文档内容
§7.4 空间直线、平面的平行
考试要求 1.理解空间中直线与直线、直线与平面、平面与平面的平行关系,并加以证
明.2.掌握直线与平面、平面与平面平行的判定与性质,并会简单应用.
知识梳理
1.线面平行的判定定理和性质定理
文字语言 图形语言 符号语言
如果平面外一条直线与此
判定定理 平面内的一条直线平行, ⇒a∥α
那么该直线与此平面平行
一条直线与一个平面平
行,如果过该直线的平面
性质定理 ⇒a∥b
与此平面相交,那么该直
线与交线平行
2.面面平行的判定定理和性质定理
文字语言 图形语言 符号语言
如果一个平面内的两条相
判定定理 交直线与另一个平面平 ⇒β∥α
行,那么这两个平面平行
两个平面平行,如果另一
性质定理 个平面与这两个平面相 ⇒a∥b
交,那么两条交线平行
常用结论
1.垂直于同一条直线的两个平面平行,即若a⊥α,a⊥β,则α∥β.
2.平行于同一个平面的两个平面平行,即若α∥β,β∥γ,则α∥γ.
3.垂直于同一个平面的两条直线平行,即a⊥α,b⊥α,则a∥b.
4.若α∥β,a⊂α,则a∥β.
思考辨析
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若一条直线平行于一个平面内的两条直线,则这条直线平行于这个平面.( × )
(2)若直线a与平面α内无数条直线平行,则a∥α.( × )(3)若直线a⊂平面α,直线b⊂平面β,a∥b,则α∥β.( × )
(4)如果两个平面平行,那么分别在这两个平面内的两条直线也相互平行.( × )
教材改编题
1.平面α∥平面β的一个充分条件是( )
A.存在一条直线a,a∥α,a∥β
B.存在一条直线a,a⊂α,a∥β
C.存在两条平行直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α
D.存在两条异面直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α
答案 D
解析 若α∩β=l,a∥l,a⊄α,a⊄β,则a∥α,a∥β,排除A;若α∩β=l,a⊂α,a∥l,
则a∥β,排除B;若α∩β=l,a⊂α,a∥l,b⊂β,b∥l,则a∥β,b∥α,排除C.
2.(多选)已知α,β是两个不重合的平面,l,m是两条不同的直线,则下列说法正确的是(
)
A.若l∥m,l∥β,则m∥β或m⊂β
B.若α∥β,m⊂α,l⊂β,则m∥l
C.若m⊥α,l⊥m,则l∥α
D.若m∥α,m⊂β,α∩β=l,则m∥l
答案 AD
解析 对于A,若l∥m,l∥β,则m∥β或m⊂β,A正确;
对于B,若α∥β,m⊂α,l⊂β,则m∥l或l,m异面,B错误;
对于C,若m⊥α,l⊥m,则l∥α或l⊂α,C错误;
对于D,由线面平行的性质知正确.
3. 如图是长方体被一平面所截得的几何体,四边形 EFGH为截面,则四边形EFGH的形状
为______.
答案 平行四边形
解析 ∵平面ABFE∥平面DCGH,
又平面EFGH∩平面ABFE=EF,
平面EFGH∩平面DCGH=HG,
∴EF∥HG.同理EH∥FG,
∴四边形EFGH是平行四边形.题型一 直线与平面平行的判定与性质
命题点1 直线与平面平行的判定
例1 如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为梯形,AB∥CD, PD=AD=AB=2,CD
=4,E为PC的中点.
求证:BE∥平面PAD.
证明 方法一 如图,取PD的中点F,连接EF,FA.
由题意知EF为△PDC的中位线,
∴EF∥CD,且EF=CD=2.
又∵AB∥CD,AB=2,CD=4,∴AB綉EF,
∴四边形ABEF为平行四边形,∴BE∥AF.
又AF⊂平面PAD,BE⊄平面PAD,
∴BE∥平面PAD.
方法二 如图,延长DA,CB相交于H,连接PH,
∵AB∥CD,AB=2,CD=4,
∴==,即B为HC的中点,
又E为PC的中点,∴BE∥PH,
又BE⊄平面PAD,PH⊂平面PAD,∴BE∥平面PAD.
