文档内容
8.5.3 平面与平面平行
考点 学习目标 核心素养
理解平面与平面平行的定义,会用图
形语言、文字语言、符号
平面与平面平行的判定 语言准确描述平面与平面平行的判定 直观想象、逻辑推理
定理,会用平面与平面平
行的判定定理证明空间面面位置关系
理解并能证明平面与平面平行的性质
定理,能利用平面
平面与平面平行的性质 直观想象、逻辑推理
与平面平行的性质定理解决有关的平
行问题
问题导学
预习教材P139-P142的内容,思考以下问题:
1.面面平行的判定定理是什么?
2.面面平行的性质定理是什么?
1.平面与平面平行的判定定理
如果一个平面内的两条相交直线与另一个平面平行,那么这两个平面
文字语言
平行
符号语言 a β , b β , a ∩ b = P , a ∥ α , b ∥ α β∥α
⊂ ⊂ ⇒
图形语言
■名师点拨
(1)平面与平面平行的判定定理中的平行于一个平面内的“两条相交直线”是必不可少
的.
(2)面面平行的判定定理充分体现了等价转化思想,即把面面平行转化为线面平行.
2.平面与平面平行的性质定理
两个平面平行,如果另一个平面与这两个平面相交,那么两条交线平
文字语言
行
符号语言 α∥β,α∩γ=a,β∩γ=b a ∥ b
⇒图形语言
■名师点拨
(1)用该定理判断直线a与b平行时,必须具备三个条件:
①平面α和平面β平行,即α∥β;
②平面γ和α相交,即α∩γ=a;
③平面γ和β相交,即β∩γ=b.
以上三个条件缺一不可.
(2)已知两个平面平行,虽然一个平面内的任何直线都平行于另一个平面,但是这两个
平面内的所有直线并不一定相互平行,它们可能是平行直线,也可能是异面直线,但不可能
是相交直线.
(3)该定理提供了证明线线平行的另一种方法,应用时要紧扣与两个平行平面都相交的
第三个平面.
判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)如果一个平面内有无数条直线与另一个平面平行,那么这两个平面平行.( )
(2)若α∥β,则平面α内有无数条互相平行的直线平行于平面β.( )
(3)如果两个平面平行,那么其中一个平面内的直线与另一个平面内的直线异面.( )
答案:(1)× (2)√ (3)×
若一个平面内的两条直线分别平行于另一个平面内的两条直线,则这两个平面的位
置关系是( )
A.一定平行 B.一定相交
C.平行或相交 D.以上判断都不对
答案:C
下列命题正确的是( )
A.若直线a 平面α,直线a∥平面β,则α∥β
B.若直线a∥直线b,直线a∥平面α,则直线b∥平面α
⊂
C.若直线a∥直线b,直线b 平面α,则直线a∥平面α
D.若直线a与直线b是异面直线,直线a α,则直线b有可能与α平行
⊂
答案:D
⊂
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________.解析:因为平面ABFE∥平面CDHG,
又平面EFGH∩平面ABFE=EF,
平面EFGH∩平面CDHG=HG,
所以EF∥HG.
同理EH∥FG.
所以四边形EFGH的形状是平行四边形.
答案:平行四边形
平面与平面平行的判定
如图所示,已知正方体ABCDABC D.
1 1 1 1
(1)求证:平面ABD∥平面BDC;
1 1 1
(2)若E,F分别是AA,CC 的中点,求证:平面EBD∥平面FBD.
1 1 1 1
【证明】 (1)因为BB\s\do3(═)DD ,
1 1
所以四边形BBDD是平行四边形,
1 1
所以BD∥BD,又BD⊄平面BDC,
1 1 1 1
BD 平面BDC,所以BD∥平面BDC.
1 1 1 1 1 1
同理AD∥平面BDC.
⊂1 1 1
又AD∩BD=D,
1
所以平面ABD∥平面BDC.
1 1 1
(2)由BD∥BD,
1 1
得BD∥平面EBD.
1 1
取BB 的中点G,
1
连接AG,GF,
易得AE∥BG,
1
又因为AE=BG,
1
所以四边形AEBG是平行四边形,
1
所以BE∥AG.
1
易得GF∥AD,又因为GF=AD,
所以四边形ADFG是平行四边形,
所以AG∥DF,所以BE∥DF,
1所以DF∥平面EBD.
