95. 已知:ABCD是矩形,SA⊥平面ABCD,E是SC上一点.
求证:BE不可能垂直于平面SCD.
解析:用到反证法,假设BE⊥平面SCD,
∵ AB∥CD;∴AB⊥BE.
∴ AB⊥SB,这与Rt△SAB中∠SBA为锐角矛盾.
∴ BE不可能垂直于平面SCD.
94. 已知E,F分别是正方形ABCD边AD,AB的中点,EF交AC于M,GC垂直于ABCD所在平面.
(1)求证:EF⊥平面GMC.
(2)若AB=4,GC=2,求点B到平面EFG的距离.
解析:第1小题,证明直线与平面垂直,常用的方法是判定定理;第2小题,如果用定义来求点到平面的距离,因为体现距离的垂线段无法直观地画出,因此,常常将这样的问题转化为直线到平面的距离问题.
解:
(1)连结BD交AC于O,
∵E,F是正方形ABCD边AD,AB的中点,AC⊥BD,
∴EF⊥AC.
∵AC∩GC=C,
∴EF⊥平面GMC.
(2)可证BD∥平面EFG,由例题2,正方形中心O到平面EFG
93. 如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点N在BD上,点M在B1C上,并且CM=DN.
求证:MN∥平面AA1B1B.
解析:本题是把证“线面平行”转化为证“线线平行”,即在平面ABB1A1内找一条直线与MN平行,除上面的证法外,还可以连CN并延长交直线BA于点P,连B1P,就是所找直线,然后再设法证明MN∥B1P.
分析二:要证“线面平行”也可转化为证“面面平行”,因此,本题也可设法过MN作一个平面,使此平面与平面ABB1A1平行,从而证得MN∥平面ABB1A1.
92. 已知:平面α∥平面β,线段AB分别交α、β于点M、N;线段AD分别交α、β于点C、D;线段BF分别交α、β于点F、E,且AM=m,BN=n,MN=p,△FMC面积=(m+p)(n+p),求:END的面积.
解析:如图,面AND分别交α、β于MC,ND,因为α∥β,
故MC∥ND,同理MF∥NE,得
∠FMC=∠END,
∴ND∶MC=(m+p):m和EN∶FM=n∶(n+p)
S△END∶S△FMC=
得S△END=×S△FMC
=·(m+p)(n+p)=(m+p)2
∴△END的面积为(m+p)2平方单位.
91. 如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,E在AB1上,F在BD上,且B1E=BF.
求证:EF∥平面BB1C1C.
证法一:连AF延长交BC于M,连结B1M.
∵AD∥BC
∴△AFD∽△MFB
∴
又∵BD=B1A,B1E=BF
∴DF=AE
∴
∴EF∥B1M,B1M平面BB1C1C
∴EF∥平面BB1C1C.
证法二:作FH∥AD交AB于H,连结HE
∵AD∥BC
∴FH∥BC,BCBB1C1C
∴FH∥平面BB1C1C
由FH∥AD可得
又BF=B1E,BD=AB1
∴
∴EH∥B1B,B1B平面BB1C1C
∴EH∥平面BB1C1C,
EH∩FH=H
∴平面FHE∥平面BB1C1C
EF平面FHE
∴EF∥平面BB1C1C
说明:证法一用了证线面平行,先证线线平行.证法二则是证线面平行,先证面面平行,然后说明直线在其中一个平面内.
90. 三个平面两两相交得三条直线,求证:这三条直线相交于同一点或两两平行.
已知:平面α∩平面β=a,平面β∩平面γ=b,平面γ∩平面α=c.
求证:a、b、c相交于同一点,或a∥b∥c.
证明:∵α∩β=a,β∩γ=b
∴a、bβ
∴a、b相交或a∥b.
(1)a、b相交时,不妨设a∩b=P,即P∈a,P∈b
而a、bβ,aα
∴P∈β,P∈α,故P为α和β的公共点
又∵α∩γ=c
由公理2知P∈c
∴a、b、c都经过点P,即a、b、c三线共点.
