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    2021_2022学年新教材高中数学第6章立体几何初步§55.2第1课时平面与平面垂直的性质学案含解析北师大版必修第二册
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    高中数学北师大版 (2019)必修 第二册5.2 平面与平面垂直第1课时学案

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    这是一份高中数学北师大版 (2019)必修 第二册5.2 平面与平面垂直第1课时学案,共8页。

    5.2 平面与平面垂直

    1课时 平面与平面垂直的性质

     

    学 习 任 务

    核 心

    1理解二面角的有关概念会求简单的二面角的大小.(重点、难点)

    2理解两平面垂直的定义.

    3掌握平面与平面垂直的性质定理及其应用.(重点)

    1通过对二面角和平面与平面垂直定义的理解培养学生数学抽象素养.

    2通过应用平面与平面垂直的性质定理培养学生逻辑推理素养.

     

    小明的爸爸妈妈为了他学习方便将他的卧室重新装修设计书架.在装修时小明经常会看到工人师傅在竖直的墙壁上寻找与地面垂直的线.

    阅读教材结合上述情境回答下列问题:

    问题1:情境中工人师傅如何找到这条线呢?

    问题2:生活中面面垂直的例子无处不在你能举几个例子吗?

    问题3:平面与平面垂直的性质定理是什么?

    知识点1 二面角

    概念

    一个平面内的一条直线把这个平面分成两部分其中的每一部分都称为半平面.从一条直线出发的两个半平面所组成的图形称为二面角.这条直线称为二面角的这两个半平面称为二面角的

    图示及记法

    记作:二面角αABβαlβ

    二面角的

    平面角

     

    文字

    以二面角的棱上任一点为端点在两个半平面内分别作垂直于的两条射线这两条射线所成的称为二面角的平面角.平面角是直角的二面角称为直二面角

    图示及

    记法

    AOB就是二面角α­l­β的平面角

    1.二面角与平面几何中的角有什么区别?

    [提示] 平面几何中的角是从一点出发的两条射线组成的图形;二面角是从一条直线出发的两个半平面所组成的图形.

    1.从空间一点P向二面角α­l­β的两个面αβ分别作垂线PEPFEF为垂足EPF60°则二面角α­l­β的平面角的大小是(  )

    A.60°     B120°

    C.60°120°     D.不确定

    C [如图所示PEPF作一个平面γ与二面角α­l­β的棱交于点O连接OEOF.

    因为PEαPFβ所以PElPFl

    所以l平面γ所以lOElOF

    EOFα­l­β的平面角且它与EPF相等或互补

    故二面角α­l­β的平面角的大小为60°120°故选C.]

    知识点2 平面与平面垂直

    (1)定义:两个平面相交如果所成的二面角是直二面角就说这两个平面互相垂直.平面α与平面β垂直记作:αβ

    (2)画法:两个互相垂直的平面通常把直立平面的竖边画成与水平平面的横边垂直.如图所示.

    知识点3 平面与平面垂直的性质定理

    文字语言

    两个平面垂直果一个平面内有一条直线垂直于这两个平面的交线,那么这条直线与另一个平面垂直

    作用

    由平面与平面垂直可以得到直线与平面垂直.

    图形语言

    2.已知两个平面垂直时可以得到哪些垂直关系?

    [提示] 已知面面垂直时可以利用此定理转化为线面垂直再转化为线线垂直.

    2.思考辨析(正确的画“√”错误的画“×”)

    (1)二面角的平面角所确定的平面与二面角的棱垂直 (  )

    (2)对于确定的二面角而言平面角的大小与顶点在棱上的位置有关

      (  )

    (3)已知平面αβαβababαbβ. (  )

    [提示] (1)正确.由线面垂直的判定定理及二面角平面角的定理可知其正确.

    (2)错误.平面角的大小与顶点在棱上的位置无关.

    (3)错误.

