△1BCD S =△．在正三棱柱中，1A 到平面11BCC B 设点C 到平面1A BD 的距离为d ．由1 1 A BCD C A BD V V --=，得11133 3BCD A BD S S d =△△，1A BD d ∴=△ A B C D 1 A 1 C 1B A C D 1 A 1 C 1 B O F 高考文科数学立体几何大题题型 基本平行、垂直证明 1. ( 2013年高考北京卷(文))如图,在四棱锥P-ABCD 中,AB//CD , AB _ AD , CD =2AB ,平面 PAD _ 底面 ABCD , F 分别是CD 和PC 的中点，求证： (1) PA_ 底面 ABCD ;(2) BE//平面 PAD ;(3)平面 BEF _ 平面 PA_ AD PCD ABCD 且PA 垂直于这个平面的交线 AD 所以PA 垂直底面ABCD. (II) 所以 所以 所以 所以 (III) 所以 所以 所以 因为AB// CD,CD=2AB,E 为CD 的中点 AB// DE,且 AB=DE ABED 为平行四边形， BE// AD,又因为BE 二平面PAD,AD 二平面PAD BE//平面 PAD. 因为AB 丄AD,而且ABED 为平行四边形 BE! CD,ADL CD,由(I)知 PA 丄底面 ABCD, PAL CD,所以CDL 平面PAD CDL PD,因为E 和F 分别是 CD 和PC 的中点 CDL 平面 BEF,所以平面 BEF 丄平面 PCD. 卷(文))女口图，四 ABCD 2 中，AB _ AC, AB _ PA, AB// CD, AB =2CD , E.F.G.M , N 分别为PB, AB.BC.PD.PC 的中点 (I )求证：CE //平面PAD . ( n )求证：平面EFG _平面EMN K 【答 案】 体积 3. （2013年高考安徽（文））如图，四棱锥P-ABCD的底面ABCD是边长为 形，BAD =60 .已知PB =PD =2,PA =.2的菱 立体几何新题型的解题技巧 【命题趋向】在2007年高考中立体几何命题有如下特点： 1.线面位置关系突出平行和垂直，将侧重于垂直关系． 2.多面体中线面关系论证，空间“角”与“距离”的计算常在解答题中综合出现． 3.多面体及简单多面体的概念、性质多在选择题，填空题出现． 4.有关三棱柱、四棱柱、三棱锥的问题，特别是与球有关的问题将是高考命题的热点． 此类题目分值一般在17---22分之间，题型一般为1个选择题，1个填空题，1个解答题. 【考点透视】(A)版.掌握两条直线所成的角和距离的概念，对于异面直线的距离，只要求会计算已给出公垂线时的距离.掌握斜线在平面上的射影、直线和平面所成的角、直线和平面的距离的概念.掌握二面角、二面角的平面角、两个平行平面间的距离的概念. . 空间距离和角是高考考查的重点：特别是以两点间距离，点到平面的距离，两异面直线的距离，直线与平面的距离以及两异面直线所成的角，直线与平面所成的角，二面角等作为命题的重点内容，高考试题中常将上述内容综合在一起放在解答题中进行考查，分为多个小问题，也可能作为客观题进行单独考查.考查空间距离和角的试题一般作为整套试卷的中档题，但也可能在最后一问中设置有难度的问题. 不论是求空间距离还是空间角，都要按照“一作，二证，三算”的步骤来完成，即寓证明于运算之中，正是本专题的一大特色. 求解空间距离和角的方法有两种：一是利用传统的几何方法，二是利用空间向量。 【例题解析】 考点1 点到平面的距离 求点到平面的距离就是求点到平面的垂线段的长度，其关键在于确定点在平面内的垂足，当然别忘了转化法与等体积法的应用. 典型例题 例1（2007年福建卷理）如图，正三棱柱111ABC A B C 的所有棱长都为2，D 为1CC 中点． （Ⅰ）求证：1AB ⊥平面1A BD ； A 1 A 高中数学立体几何经典常考题型 题型一:空间点、线、面的位置关系及空间角的计算 空间点、线、面的位置关系通常考查平行、垂直关系的证明，一般出现在解答题的第(1)问，解答题的第(2)问常考查求空间角，求空间角一般都可以建立空间直角坐标系，用空间向量的坐标运算求解. 【例1】如图，在△ABC 中，∠ABC ＝ π4 ，O 为AB 边上一点，且3OB ＝3OC ＝2AB ，已知PO ⊥平 面ABC ，2DA ＝2AO ＝PO ，且DA ∥PO. (1)求证：平面PBD ⊥平面COD ； (2)求直线PD 与平面BDC 所成角的正弦值. (1)证明 ∵OB ＝OC ，又∵∠ABC ＝π 4， ∴∠OCB ＝π4，∴∠BOC ＝π 2. ∴CO ⊥AB. 又PO ⊥平面ABC ， OC ?平面ABC ，∴PO ⊥OC. 又∵PO ，AB ?平面PAB ，PO ∩AB ＝O ， ∴CO ⊥平面PAB ，即CO ⊥平面PDB. 又CO ?平面COD ， ∴平面PDB ⊥平面COD. (2)解 以OC ，OB ，OP 所在射线分别为x ，y ，z 轴，建立空间直角坐标系，如图所示. 设OA ＝1，则PO ＝OB ＝OC ＝2，DA ＝1. 则C(2，0，0)，B(0，2，0)，P(0，0，2)，D(0，－1，1)， ∴PD →＝(0，－1，－1)，BC →＝(2，－2，0)，BD →＝(0，－3，1). 