方法三 如图,取CD的中点H,连接BH,HE,
∵E为PC的中点,∴EH∥PD,
又EH⊄平面PAD,PD⊂平面PAD,∴EH∥平面PAD,
又由题意知AB綉DH,∴四边形ABHD为平行四边形,∴BH∥AD,
又AD⊂平面PAD,BH⊄平面PAD,
∴BH∥平面PAD,
又BH∩EH=H,BH,EH⊂平面BHE,
∴平面BHE∥平面PAD,
又BE⊂平面BHE,∴BE∥平面PAD.
命题点2 直线与平面平行的性质
例2 如图所示,在四棱锥P-ABCD中,四边形ABCD是平行四边形,M是PC的中点,
在DM上取一点G,过G和PA作平面交BD于点H.
求证:PA∥GH.
证明 如图所示,连接AC交BD于点O,连接OM,
∵四边形ABCD是平行四边形,
∴O是AC的中点,
又M是PC的中点,
∴PA∥OM,
又OM⊂平面BMD,PA⊄平面BMD,
∴PA∥平面BMD,
又PA⊂平面PAHG,平面PAHG∩平面BMD=GH,
∴PA∥GH.
思维升华 (1)判断或证明线面平行的常用方法
①利用线面平行的定义(无公共点).
②利用线面平行的判定定理(a⊄α,b⊂α,a∥b⇒a∥α).
③利用面面平行的性质(α∥β,a⊂α⇒a∥β).
④利用面面平行的性质(α∥β,a⊄β,a∥α⇒a∥β).(2)应用线面平行的性质定理的关键是确定交线的位置,有时需要经过已知直线作辅助平面
确定交线.
跟踪训练1 如图,四边形ABCD为长方形,PD=AB=2,AD=4,点E,F分别为AD,
PC的中点.设平面PDC∩平面PBE=l.证明:
(1)DF∥平面PBE;
(2)DF∥l.
证明 (1)取PB中点G,连接FG,EG,
因为点F为PC的中点,
所以FG∥BC,FG=BC,
因为四边形ABCD为长方形,所以BC∥AD,且BC=AD,
所以DE∥FG,DE=FG,所以四边形DEGF为平行四边形,
所以DF∥GE,因为DF⊄平面PBE,GE⊂平面PBE,所以DF∥平面PBE;
(2)由(1)知DF∥平面PBE,
又DF⊂平面PDC,平面PDC∩平面PBE=l,
所以DF∥l.
题型二 平面与平面平行的判定与性质
例3 如图,四棱柱ABCD-ABC D 的底面ABCD是正方形.
1 1 1 1
(1)证明:平面ABD∥平面CDB.
1 1 1
(2)若平面ABCD∩平面CDB=l,证明:BD∥l.
1 1 1 1
证明 (1)由题设知BB∥DD 且BB=DD ,
1 1 1 1
所以四边形BBDD是平行四边形,
1 1所以BD∥BD.
1 1
又BD⊄平面CDB,BD⊂平面CDB,
1 1 1 1 1 1
所以BD∥平面CDB.
1 1
因为AD∥BC ∥BC且AD=BC =BC,
1 1 1 1 1 1 1 1
所以四边形ABCD 是平行四边形,
1 1
所以AB∥DC.
1 1
又AB⊄平面CDB,DC⊂平面CDB
1 1 1 1 1 1,
所以AB∥平面CDB.
1 1 1
又因为BD∩AB=B,BD,AB⊂平面ABD,
1 1 1
所以平面ABD∥平面CDB.
1 1 1
(2)由(1)知平面ABD∥平面CDB,
1 1 1
又平面ABCD∩平面CDB=l,
1 1
平面ABCD∩平面ABD=BD,
1
所以l∥BD,
又BD∥BD,所以BD∥l.
1 1 1 1
思维升华 (1)证明面面平行的常用方法
①利用面面平行的判定定理.
②利用垂直于同一条直线的两个平面平行(l⊥α,l⊥β⇒α∥β).
③利用面面平行的传递性,即两个平面同时平行于第三个平面,则这两个平面平行(α∥β,
β∥γ⇒α∥γ).
(2)当已知两平面平行时,可以得出线面平行,如果要得出线线平行,必须是与第三个平面
的交线.