    [答案] (1) (2)× (3)×

    类型1 二面角及其平面角的概念

    【例1 下列命题中:

    两个相交平面组成的图形叫作二面角;异面直线ab分别和一个二面角的两个面垂直ab所成的角与这个二面角的平面角相等或互补;二面角的平面角是从棱上一点出发,分别在两个面内作射线所成的角的最小角;二面角的大小与其平面角的顶点在棱上的位置没有关系.其中正确的是(  )

    A①③   B②④

    C③④     D①②

    B [由二面角的定义:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角所以不对实质上它共有四个二面角;由ab分别垂直于两个面ab都垂直于二面角的棱正确;中所作的射线不一定垂直于二面角的不对;由定义知正确.故选B.]

    二面角概念的注意点

    (1)要注意区别二面角与两相交平面所成的角并不一致.

    (2)要注意二面角的平面角与顶点在棱上且角两边分别在二面角面内的角的联系与区别.

    (3)可利用实物模型作图帮助判断.

    1若一个二面角的两个半平面分别垂直于另一个二面角的两个半平面那么这两个二面角(  )

    A相等     B.互补

    C相等或互补     D.关系无法确定

    D [如图所示平面EFDG平面ABC当平面HDGDG转动时平面HDG始终与平面BCD垂直所以两个二面角的大小关系不确定因为二面角H­DG­F的大小不确定.]

    类型2 求二面角的大小

    【例2 (教材北师版P2349改编)四边形ABCD是正方形PA平面ABCDPAAB.

    求二面角B­PC­D的平面角的度数.

    1.求二面角的步骤是什么?

    [提示] (1)作出二面角的平面角;(2)证明该角为平面角;(3)将二面角的平面角置于一个三角形中求其大小.

    2.把二面角的平面角置于某个三角形内求其大小时常用到什么方法?

    [提示] 若该三角形是直角三角形可利用三角函数的定义确定一个三角函数值进而求其大小;若该三角形不是直角三角形则利用余弦定理求其余弦值的大小进而求出平面角的大小.

    3.

    [] BEPCE连接DEBDBDAC交于点O连接EO如图.

    由题意知PBC≌△PDCBPEDPE从而PBE≌△PDE.

    ∴∠DEPBEP90°BEDE.

    ∴∠BED为二面角B­PC­D的平面角.

    PA平面ABCDBC平面ABCD

    PABC.

    ABBCPAABA

    BC平面PAB

    PB平面PAB

    BCPB.

    ABaBEaBDa.

    sin BEO.

    ∴∠BEO60°

    ∴∠BED120°.

    二面角B­PC­D的平面角的度数为120°.

    1在例2若四边形ABCD是正方形平面PAD平面PCDPAAB求二面角A­PD­C的平面角的度数.

    [] 平面PAD平面PCD. 二面角A­PD­C的平面角的度数为90°.

    22的条件不变求二面角B­PA­D的平面角的度数.

    [] PA平面ABCDABAD平面ABCD.

    ABPAADPA.

    ∴∠BAD为二面角B­PA­D的平面角.

    又由题意知BAD90°二面角B­PA­D的平面角的度数为90°.

    32的条件不变求二面角B­PA­C的平面角的度数.

    [] PA平面ABCDABAC平面ABCD.

    ABPAACPA.

    ∴∠BAC为二面角B­PA­C的平面角.

    又四边形ABCD为正方形

    ∴∠BAC45°

    即二面角B­PA­C的平面角的度数为45°.

    求二面角的三种方法

    (1)定义法:在二面角的棱上找一点在两个半平面内过该点分别作垂直于棱的射线.

    (2)垂面法:过棱上一点作与棱垂直的平面该平面与二面角的两个半平面形成交线这两条射线(交线)所成的角即为二面角的平面角.

    (3)垂线法:利用线面垂直的性质来寻找二面角的平面角这是最常用也是最有效的一种方法.

    2如图所示ABCADBCABD的面积是ACD的面积的2沿ADABC翻折使翻折后BC平面ACD求此时二面角B­AD­C的大小.

