数学百大经典例题——平面
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约5010字。
数学百大经典例题——平面
典型例题一
例1 三条直线两两相交,由这三条直线所确定平面的个数是( ).
A.1 B.2 C.3 D.1或3
分析:本题显然是要应用推论2判断所能确定平面的个数,需要在空间想象出这三条直线所有不同位置的图形,有如下图的三种情况(如图):
答案:D.
说明:本题启发我们考虑问题不要只局限于平面图形,应养成在三维空间考虑问题的习惯.
典型例题二
例2 一条直线与三条平行直线都相交,求证这四条直线共面.
分析:先将已知和求证改写成符号语言.证明诸线共面,可先由其中的两条直线确定一个平面,然后证明其余的直线均在此平面内.也可先由其中两条确定一个平面 ,另两条确定平面 ,再证平面 , 重合.
已知: , , , .
求证:直线 , , , 共面.
证明: ∵ ,
∴ , 确定一个平面 .
∵ , ,
∴ , ,故 .
又 ∵ , ∴ , 确定一个平面 .
同理可证 .
∴ ,且 .
∵ 过两条相交直线 , 有且只有一个平面,故 与 重合
即直线 , , , 共面.
说明:本例是新教材第9页第9题的一个简单推广,还可推广到更一般的情形.本例证明既采用了归一法,同时又采用了同一法.这两种方法是证明线共面问题的常用方法.在证明 时,也可以用如下反证法证明:
假设直线 ,则 一定与 相交,此时直线 与 内的所有直线都不会平行,这显然与 矛盾.故 .
典型例题三
例3 已知 在平面 外,它的三边所在的直线分别交平面 于 , , 三点,证明 , , 三点在同一条直线上.
分析:如图所示,欲证 , , 三点共线,只须证 , , 在平面 和平面 的交线上,由 , , 都是两平面的公共点而得证.
证明:∵ , ,
∴ 是平面 与平面 的交线.
又 ∵ ,
∴ 且 平面 ,
∴ ,
∴ , , 三点共线.
说明:证明点共线的一般方法是证明这些点是某两个平面的公共点,由公理2,这些点都在这两平面的交线上.
典型例题四
例4 如图所示, 与 不在同一个平面内,如果三直线 、 、 两两相交,证明:三直线 、 、 交于一点.
分析:证明三线共点的一般思路是:先证明两条直线交于一点,再证明该点在第三条直线上即可.
证明:由推论2,可设 与 , 与 , 与 分别确定平面 , , .
取 ,则 , .
又因 ,则 (公理2),
于是 ,
故三直线 、 、 共点.
说明:空间中证三线共点有如下两种方法:
(1)先确定两直线交于一点,再证该点是这两条直线所在两个平面的公共点,第三条直线是这两个平面的交线,由公理2,该点在它们的交线上,从而得三线共点.
(2)先将其中一条直线看做是某两个平面的交线,证明该交线与另两直线分别交于两点,再证这两点重合.从而得三线共点.
典型例题五
(1)不共面的四点可以确定几个平面?
(2)三条直线两两平行但不共面,它们可以确定几个平面?
(3)共点的三条直线可以确定几个平面?
分析:(1)可利用公里3判定。
(2)可利用公里3的推论3判定。
(3)需进行分类讨论判定。
解:(1)不共面的四点可以确定四个平面。
(2)三条直线两两平行但不共面,它们可以确定3个平面。
(3)共点的三条直线可以确定1个或3个平面。
说明:判定平面的个数问题关键是要紧紧地抓住已知条件,要做到不重不漏。
平面的确定问题
主要是根据已知条件和公里3及其3个推论来判定平面的个数。
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