跟踪训练 2 如图所示,在三棱柱 ABC-ABC 中,过 BC的平面与上底面 ABC 交于
1 1 1 1 1 1
GH(GH与BC 不重合).
1 1
(1)求证:BC∥GH;
(2)若E,F,G分别是AB,AC,AB 的中点,求证:平面EFA∥平面BCHG.
1 1 1
证明 (1)∵在三棱柱ABC-ABC 中,
1 1 1
∴平面ABC∥平面ABC ,
1 1 1
又∵平面BCHG∩平面ABC=BC,且平面BCHG∩平面ABC =HG,
1 1 1
∴由面面平行的性质定理得BC∥GH.
(2)∵E,F分别为AB,AC的中点,∴EF∥BC,
∵EF⊄平面BCHG,BC⊂平面BCHG,
∴EF∥平面BCHG.
又G,E分别为AB,AB的中点,AB 綉AB,
1 1 1 1
∴AG綉EB,
1
∴四边形AEBG是平行四边形,
1
∴AE∥GB.
1
∵AE⊄平面BCHG,GB⊂平面BCHG,
1
∴AE∥平面BCHG.
1
又∵AE∩EF=E,AE,EF⊂平面EFA,
1 1 1
∴平面EFA∥平面BCHG.
1
题型三 平行关系的综合应用
例4 如图所示,四棱锥P-ABCD的底面是边长为a的正方形,侧棱PA⊥底面ABCD,在
侧面PBC内,有BE⊥PC于E,且BE=a,试在AB上找一点F,使EF∥平面PAD.
解 如图,在平面PCD内,过点E作EG∥CD交PD于点G,连接AG,
在AB上取点F,使AF=EG,
因为EG∥CD∥AF,EG=AF,
所以四边形FEGA为平行四边形,所以EF∥AG.
又AG⊂平面PAD,EF⊄平面PAD,所以EF∥平面PAD.
所以点F即为所求的点.
又PA⊥平面ABCD,所以PA⊥BC,
又BC⊥AB,PA∩AB=A,所以BC⊥平面PAB.所以PB⊥BC.
所以PC2=BC2+PB2=BC2+AB2+PA2.设PA=x,则PC=,由PB·BC=PC·BE,得·a=·a,
所以x=a,即PA=a,所以PC=a.
又CE==a,所以=,所以==,
即GE=CD=a,所以AF=a.
故点F是AB上靠近B点的一个三等分点.
思维升华 解决面面平行问题的关键点
(1)在解决线面、面面平行的判定时,一般遵循从“线线平行”到“线面平行”,再到“面
面平行”;而在应用性质定理时,其顺序恰好相反,但也要注意,转化的方向总是由题目的
具体条件而定,绝不可过于“模式化”.
(2)解答探索性问题的基本策略是先假设,再严格证明,先猜想再证明是学习和研究的重要
思想方法.
跟踪训练3 如图,在斜三棱柱ABC-ABC 中,D,D 分别为AC,AC 上的点.
1 1 1 1 1 1
(1)当等于何值时,BC ∥平面ABD?
1 1 1
(2)若平面BC D∥平面ABD,求的值.
1 1 1
解 (1)当=1时,BC ∥平面ABD.
1 1 1
如图,连接AB交AB 于点O,连接OD .
1 1 1
由棱柱的性质知,四边形AABB 为平行四边形,
1 1
∴点O为AB的中点.
1
在△ABC 中,O,D 分别为AB,AC 的中点,
1 1 1 1 1 1
∴OD ∥BC .
1 1
又OD ⊂平面ABD,BC ⊄平面ABD,∴BC ∥平面ABD.
1 1 1 1 1 1 1 1 1
∴当=1时,BC ∥平面ABD.
1 1 1
(2)由已知,平面BC D∥平面ABD ,且平面ABC ∩平面BC D=BC ,平面ABC ∩平面
1 1 1 1 1 1 1 1 1
ABD=OD .
1 1 1因此BC ∥OD ,同理AD∥DC .
1 1 1 1
∴=,=.
又=1,∴=1,即=1.