1 1
又因为BD∩DF=D,
所以平面EBD∥平面FBD.
1 1
[变条件]把本例(2)的条件改为“E,F分别是AA 与CC 上的点,且AE=AA”,求F
1 1 1 1
在何位置时,平面EBD∥平面FBD?
1 1
解:当F满足CF=CC 时,两平面平行,下面给出证明:
1
在DD上取点M,
1
且DM=DD ,
1
连接AM,FM,
则AE\s\do3(═)DM,
1
从而四边形AMDE是平行四边形.
1
所以DE∥AM.
1
同理,FM\s\do3(═)CD,
又因为AB\s\do3(═)CD,所以FM\s\do3(═)AB,
从而四边形FMAB是平行四边形.所以AM∥BF.
即有DE∥BF.又BF 平面FBD,
1
D
1
E⊄平面FBD,
⊂
所以DE∥平面FBD.
1
又BB\s\do3(═)DD,从而四边形BBDD是平行四边形.故而BD∥BD,
1 1 1 1 1 1
又BD 平面FBD,BD⊄平面FBD,
1 1
从而BD∥平面FBD,
⊂1 1
又DE∩BD=D,
1 1 1 1
所以平面EBD∥平面FBD.
1 1
证明面面平行的方法
(1)要证明两平面平行,只需在其中一个平面内找到两条相交直线平行于另一个平面即
可.
(2)判定两个平面平行与判定线面平行一样,应遵循先找后作的原则,即先在一个面内
找到两条与另一个平面平行的相交直线,若找不到再作辅助线.
已知四棱锥 PABCD 中,底面 ABCD 为平
行四边形.点M,N,Q分别在PA,BD,PD上,且PM∶MA=
BN∶ND=PQ∶QD,求证:平面MNQ∥平面PBC.
证明:因为PM∶MA=BN∶ND=PQ∶QD,
所以MQ∥AD,NQ∥BP,
而BP 平面PBC,NQ⊄平面PBC,
⊂所以NQ∥平面PBC,
又因为四边形ABCD为平行四边形,
所以BC∥AD,
所以MQ∥BC.
而BC 平面PBC,MQ⊄平面PBC,
所以MQ∥平面PBC.
⊂
又MQ∩NQ=Q,
所以平面MNQ∥平面PBC.
面面平行性质定理的应用
如图所示,两条异面直线BA,DC与两平行平面α,β分别交于点B,A和D,
C,点M,N分别是AB,CD的中点,求证:MN∥平面α.
【证明】 如图,过点A作AE∥CD交α于点E,取AE的中点
P,连接MP,PN,BE,ED,BD,AC.
因为AE∥CD,所以AE,CD确定平面AEDC.
则平面AEDC∩α=DE,平面AEDC∩β=AC,因为α∥β,所以
AC∥DE.
又P,N分别为AE,CD的中点,
所以PN∥DE,PN⊄α,DE α,所以PN∥α.
又M,P分别为AB,AE的中点,
⊂
所以MP∥BE,且MP⊄α,BE α.
所以MP∥α,因为MP∩PN=P,
⊂
所以平面MPN∥α.
又MN 平面MPN,所以MN∥平面α.
⊂
1.[变条件]在本例中将M,N分别为AB,CD的中点换为M,N分别在线段AB,CD上,
且=,其他不变.
证明:MN∥平面α.
证明:作AE∥CD交α于点E,连接AC,BD,如图.
因为 α∥β 且平面 AEDC 与平面 α,β 的交线分别为 ED,
AC,所以 AC∥ED,所以四边形 AEDC 为平行四边形,作
NP∥DE交AE于点P,连接MP,BE,于是=.
又因为=,所以=,所以MP∥BE.
而BE α,MP⊄α,所以MP∥α.同理PN∥α.
又因为MP∩NP=P,所以平面MPN∥平面α.
⊂
又MN 平面MPN,所以MN∥平面α.
2.[变条件、变问法]两条异面直线与三个平行平面α,β,γ分别交于A,B,C和D,
⊂
E,F,求证:=.
证明:连接AF交平面β于点M.
连接MB,ME,BE,AD,CF,因为α∥β,
所以ME∥AD.
所以=.