    [] 由已知BD2CD翻折后

    RtBCDBDC60°

    ADBDCDAD

    BDC是二面角B­AD­C的平面角其大小为60°.

    类型3 平面与平面垂直的性质定理及应用

    【例3 如图所示P是四边形ABCD所在平面外的一点四边形ABCD是边长为a的菱形DAB60°.侧面PAD为正三角形其所在平面垂直于底面ABCD.

    (1)GAD的中点求证:BG平面PAD

    (2)求证:ADPB.

    [证明] (1)如图在菱形ABCD连接BD

    由已知DAB60°

    ∴△ABD为正三角形

    GAD的中点

    BGAD.

    平面PAD平面ABCD

    且平面PAD平面ABCDAD

    BG平面PAD.

    (2)如图连接PG.

    ∵△PAD是正三角形GAD的中点

    PGAD(1)BGAD.

    PGBGG.

    AD平面PBG.

    PB平面PBG

    ADPB.

    平面与平面垂直的性质定理应用的注意点

    若所给题目中有面面垂直的条件一般要利用面面垂直的性质定理将其转化为线面垂直、线线垂直.应用面面垂直的性质定理注意三点:两个平面垂直是前提条件;直线必须在其中一个平面内;直线必须垂直于它们的交线.

    3.已知PABC所在平面外的一点,且PA平面ABC平面PAC平面PBC求证:BCAC.

    [证明] 如图在平面PAC内作ADPC于点D

    平面PAC平面PBCAD平面PAC平面PAC平面PBCPCADPC

    AD平面PBC

    BC平面PBC

    ADBC.

    PA平面ABCBC平面ABC

    PABC

    ADPAA

    BC平面PAC

    AC平面PAC

    BCAC.

    1两个平面互相垂直一个平面内的一条直线与另一个平面(  )

    A垂直    B.平行

    C相交但不垂直  D.以上都有可能

    D [两个平面互相垂直一个平面内的一条直线与另一个平面可能垂直平行也可能相交但不垂直.]

    2在二面角α­l­β的棱l上任选一点OAOB是二面角α­l­β的平面角则必须具有的条件是(  )

    AAOBOAOαBOβ

    BAOlBOl

    CABlAOαBOβ

    DAOlBOlAOαBOβ

    D [由二面角的平面角的定义可知选D.]

    3设平面α平面β若平面α内的一条直线a垂直于平面β内的一条直线b(  )

    A直线a必垂直于平面β

    B直线b必垂直于平面α

    C直线a不一定垂直于平面β

    Da的平面与过b的平面垂直

    C [当两个平面垂直时在一个平面内只有垂直于交线的直线才垂直于另一个平面.]

    4(多选题)已知平面α平面β则下列命题中真命题的个数是(  )

    Aα内的任意直线必垂直于β内的无数条直线

    Bβ内垂直于αβ的交线的直线必垂直于α内的任意一条直线

    Cα内的任意一条直线必垂直于β

    Dβ内的任意一点作αβ交线的垂线则这条直线必垂直于α

    AB [对于选项Aαβlaαbβblabβ内与b平行的无数条直线均垂直于α内的任意直线为真命题;对于选项Bβ内垂直于αβ交线的直线垂直于平面α则它垂直于α内的任意直线为真命题;对于选项C, α内不与交线垂直的直线不垂直于β为假命题;对于选项D垂直于交线的直线必须在平面β内才与平面α垂直否则不垂直为假命题.]

    5平面α平面βαβlnβnl直线mα则直线mn的位置关系是________

    平行 [由题意知nαmαmn.]

    回顾本节内容自我完成以下问题:

    1.求二面角大小的步骤是什么?

    [提示] 求二面角大小的步骤,

    简称为一作二证三求

    2.面面垂直的性质定理体现了怎样的数学思想?

    [提示] 面面垂直的性质定理揭示了面面垂直、线面垂直及线线垂直间的内在联系体现了数学中的转化与化归思想.

     

     

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