课时精练
1. 如图,已知 P为四边形 ABCD 外一点,E,F分别为 BD,PD上的点,若 EF∥平面
PBC,则( )
A.EF∥PA
B.EF∥PB
C.EF∥PC
D.以上均有可能
答案 B
解析 由线面平行的性质定理可知EF∥PB.
2.已知三条互不相同的直线l,m,n和三个互不相同的平面α,β,γ,现给出下列三个命
题:
①若l与m为异面直线,l⊂α,m⊂β,则α∥β;
②若α∥β,l⊂α,m⊂β,则l∥m;
③若α∩β=l,γ∩β=m,γ∩α=n,l∥γ,则m∥n.
其中真命题的个数为( )
A.3 B.2 C.1 D.0
答案 C
解析 对于①,两条异面直线分别在两个平面内,这两个平面可能平行,也可能相交,故①
错误;
对于②,两个平行平面内分别有一条直线,这两条直线的位置关系是平行或异面,故②错误;
对于③,因为l∥γ,l⊂α,α∩γ=n,所以由线面平行的性质定理可得l∥n,同理l∥m,所
以m∥n,故③正确,
因此真命题的个数为1.
3. 在如图所示的三棱柱ABC -ABC 中,过AB 的平面与平面ABC交于DE,则DE与AB
1 1 1 1 1的位置关系是( )
A.异面
B.平行
C.相交
D.以上均有可能
答案 B
解析 在三棱柱ABC -ABC 中,AB∥AB,
1 1 1 1 1
∵AB⊂平面ABC,AB⊄平面ABC,∴AB∥平面ABC,
1 1 1 1
∵过AB 的平面与平面ABC交于DE.∴DE∥AB,∴DE∥AB.
1 1 1 1
4.设α,β,γ为三个不同的平面,m,n是两条不同的直线,在命题“α∩β=m,n⊂γ,且
________,则m∥n”中的横线处填入下列三组条件中的一组,使该命题为真命题.
①α∥γ,n⊂β;②m∥γ,n∥β;③n∥β,m⊂γ.
可以填入的条件有( )
A.①② B.②③ C.①③ D.①②③
答案 C
解析 由面面平行的性质定理可知,①正确;当n∥β,m⊂γ时,n和m在同一平面内,且
没有公共点,所以平行,③正确.
5.(多选)(2022·济宁模拟)如图,在下列四个正方体中,A,B为正方体的两个顶点,D,E,
F为所在棱的中点,则在这四个正方体中,直线AB与平面DEF平行的是( )
答案 AC
解析 对于A,AB∥DE,AB⊄平面DEF,
DE⊂平面DEF,∴直线AB与平面DEF平行,故A正确;
对于B,如图1,作平面DEF交正方体的棱于点G,连接FG并延长,交AB的延长线于点
H,则AB与平面DEF相交于点H,故B错误;
对于C,AB∥DF,AB⊄平面DEF,DF⊂平面DEF,
∴直线AB与平面DEF平行,故C正确;
对于D,如图2,连接AC,取AC的中点O,连接OD,
又D为BC的中点,∴AB∥OD,
∵OD与平面DEF相交,
∴直线AB与平面DEF相交,故D错误.
6. (2023·广州模拟)如图,在三棱柱ABC-ABC 中,AM=2MA ,BN=2NB ,过MN作一
1 1 1 1 1
平面分别交底面△ABC的边BC,AC于点E,F,则( )
A.MF∥EB
B.AB∥NE
1 1
C.四边形MNEF为平行四边形
D.四边形MNEF为梯形
答案 D
解析 由于B,E,F三点共面,F∈平面BEF,
M∉平面BEF,故MF,EB为异面直线,
故A错误;
由于B ,N,E三点共面,B∈平面BNE,A∉平面BNE,故AB ,NE为异面直线,故B
1 1 1 1 1 1 1
错误;
∵在平行四边形AABB中,AM=2MA ,
1 1 1BN=2NB ,
1
∴AM∥BN,AM=BN,
故四边形AMNB为平行四边形,
∴MN∥AB.
又MN⊄平面ABC,AB⊂平面ABC,
∴MN∥平面ABC.