设平面BDC 的一个法向量为n ＝(x ，y ，z )， ∴?????n ·BC →＝0，n · BD →＝0，∴???2x －2y ＝0，－3y ＋z ＝0， 令y ＝1，则x ＝1，z ＝3，∴n ＝(1，1，3). 设PD 与平面BDC 所成的角为θ， 则sin θ＝????? ? ??PD →·n |PD →||n | ＝??????1×0＋1×（－1）＋3×（－1）02＋（－1）2＋（－1）2×12＋12＋32＝222 11. 即直线PD 与平面BDC 所成角的正弦值为22211. 【类题通法】利用向量求空间角的步骤 第一步：建立空间直角坐标系. 第二步：确定点的坐标. 第三步：求向量(直线的方向向量、平面的法向量)坐标. 第四步：计算向量的夹角(或函数值). 第五步：将向量夹角转化为所求的空间角. 第六步：反思回顾.查看关键点、易错点和答题规范. 【变式训练】 如图所示，在多面体A 1B 1D 1-DCBA 中，四边形AA 1B 1B ，ADD 1A 1，ABCD 均为正方形，E 为B 1D 1的中点，过A 1，D ，E 的平面交CD 1于F . (1)证明：EF ∥B 1C . (2)求二面角E -A 1D -B 1的余弦值. (1)证明 由正方形的性质可知A 1B 1∥AB ∥DC ，且A 1B 1＝AB ＝DC ，所以四边形A 1B 1CD 为平行四边形，从而B 1C ∥A 1D ，又A 1D ?面A 1DE ，B 1C ?面A 1DE ，于是B 1C ∥面A 1DE.又B 1C ?面B 1CD 1，面A 1DE ∩面B 1CD 1＝EF ，所以EF ∥B 1C. 立体几何知识点 & 例题讲解 高考时如果图形比较规则且坐标也比较好计算时就用坐标法（向量法）解决，但平时传统方法和向量法都要熟练。并且要多用传统方法，这样才能把自己的空间想象能力培养上去。 一、知识点 <一>常用结论 1．证明直线与直线的平行的思考途径：（1）转化为判定共面二直线无交点；（2）转化为二直线同与第三条直线 平行；（3）转化为线面平行；（4）转化为线面垂直；（5）转化为面面平行. 2．证明直线与平面的平行的思考途径：（1）转化为直线与平面无公共点；（2）转化为线线平行；（3）转化为面 面平行. 3．证明平面与平面平行的思考途径：（1）转化为判定二平面无公共点；（2）转化为线面平行；（3）转化为线面 垂直. 4．证明直线与直线的垂直的思考途径：（1）转化为相交垂直；（2）转化为线面垂直；（3）转化为线与另一线的 射影垂直；（4）转化为线与形成射影的斜线垂直. 5．证明直线与平面垂直的思考途径：（1）转化为该直线与平面内任一直线垂直；（2）转化为该直线与平面内相交二直线垂直；（3）转化为该直线与平面的一条垂线平行；（4）转化为该直线垂直于另一个平行平面；（5）转化为该直线与两个垂直平面的交线垂直. 6．证明平面与平面的垂直的思考途径：（1）转化为判断二面角是直二面角；（2）转化为线面垂直. 7.夹角公式 ：设a ＝123(,,)a a a ，b ＝123(,,)b b b ，则cos 〈a ，b 〉 . 8．异面直线所成角：cos |cos ,|a b θ== 21 |||||| a b a b x ?= ?+ （其中θ（090θ<≤）为异面直线a b , 所成角，,a b 分别表示异面直线a b ,的方向向量） 9.直线AB 与平面所成角：sin |||| AB m arc AB m β?=(m 为平面α的法向量). 10、空间四点A 、B 、C 、P 共面z y x ++=?，且 x + y + z = 1 11.二面角l αβ--的平面角 cos ||||m n arc m n θ?=或cos |||| m n arc m n π?-（m ，n 为平面α，β的法向量）. 12.三余弦定理：设AC 是α内的任一条直线，且BC ⊥AC ，垂足为C ，又设AO 与AB 所成的角为1θ，AB 与AC 所 成的角为2θ，AO 与AC 所成的角为θ．则12cos cos cos θθθ=. 13.空间两点间的距离公式 若A 111(,,)x y z ，B 222(,,)x y z ，则,A B d =||AB AB AB = ?=14.异面直线间的距离： || || CD n d n ?= (12,l l 是两异面直线，其公垂向量为n ，C D 、分别是12,l l 上任一点，d 为12,l l 间的距离). 15.点B 到平面α的距离：|| || AB n d n ?= （n 为平面α的法向量，AB 是经过面α的一条斜线，A α∈）. 16.三个向量和的平方公式：2 2 2 2()222a b c a b c a b b c c a ++=+++?+?+? 222 2||||cos ,2||||cos ,2||||cos ,a b c a b a b b c b c c a c a =+++?+?+? 17. 长度为l 的线段在三条两两互相垂直的直线上的射影长分别为123l l l 、、，夹角分别为123θθθ、、,则有 2222123l l l l =++222123cos cos cos 1θθθ?++=222123sin sin sin 2θθθ?++=. （立体几何中长方体对角线长的公式是其特例）.立体几何新题型的解题技巧
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