同理,BM∥CF,
所以=,
即=.
应用平面与平面平行性质定理的基本步骤
[提醒] 面面平行性质定理的实质:面面平行⇒线线平行,体现了转化思想.与判定定
理交替使用,可实现线面、线线、面面平行间的相互转化.
如图,已知α∥β,点P是平面α、β外的一点(不
在α与β之间),直线PB、PD分别与α、β相交于点A、B和C、D.
(1)求证:AC∥BD;
(2)已知PA=4 cm,AB=5 cm,PC=3 cm,求PD的长.
解:(1)证明:因为PB∩PD=P,所以直线PB和PD确定一个平面γ,则α∩γ=AC,
β∩γ=BD.又α∥β,所以AC∥BD.
(2)由(1)得AC∥BD,所以=,所以=,
所以CD=(cm),
所以PD=PC+CD=(cm).
平行关系的综合问题
在正方体ABCDABC D 中,如图.
1 1 1 1
(1)求证:平面ABD∥平面C BD;
1 1 1(2)试找出体对角线AC与平面ABD 和平面C BD的交点E,F,并证明:AE=EF=
1 1 1 1 1
FC.
【解】 (1)证明:因为在正方体ABCDABC D 中,AD\s\do3(═)BC ,
1 1 1 1 1 1
所以四边形ABC D是平行四边形,
1 1
所以AB∥C D.
1 1
又因为C D 平面C BD,AB⊄平面C BD.
1 1 1 1
所以AB∥平面C BD.
1 ⊂ 1
同理BD∥平面C BD.
1 1 1
又因为AB∩BD =B ,AB 平面ABD ,BD 平面ABD ,所以平面ABD∥平面
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
C BD.
1 ⊂ ⊂
(2)如图,连接AC 交BD 于点O ,连接AC,连接AO 与AC交
1 1 1 1 1 1 1 1
于点E.
又因为 AO 平面 ABD ,所以点 E也在平面 ABD 内,所以点 E
1 1 1 1 1
就是AC与平面ABD 的交点;
1 ⊂ 1 1
连接AC交BD于O,连接C O与AC交于点F,则点F就是AC与平面C BD的交点.
1 1 1 1
证明AE=EF=FC的过程如下:
1
因为平面AC C∩平面ABD=EO,
1 1 1 1 1
平面AC C∩平面C BD=C F,
1 1 1 1
平面ABD∥平面C BD,所以EO∥C F.
1 1 1 1 1
在△AC F中,O 是AC 的中点,
1 1 1 1 1
所以E是AF的中点,即AE=EF;
1 1
同理可证OF∥AE,
所以F是CE的中点,
即CF=FE,所以AE=EF=FC.
1
解决平行关系的综合问题的方法
(1)在遇到线面平行时,常需作出过已知直线与已知平面相交的辅助平面,以便运用线
面平行的性质.
(2)要灵活应用线线平行、线面平行和面面平行的性质,实现相互联系、相互转化.在
解决立体几何中的平行问题时,一般都要用到平行关系的转化.转化思想是解决这类问题的
最有效的方法.
如图,在正方体 ABCDABC D 中,点 N 在
1 1 1 1
BD上,点M在BC上,且CM=DN.求证:MN∥平面AABB.
1 1 1
证明:如图,作MP∥BB 交BC于点P,连接NP,
1
因为MP∥BB,
1
所以=.因为BD=BC,
1
DN=CM,
所以BM=BN,
1
所以
=,
所以=,
所以NP∥CD∥AB.
因为NP⊄平面AABB,
1 1
AB 平面AABB,
1 1
所以NP∥平面AABB.
⊂ 1 1
因为MP∥BB,MP⊄平面AABB,
1 1 1
BB 平面AABB.
1 1 1
所以MP∥平面AABB.
⊂ 1 1
又因为MP 平面MNP,NP 平面MNP,
MP∩NP=P,
⊂ ⊂
所以平面MNP∥平面AABB.
1 1
因为MN 平面MNP,
所以MN∥平面AABB.
