學會這四種方法,證明線面平行再也難不到你,高考數學立體幾何

2021-01-18 高中數學愛做初中數學題

證明直線和平面平行,最容易想到的是使用它的判定定理:如果平面外一條直線和平面內的一條直線平行,那麼這條直線和這個平面平行。

 

關鍵是如何在平面內找到一條與已知直線平行的直線

 

既然要證明是直線L平行於平面α,那麼直線L肯定是平行平面α的,根據直線與平面平行的性質定理「如果一條直線和一個平面平行,經過這條直線的平面和已知平面相交,那麼這條直線和交線平行」,這條交線就是我們要找的平行線。

 

由此,證明直線L平行於平面α,只需過直線L作一個平面β與平面α相交,然後證明交線和直線L平行即可。這是證明直線和平面平行的第一種途徑。

 

根據平面與平面平行的性質可知:如果兩個平面平行,那麼其中一個平面內的直線平行於另一個平面。由此可以得到證明直線與平面平行的第二種途徑:只需過已知直線作一個平面平行於已知平面。

 

上面這些都是理論層面的內容,不論是途徑一還是途徑二,都需要過已知直線作平面,這才是證明線面平行真正的關鍵之處。

 

接下來要講的四種方法,實際上是四種不同的過已知直線快速作出適合解題的平面的方法。只要你全部理解掌握了,我敢說證明線面平行的問題咱也難不到你。

 

方法一:

 

如下圖,要證明直線AB//平面β,只需找出或者作出一條線段CD,使線段CD既與AB相交,又與平面β相交(交點為D),且線段CD穿過AB,設相交直線CD和AB所確定的平面為α,連結CB,設CB與平面β的交點為E,則DE就是平面 α與平面β的交線,則只需證明直線AB平行交線DE即可。

方法一的關鍵之處是線段CD一定要穿過AB,因為這樣才能通過連結C、B找到兩個平面的另一個公共點E。

 

例如:

觀察可以發現,線段CP既與直線BE相交,又與平面PAD相交,且線段CP穿過了直線BE,所以直線CP就是要優先考慮的相交直線。

 

如下圖,延長DA、CB,兩直線相交於點M,則M點和P點既在平面CEB內,又在平面PAD內,所以PM就是平面CEB和平面PAD的交線;然後證明直線BE平行PM就可以了。

方法二:

 

如下圖,要證明直線AB//平面β,只需過點A找出或者作出一條線段AC,使線段AC與平面β相交(交點為M),且線段AC穿過平面β,然後連結BC,設BC與平面β的交點為N,則MN就是平面ABC與平面β的交線,則只需證明直線AB平行交線MN即可。

方法二的關鍵之處是所選擇的線段AC一定要穿過平面β,因為這樣才能通過連結B、C找到兩個平面的另一個公共點N。

 

例:

線段PC穿過了平面BEF,所以選擇直線PC來與PA確定相交平面。連結AC交BF於點N,則EN就是平面PAC與平面BEF的交線,則只需證明PA//EN就可以了。

方法三:

 

利用「兩條直線平行,可以確定一個平面」,作與已知平面相交的平面。

 

例:

圖中的線段BA與已知平面PAD相交於點A,雖然這條線段既沒有穿過已知直線BE,又沒有穿過已知平面PAD,但過線段BE的另一個端點E可以很容易地作出一條直線EF平行於AB,這樣這兩條平行線就確定了一個平面,兩個平面的交線是AF,然後證明BE平行AF就可以了。

方法四:

 

要證明已知直線平行於已知平面,只需過已知直線作一個平行於已知平面的平面就可以了。

 

例:

要證BE//平面PAD,只需過BE做一個平行於平面PAD的平面即可。首先BE肯定平行平面PAD,所以只需要再作一條與BE相交且與平面PAD平行的直線,這條直線與直線BE所確定的平面肯定平行於平面PAD。

總結:證明線面平行,首先找出或者作出一條既與已知直線相交又與已知平面相交的線段,並且這條線段要麼穿過已知直線,要麼穿過已知平面,否則就通過作平行線來確定相交平面,如果這三種方法都不行,就要選擇第四種方法:在圖中找出或者作出一條平行於已知平面且與已知直線相交的直線,利用面面平行的性質來證明線面平行。

 


第1題

直接證明直線B1E平行平面DGC1不太方便,所以考慮平移B1E至AF的位置,然後再證明就容易多了。

線段AP與直線EF和平面PDC都相交,並且穿過了直線EF,所以選擇直線AP作為EF的相交直線來確定相交平面。

本題使用面面平行的性質證明比較合適。

線段B1C1與直線MN和平面ACC1A1都相交,並且穿過了MN,所以選擇直線B1C1作為相交直線來確定相交平面。

因為GH是過PA的平面PAHG與平面BMD的交線,所以要證PA//GH,只需證PA//平面BMD。

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