(2)当a∥b时
∵α∩γ=c且aα,aγ
∴a∥c且a∥b
∴a∥b∥c
故a、b、c两两平行.
由此可知a、b、c相交于一点或两两平行.
说明:此结论常常作为定理使用,在判断问题中经常被使用.
89. 已知平面、、、.其中∩=l,∩=a,∩=,a∥,∩=b,∩=,b∥
上述条件能否保证有∥?若能,给出证明,若不能给出一个反例,并添加适当的条件,保证有∥.
不足以保证∥.
如右图.
如果添加条件a与b是相交直线,那么∥.
证明如下:
a∥a∥
b∥b∥
∵ a,b是内两条相交直线,
∴ ∥.
88. 已知:直线a∥平面.求证:经过a和平面平行的平面有且仅有一个.
证:过a作平面与交于,在内作直线与相交,在a上任取一点P,在和P确定的平面内,过P作b∥.b在外,在内,
∴ b∥
而a∥
∴ a,b确定的平面过a且平行于.
∵ 过a,b的平面只有一个,
∴ 过a平行于平面的平面也只有一个
87. 已知正三棱柱ABC-A1B1C1,底面边长为8,对角线B1C=10,D为AC的中点.
(1) 求证AB1∥平面C1BD;
(2) 求直线AB1到平面C1BD的距离.
证明:(1) 设B1C∩BC1=O.
连DO,则O是B1C的中点.
在△ACB1中,D是AC中点,O是B1C中点.
∴ DO∥AB1,
又DO平面C1BD,AB1平面C1BD,
∴ AB1∥平面C1BD.
解:(2) 由于三棱柱ABC-A1B1C1是正三棱柱,D是AC中点,
∴ BD⊥AC,且BD⊥CC1,
∴ BD⊥平面AC1,
平面C1BD⊥平面AC1,C1D是交线.
在平面AC1内作AH⊥C1D,垂足是H,
∴ AH⊥平面C1BD,
又AB1∥平面C1BD,故AH的长是直线AB1到平面C1BD的距离.
由BC=8,B1C=10,得CC1=6,
在Rt△C1DC中,DC=4,CC1=6,
在Rt△DAH中,∠ADH=∠C1DC
∴ .
即AB1到平面C1BD的距离是.
评述:证明线面平行的关键是在平面内找出与已知直线平行的直线,如本题的DO.本题的第(2)问,实质上进行了“平移变换”,利用AB1∥平面C1BD,把求直线到平面的距离变换为求点A到平面的距离.
86. 已知:正方体ABCD-A1B1C1D1棱长为a.
(1) 求证:平面A1BD∥平面B1D1C;
(2) 求平面A1BD和平面B1D1C的距离.
证明:(1) 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,
∵ BB1平行且等于DD1,
∴ 四边形BB1D1D是平行四边形,
∴ BD∥B1D1,
∴ BD∥平面B1D1C.
同理 A1B∥平面B1D1C,
又A1B∩BD=B,
∴ 平面A1BD∥平面B1D1C
解:(2) 连AC1交平面A1BD于M,交平面B1D1C于N.
AC是AC1在平面AC上的射影,又AC⊥BD,
∴ AC1⊥BD,
同理可证,AC1⊥A1B,
∴ AC1⊥平面A1BD,即MN⊥平面A1BD,
同理可证MN⊥平面B1D1C.
∴ MN的长是平面A1BD到平面B1D1C的距离,
设AC、BD交于E,则平面A1BD与平面A1C交于直线A1E.
∵ M∈平面A1BD,M∈AC1平面A1C,
∴ M∈A1E.
同理N∈CF.
在矩形AA1C1C中,见图9-21(2),由平面几何知识得
,
∴ .
评述:当空间图形较为复杂时,可以分解图形,把其中的平面图形折出分析,利于清楚地观察出平面上各种线面的位置关系.证明面面平行,主要是在其中一个平面内找出两条与另一个平面平行的相交直线,或者使用反证法.
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