⊂ 1 1
1.已知α,β是两个不重合的平面,下列选项中,一定能得出平面α与平面β平行的是
( )
A.平面α内有一条直线与平面β平行
B.平面α内有两条直线与平面β平行
C.平面α内有一条直线与平面β内的一条直线平行
D.平面α与平面β不相交
解析:选D.选项A、C不正确,因为两个平面可能相交;选项B不正确,因为平面α
内的这两条直线必须相交才能得到平面α与平面β平行;选项D正确,因为两个平面的位
置关系只有相交与平行两种.故选D.
2.如图所示,P 是三角形 ABC 所在平面外一点,平面 α∥平面
ABC,α 分别交线段 PA,PB,PC 于 A′,B′,C′,若 PA′∶AA′=
2∶3,则S ∶S 等于( )
△A′B′C′ △ABC
A.2∶25 B.4∶25
C.2∶5 D.4∶5
解析:选B.因为平面α∥平面ABC,平面PAB与它们的交线分别为A′B′,AB,
所以AB∥A′B′,
同理B′C′∥BC,易得△ABC∽△A′B′C′,
S ∶S ===.
△A′B′C′ △ABC
3.在棱长为2的正方体ABCDABC D 中,M是棱AA 的中点,过C,M,D 作正方体
1 1 1 1 1 1
的截面,则截面的面积是________.
解析:在正方体ABCDABC D 中,
1 1 1 1
因为平面MCD∩平面DCC D=CD,
1 1 1 1
所以平面MCD∩平面ABBA=MN,
1 1 1
且MN∥CD,
1
所以N为AB的中点,
所以该截面为等腰梯形MNCD,
1
因为正方体的棱长为2,
易知,MN=,CD=2,MD =,
1 1
所以等腰梯形MNCD 的高MH==.
1
所以截面面积为(+2)×=.
答案:
4.如图,已知AB与CD是异面直线,且AB∥平面α,CD∥平面
α,AC∩α=E,AD∩α=F,BD∩α=G,BC∩α=H.求证:四边形
EFGH是平行四边形.
证明:因为AB∥平面α,AB 平面ABC,
平面ABC∩平面α=EH,所以AB∥EH,
⊂
因为AB∥平面α,AB 平面ABD,
平面ABD∩平面α=FG,
⊂
所以AB∥FG,所以EH∥FG,
同理由CD∥平面α可证EF∥GH,
所以四边形EFGH是平行四边形.
[A 基础达标]
1.平面α内有不共线的三点到平面β的距离相等且不为零,则α与β的位置关系为(
)
A.平行 B.相交
C.平行或相交 D.可能重合解析:选C.若三点分布于平面β的同侧,则α与β平行,若三点分布于平面β的两侧,
则α与β相交.
2.在正方体EFGHEFGH 中,下列四对截面彼此平行的一对是( )
1 1 1 1
A.平面EFG 与平面EGH
1 1 1
B.平面FHG 与平面FHG
1 1 1
C.平面FHH与平面FHE
1 1 1
D.平面EHG 与平面EHG
1 1 1
解析:选A.如图,因为EG∥EG,
1 1
EG⊄平面EFG,
1 1
EG 平面EFG,
1 1 1 1
所以EG∥平面EFG,
⊂ 1 1
又GF∥HE,
1 1
同理可证HE∥平面EFG,
1 1 1
又HE∩EG=E,
1
所以平面EFG∥平面EGH .
1 1 1
3.有一正方体木块如图所示,点P在平面A′C′内,棱BC平行于 平
面A′C′,要经过点P和棱BC将木块锯开,锯开的面必须平整,有N 种
锯法,则N为( )
A.0 B.1
C.2 D.无数
解析:选B.过P、B、C三点有且只有1个平面.
4.已知a,b,c为三条不重合的直线,α,β,γ为三个不重合的平面,现给出四个命题:
①⇒α∥β; ②⇒α∥β;
③⇒a∥α; ④⇒a∥β.
其中正确的命题是( )
A.①②③ B.①④
C.② D.①③④
解析:选C.①α与β有可能相交;②正确;③有可能a α;④有可能a β.故选C.
5.已知平面α∥平面β,P是α,β外一点,过点P的直线m与α,β分别交于A,C两
⊂ ⊂
点,过点P的直线n与α,β分别交于B,D两点,且PA=6,AC=9,PD=8,则BD的长
为( )
A.16 B.24或
C.14 D.20
解析:选B.由α∥β得AB∥CD.分两种情况:
若点P在α,β的同侧,则=,
所以PB=,所以BD=;若点P在α,β之间,则有=,所以PB=16,所以BD=24.