又MN⊂平面MNEF,
平面MNEF∩平面ABC=EF,
∴MN∥EF,∴EF∥AB,
显然在△ABC中,EF≠AB,
∴EF≠MN,
∴四边形MNEF为梯形,故C错误,D正确.
7.如图,平面α∥平面β∥平面γ,两条直线a,b分别与平面α,β,γ相交于点A,B,C和
点D,E,F.已知AB=2 cm,DE=4 cm,EF=3 cm,则AC的长为________cm.
答案
解析 过点D作直线AB的平行线分别交平面β与平面γ于点M,N,连接AD,BM,CN,
ME,NF,如图所示,所以AD∥BM∥CN,ME∥NF,
所以==,因为AB=2 cm,DE=4 cm,EF=3 cm,所以=,解得BC= cm,
所以AC=AB+BC=2+=(cm).
8. 如图所示,CD,AB均与平面EFGH平行,E,F,G,H分别在BD,BC,AC,AD上,
且CD⊥AB.则四边形EFGH的形状为________.
答案 矩形
解析 因为 CD∥平面 EFGH,CD⊂平面 BCD,平面 EFGH∩平面 BCD=EF,所以CD∥EF.
同理HG∥CD,所以EF∥HG.同理HE∥GF,所以四边形EFGH为平行四边形.
又因为CD⊥AB,所以HE⊥EF,所以平行四边形EFGH为矩形.
9.如图,四边形ABCD与四边形ADEF均为平行四边形,M,N,G分别是AB,AD,EF的
中点.求证:
(1)BE∥平面DMF;
(2)平面BDE∥平面MNG.
证明 (1)如图,设DF与GN的交点为O,连接AE,则AE必过点O,
连接MO,则MO为△ABE的中位线,所以BE∥MO,
又BE⊄平面DMF,MO⊂平面DMF,所以BE∥平面DMF.
(2)因为N,G分别为平行四边形ADEF的边AD,EF的中点,所以DE∥GN,
又DE⊄平面MNG,GN⊂平面MNG,
所以DE∥平面MNG.
又M为AB的中点,
所以MN为△ABD的中位线,
所以BD∥MN,
又MN⊂平面MNG,BD⊄平面MNG,
所以BD∥平面MNG,
又DE,BD⊂平面BDE,DE∩BD=D,
所以平面BDE∥平面MNG.
10.如图所示,在等腰梯形ABCD中,已知BC∥AD,BP⊥AD,垂足为P,将△ABP沿BP
折起,使平面ABP⊥平面PBCD,连接AD,AC,M为棱AD的中点,连接CM.
试分别在BP,CD上确定点E,F,使平面MEF∥平面ABC.解 E,F分别为BP,CD的中点时,可使平面MEF∥平面ABC,证明如下:
如图,取BP的中点E,CD的中点F,连接ME,MF,EF.
∵M,F分别为AD,CD的中点,
∴MF∥AC.
∵MF⊄平面ABC,AC⊂平面ABC,∴MF∥平面ABC,
又E为BP的中点,且四边形PBCD为梯形,
∴EF∥BC.
∵EF⊄平面ABC,BC⊂平面ABC,∴EF∥平面ABC,
∵MF∩EF=F,MF,EF⊂平面MEF,
∴平面MEF∥平面ABC.
11. (多选)如图,向透明塑料制成的长方体容器 ABCD-ABC D 内灌进一些水,固定容器
1 1 1 1
底面一边BC于地面上,再将容器倾斜,随着倾斜度的不同,有下面四个结论,其中正确的
是( )
A.没有水的部分始终呈棱柱形
B.水面EFGH所在四边形的面积为定值
C.棱AD 始终与水面所在的平面平行
1 1
D.当容器倾斜如图所示时,BE·BF是定值
答案 ACD
解析 由题图,显然A是正确的,B是错误的;对于C,因为AD∥BC,BC∥FG,
1 1
所以AD∥FG且FG⊂平面EFGH,AD⊄平面EFGH,所以AD∥平面EFGH(水面),所
1 1 1 1 1 1
以C是正确的;
因为水是定量的(定体积V).所以S ·BC=V,即BE·BF·BC=V,所以BE·BF=(定值),即
△BEF
D是正确的.
