数学百大经典例题——两平面垂直的判定和性质
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数学百大经典例题——两平面垂直的判定和性质
典型例题一
例1.根据叙述作图,指出二面角的平面角并证明.
(1)如图1,已知 .在 内作 于 ,在 内作 于 .
(2)如图2,已知 .作 于 ,在 内作 于 ,连结 .
(3)已知 .作 于 , 于 , 平面 ,连结 、 .
作图与证明在此省略.
说明:本题介绍了作二面角的平面角的三种常用方法,其中用三垂线定理及逆定理的方法最常用,还需补充这种方法的其他典型图形.
典型例题二
例2. 如图,在立体图形 中,若 是 的中点,则下列命题中正确的是( ).
(A)平面 ⊥平面
(B)平面 ⊥平面
(C)平面 ⊥平面 ,且平面 ⊥平面
(D)平面 ⊥平面 ,且平面 ⊥平面
分析:要判断两个平面的垂直关系,就需固定其中一个平面,找另一个平面内的一条直线与第一个平面垂直.
解:因为 且 是 的中点,所以 同理有 ,于是 平面 .因为 平面 ,所以平面 平面 .又由于 平面 ,所以平面 平面 .所以选C.
说明:本题意图是训练学生观察图形,发现低级位置关系以便得到高级位置关系.在某一个平面内,得到线线垂直的重要途径是出现等腰三角形底边的中线,由线线垂直得到线面垂直,由线面垂直可得到面面垂直.
典型例题三
例3.如图, 是 所在平面外的一点,且 平面 ,平面 平面 .求证 .
分析:已知条件是线面垂直和面面垂直,要证明两条直线垂直,应将两条直线中的一条纳入一个平面中,使另一条直线与该平面垂直,即从线面垂直得到线线垂直..
证明:在平面 内作 ,交 于 .因为平面 平面 于 , 平面 ,且 ,所以 .又因为 平面 ,于是有 ①.另外 平面 , 平面 ,所以 .由①②及 ,可知 平面 .因为 平面 ,所以 .
说明:在空间图形中,高一级的垂直关系中蕴含着低一级的垂直关系,通过本题可以看到,面面垂直 线面垂直 线线垂直.
典型例题四
例4.如图, 是⊙ 的直径, 垂直于⊙ 所在的平面, 是圆周上异于 、 的任意一点,求证:平面 平面 .
分析:证明面面垂直的有两个依据,一是证明二面角的平面角为直角,二是利用两个平面垂直的判定定理.由于 点的任意性,用方法一的可能性不大,所以要寻求线面垂直.
证明:因为 是⊙ 的直径, 是圆周上的点,所以有 ①.
因为 平面 , 平面 ,则 ②.
由①②及 ,得 平面 .
因为 平面 ,有平面 平面 .
说明:低一级的垂直关系是判定高一级垂直关系的依据,根据条件,由线线垂直 线面垂直 面面垂直.通过这个例题展示了空间直线与平面的位置关系的内在联系,垂直关系的判定和性质共同构成了一个完整的知识体系.
典型例题五
例5.如图,点 在锐二面角 的棱 上,在面 内引射线 ,使 与 所成的角 为 ,与面 所成的角大小为 ,求二面角 的大小.
分析:首先根据条件作出二面角的平面角,然后将平面角放入一个可解的三角形中(最好是直角三角形),通过解三角形使问题得解.
解:在射线 上取一点 ,作 于 ,连结 ,则 为射线 与平面 所成的角,
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