6.对于不重合直线a,b,不重合平面α,β,γ,下列四个条件中,能推出α∥β的有
________.(填写所有正确的序号).
①γ⊥α,γ⊥β;②α∥γ,β∥γ;
③a∥α,a∥β;④a∥b,a⊥α,b⊥β.
解析:对于①,当γ⊥α,γ⊥β时,α与β相交,或α与β平行;
对于②,当α∥γ,β∥γ时,根据平行平面的公理得α∥β;
对于③,当a∥α,a∥β时,α与β相交,或α与β平行;
对于④,当a∥b时,若a⊥α,则b⊥α,又b⊥β,所以α∥β;
综上,能推出α∥β的是②④.
答案:②④
7.已知a,b表示两条直线,α,β,γ表示三个不重合的平面,给出下列命题:
①若α∩γ=a,β∩γ=b,且a∥b,则α∥β;
②若a,b相交且都在α,β外,a∥α,b∥β,则α∥β;
③若a∥α,a∥β,则α∥β;
④若a α,a∥β,α∩β=b,则a∥b.
其中正确命题的序号是________.
⊂
解析:①错误,α与β也可能相交;②错误,α与β也可能相交;③错误,α与β也
可能相交;④正确,由线面平行的性质定理可知.
答案:④
8.在正方体ABCDABC D 中,M,N,Q分别是棱DC ,AD ,BC的中点,点P在
1 1 1 1 1 1 1 1
BD 上且BP=BD.则以下四个说法:
1 1
①MN∥平面APC;
②C Q∥平面APC;
1
③A,P,M三点共线;
④平面MNQ∥平面APC.
其中说法正确的是____________.
解析:①MN∥AC,连接AM,CN,
得AM,CN交于点P,即MN 平面PAC,所以MN∥平面APC是错误的;
②平面APC延展,可知M,N在平面APC上,AN∥C Q,
⊂ 1
所以C Q∥平面APC,是正确的;
1
③由BP=BD,以及②知△APB∽△DPM,
1 1所以A,P,M三点共线,是正确的;
④直线AP延长到M,则M既在平面MNQ内,
又在平面APC内,所以平面MNQ∥平面APC,是错误的.
答案:②③
9.如图所示,在直四棱柱 ABCDABC D 中,底面ABCD是梯形,AB∥CD,CD=
1 1 1 1
2AB,P,Q分别是CC ,C D 的中点,求证:平面ADC∥平面BPQ.
1 1 1 1
证明:因为DQ綊CD,AB綊CD,所以DQ綊AB,
1 1
所以四边形DQBA为平行四边形,所以DA∥QB.
1 1
因为DA⊄平面BPQ,BQ 平面BPQ,
1
所以DA∥平面BPQ.
1 ⊂
因为Q,P分别为DC ,C C的中点,所以QP∥DC.
1 1 1 1
因为DC⊄平面BPQ,QP 平面BPQ,
1
所以DC∥平面BPQ,又DA∩DC=D,
1 ⊂1 1 1
所以平面ADC∥平面BPQ.
1
10.(2019·湖南师大附中检测)如图(甲),在直角梯形ABED中,AB∥DE,AB⊥BE,
AB⊥CD,F,H,G分别为AC,AD,DE的中点,现将△ACD沿CD折起,如图(乙).求证
平面FHG∥平面ABE.
证明:因为F,H,G分别为AC,AD,DE的中点,所以FH∥CD,HG∥AE.
又AB⊥CD,AB⊥BE,所以CD∥BE,所以FH∥BE.
因为BE 平面ABE,FH⊄平面ABE,所以FH∥平面ABE.
因为AE⊂ 平面ABE,HG⊄平面ABE,所以HG∥平面ABE.
又FH∩HG=H,所以平面FHG∥平面ABE.
⊂
[B 能力提升]
11.设α∥β,A∈α,B∈β,C是AB的中点,当A、B分别在平面α、β内运动时,那么所有的动点C( )
A.不共面
B.当且仅当A、B分别在两条直线上移动时才共面
C.当且仅当A、B分别在两条给定的异面直线上移动时才共面
D.不论A、B如何移动,都共面
解析:选D.如图,A′、B′分别是A、B两点在α、β上运动后的两
点,此时AB的中点C变成A′B′的中点C′,连接A′B,取A′B的中点
E,连接CE、C′E、AA′、BB′.