12. 如图所示,在四棱锥P-ABCD中,AB⊥AD,BC∥AD,PA=AD=4,AB=BC=2,
PA⊥平面ABCD,点E是线段AB的中点,点F在线段PA上,且EF∥平面PCD,直线PD
与平面CEF交于点H,则线段CH的长度为( )A. B.2
C.2 D.2
答案 C
解析 ∵PD 与平面 CEF 交于点 H,∴平面 CEF∩平面 PCD=CH.∵EF∥平面 PCD,
∴EF∥CH,过点H作HM∥PA交AD于点M,连接CM,如图所示.
∵EF∩AP=F,CH∩HM=H,
∴平面AEF∥平面CHM.
∵平面AEF∩平面ABCD=AE,平面CHM∩平面ABCD=CM,∴AE∥CM.又BC∥AM,∴四
边形ABCM为平行四边形,∴AM=BC=2.又AD=4,∴M是AD的中点,则H为PD的中点,
∴CH===2.
13. 如图,在正方体ABCD-ABC D 中,AB 与截面ADC的位置关系是________,AB与
1 1 1 1 1 1 1 1
平面DD C C的位置关系是________.
1 1
答案 相交 平行
解析 AB 与截面ADC相交,
1 1 1
由题意得AB∥DC,而AB⊄平面DD C C,DC⊂平面DD C C,
1 1 1 1 1 1 1 1
所以AB∥平面DD C C.
1 1 1
14.如图,在四面体ABCD中,M,N分别是平面△ACD,△BCD的重心,则四面体的四个
面中与MN平行的是________.答案 平面ABC,平面ABD
解析 如图,连接AM并延长交CD于E,连接BN并延长交CD于F,由重心性质可知,
E,F重合为一点,且该点为CD的中点,由==,得MN∥AB,又AB⊂平面ABC,AB⊂平
面ABD,MN⊄平面ABC,MN⊄平面ABD,因此,MN∥平面ABC且MN∥平面ABD.
15. 如图所示,在棱长为1的正方体ABCD-ABC D 中,点E,F分别是棱BC,CC 的中
1 1 1 1 1
点,P是侧面BCC B 内一点,若AP∥平面AEF,则线段AP长度的取值范围是( )
1 1 1 1
A. B.
C. D.[,]
答案 B
解析 如图,取BC 的中点M,BB 的中点N,连接AM,AN,MN,
1 1 1 1 1
可以证明平面AMN∥平面AEF,所以点P位于线段MN上.因为AM=AN==,
1 1 1
MN==,
所以当点P位于M,N点时,AP最大,当点P位于MN的中点O时,AP最小,此时AO
1 1 1
==,所以≤|AP|≤,所以线段AP长度的取值范围是.
1 1
16. 如图,矩形ABCD所在平面与以BC为直径的圆所在平面垂直,O为BC中点,M是圆周上一点,且∠CBM=30°,AB=1,BC=2.
(1)求异面直线AO与CM所成角的余弦值;
(2)设点P是线段AM上的点,且满足AP=λPM,若直线CM∥平面BPD,求实数λ的值.
解 (1)取AD中点N,连接CN,MN,OM,ON,如图,
因为ABCD为矩形,O,N分别为BC,AD中点,
所以AO∥CN,
所以∠MCN(或其补角)就是异面直线AO与CM所成角,
因为平面ABCD⊥平面BCM,平面ABCD∩平面BCM=BC,
在矩形ABCD中,NO⊥BC,NO⊂平面ABCD,
所以NO⊥平面BCM,
又OM⊂平面BCM,所以NO⊥OM,
在△MON中,∠MON=90°,OM=NO=1,
所以MN=,
又M是圆周上一点,且∠CBM=30°,
所以CM=1,
在△MCN中,CN=,
由余弦定理的推论可得cos∠MCN==,
所以异面直线AO与CM所成角的余弦值为.
(2)如图,连接PB,PD,连接BD交AC于点Q,连接PQ,
因为直线CM∥平面BPD,直线CM⊂平面ACM,平面BPD∩平面ACM=PQ,
所以CM∥PQ,
因为矩形ABCD的对角线交点Q为AC中点,所以PQ为△AMC的中位线,
所以P为AM中点,AP=PM,
又AP=λPM,
所以λ的值为1.