则CE∥AA′,所以CE∥α,
C′E∥BB′,所以C′E∥β.
又因为α∥β,所以C′E∥α.
因为C′E∩CE=E,
所以平面CC′E∥平面α.所以CC′∥α.
所以不论A、B如何移动,所有的动点C都在过C点且与α、β平行的平面上.
12.如图是一几何体的平面展开图,其中ABCD为正方形,
E,F,G,H分别为PA,PD,PC,PB的中点.在此几何体 中 ,
给出下面四个结论:
①平面EFGH∥平面ABCD;
②直线PA∥平面BDG;
③直线EF∥平面PBC;
④直线EF∥平面BDG.
其中正确结论的序号是________.
解析:作出立体图形,可知平面EFGH∥平面ABCD;PA∥平面
BDG;EF∥HG,所以EF∥平面PBC;直线EF与平面BDG不平行.
答案:①②③
13.用一个截面去截正三棱柱ABCABC ,交AC ,BC ,BC,
1 1 1 1 1 1 1
AC 分别于 E,F,G,H,已知 AA>AC ,则截面的形状可以为
1 1 1
________(把你认为可能的结果的序号填在横线上).
①一般的平行四边形;②矩形;③菱形;④正方形;⑤梯形.
解析:由题意知,当截面平行于侧棱时,所得截面为矩形,当截
面与侧棱不平行时,所得截面是梯形,即EF∥HG且EH不平行于FG.
答案:②⑤
14.(2019·广饶期末)如图,已知四棱锥PABCD的底面ABCD为平行四边形,M,N分
别是棱AB,PC的中点,平面CMN与平面PAD交于PE.(1)求证:MN∥平面PAD;
(2)求证:MN∥PE.
证明:(1)如图,取DC的中点Q,连接MQ,NQ.
因为N,Q分别是PC,DC的中点,所以NQ∥PD.
因为NQ⊄平面PAD,PD 平面PAD,
所以NQ∥平面PAD.
⊂
因为M是AB的中点,四边形ABCD是平行四边形,所以MQ∥AD.
又MQ⊄平面PAD,AD 平面PAD,
所以MQ∥平面PAD.
⊂
因为MQ∩NQ=Q,
所以平面MNQ∥平面PAD.
因为MN 平面MNQ,
所以MN∥平面PAD.
⊂
(2)因为平面MNQ∥平面PAD,
且平面PEC∩平面MNQ=MN,
平面PEC∩平面PAD=PE,
所以MN∥PE.
[C 拓展探究]
15.如图所示,在三棱柱ABCABC 中,D是棱CC 的中点,问在
1 1 1 1
棱AB上是否存在一点E,使DE∥平面ABC ?若存在,请确定点E的
1 1
位置;若不存在,请说明理由.
解:点E为AB的中点时DE∥平面ABC ,证明如下:
1 1
法一:取AB 的中点F,连接DE、EF、FC ,
1 1
因为E、F分别为AB、AB 的中点,
1
所以EF∥BB 且EF=BB.
1 1
在三棱柱ABCABC 中,
1 1 1
DC ∥BB 且DC =BB,
1 1 1 1
所以EF\s\do3(═)DC ,四边形EFCD为平行四边形,
1 1
所以ED∥FC .
1又ED⊄平面ABC ,FC 平面ABC ,
1 1 1 1 1
所以ED∥平面ABC .
1 1 ⊂
法二:取BB 的中点H,
1
连接EH,DH,ED,
因为E,H分别是AB,BB 的中点,
1
则EH∥AB.
1
又EH⊄平面ABC ,
1 1
AB 平面ABC ,
1 1 1
所以EH∥平面ABC ,
⊂ 1 1
又HD∥BC ,同理可得HD∥平面ABC ,
1 1 1 1
又EH 平面EHD,HD 平面EHD,EH∩HD=H,
所以平面EHD∥平面ABC ,
⊂ ⊂1 1
因为ED 平面EHD,
所以ED与平面ABC 无交点,
⊂ 1 1
所以ED∥平面ABC .
1 1