高考数学经典例题总结一(含解析)
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两平面的平行判定和性质(含解析)
例1:已知正方体
求证:平面
证明:∵
∴
又
故
同理
又
∴ 平面
说明:上述证明是根据判定定理1实现的.本题也可根据判定定理2证明,只需连接
典型例题二
例2:如图,已知
典型例题一
例1 已知
分析:利用等腰梯形所具备的性质“两底互相平行且两腰长相等”进行解题.
解:如图,
设
即
由①、②解得
若
即
由③、④式解得
故
说明:(1)把哪两条边作为梯形的底是讨论的标准,解此题时注意不要漏解.(2)在遇到两直线平行问题时,一定要注意直线斜率不存在的情况.此题中
典型例题二
例2当
分析:分类讨论,利用两直线垂直的充要条件进行求解.或利用结论“设直线
解法一:由题意,直线
(1)若
(2)若
(3)若
当
∴
综上可知,当
解法二:由于直线
故当
说明:对于本题,容易出现忽视斜率存在性而引发的解题错误,如先认可两直线
由
解上述方程为
上述解题的失误在于机械地套用两直线垂直(斜率形式)的充要条件,忽视了斜率存在的大前提,因而失去对另一种斜率不存在时两直线垂直的考虑,出现了以偏概全的错误.
典型例题三
例3 已知直线
分析:(1)如图,利用点斜式方程,分别与
解法一:若直线
若直线
解方程组
解方程组
由
解之,得
综上可知,所求
解法二:由题意,直线
由直线
解法三:设直线
两式相减,得
又
联立①、②,可得
由上可知,直线
故所求直线方程为
说明:本题容易产生的误解是默认直线
一般地,求过一定点,且被两已知平行直线截得的线段为定长
典型例题四
例4 已知点
(A)1 (B)2 (C)3 (D)4
解:点
由题意,
说明:①本题还可以有另外两种解法:一种是利用勾股定理,另一种是直角三角形斜边
典型例题五
例5 已知
分析:利用角平分线的轴对称性质,求出
解:
典型例题六
例6 求经过两条直线
解一:解得两直线
解二:设所求直线方程为
解三:所求直线过点(
即
解四:设所求直线得方程为
即
由于该直线与已知直线
则
解得
代入(1)得所求直线方程为
典型例题七
例7 已知定点
分析:由连接两点的线中,直线段最短,利用对称,把折线转化为直线,即转化为求两点间的距离.
解:如图1,设点
∵
又
周长最小值是:
由两点式可得
而且易求得:
此时,周长最短,周长为
典型例题八
例8 已知实数
解:本题的几何意义是:直线
所以
说明:本题应为不等式的题目,难度较大,证明方法也较多,但用解析几何的方法解决显得轻松简捷,深刻地体现了数形结合的思想.
典型例题九
例9 在平面直角坐标系中,
分析:要使最大,只需最大,而是直线到直线的角(此处即为夹角),利用公式可以解决问题.
解:如图2,设点
∵
∴
于是直线
∴
=
=
=
∵
∴
当且仅当
说明:本题综合性强,是三角、不等式和解析几何知识的交汇点.另外本题也是足球射门最大角问题的推广.
为了更好地理解问题,可以演示用“几何画板”制作的课件.
典型例题十
例10 直线
分析:本题可有多种不同的解法,给出多种解法的途径是:一类利用直线方程的不同形式求解;另一类采用消元思想进行求解.
解法一:由
设
故
解法二:在直线
故由两点式可求得直线
解法三:设直线
解得
显然
解法四:设直线
即
消去
说明:在解法一中,应注意正确运用“到角公式”,明确由哪条直线到哪条直线的角.在具体解题时,最好能准确画出图形,直观地得出关系式.在解法四中,脱去绝对值符号时,运用了平面区域的知识.否则,若从表面上可得到两种结果,这显然很难准确地得出直线
本题的四种不同的解法,体现了求直线方程的不同的思想方法,具有一定的综合性.除此之外,从本题的不同解法中可以看出,只有对坐标法有了充分的理解与认识,并具有较强的数形结合意识,才有可能驾驭本题,从而在解法选择的空间上,真正做到游刃有余,左右逢源.
典型例题十一
例11 不论
分析:题目所给的直线方程的系数含有字母
另一思路是由于方程对任意的
解法一:对于方程
解方程组
将点
这表明不论
解法二:将已知方程以
由于
所以所给的直线不论
说明:(1)曲线过定点,即与参数无关,则参数的同次幂的系数为0,从而求出定点.
(2)分别令参数为两个特殊值,得方程组求出点的坐标,代入原方程满足,则此点为定点.
典型例题十二
例12 一年级为配合素质教育,利用一间教室作为学生绘画成果展览室.为节约经费,他们利用课桌作为展台,将装画的镜框旋置桌上,斜靠展出.已知镜框对桌面的倾角为
分析:建立如图所示的直角坐标系,
已知
因为视角最大时,从理论上讲,看画的效果最佳(不考虑其他因素).
解:设
于是
即
由于
当且仅当
说明:解决本题有两点至关重要:一是建立恰当的坐标系,使问题转化成解析几何问题求解;二是把问题进一步转化成求
本题是一个非常实际的数学应用问题,它不仅考查了直线的有关概念以及三角知识的结合运用,而且更重要的是考查了把实际问题转化为数学问题的能力.
典型例题十三
例13 知实数
分析:本题可使用减少变量法和数形结合法两种方法:
解:(法1)由
则
∴
(法2)∵实数
∴点
而
显然
∴
说明:利用几何意义,可以使复杂问题简单化.形如
典型例题十四
例14直线
分析:“角平分线”就意味着角相等,故可考虑使用直线的“到角”公式将“角相等”列成一个表达式.
解:(法1)由题意画出草图(如图所示).
∵点
则
由图易知
∴
∴
解得
∴
∴
∴
∴
(法2)设点
由对称性可得
解得
∴直线
由
∴
∴
∴
说明:(1)在解法1中设点
典型例题十五
例15 两条直线
(1)
(4)
分析:可先从平行的条件
解:由
由
(1)当
(2)当
(3)当
(4)当
(5)
由条件有
将
∴当
说明:由
典型例题十六
例16点
分析:可以用待定系数法先设出直线方程,再求之;也可从几何意义上考察这样的直线具有的特征.
解:(法1)设所求直线方程为
化简得
即
方程无解表明这样的
∴所求直线方程为
(法2)设所求直线为
(1)当
(2)当
∴所求直线的方程为
说明:该题如果用待定系数法解易漏掉
典型例题十七
例17 经过点
分析:已知直线
解法一:由已知直线
又由
又由直线
解法二:因为直线
又点
故直线
说明:解法二使用的是平行直线系,并用了待定系数法来解.
典型例题十八
例18 过点
分析:已知直线
解法一:由直线
又由
又因
解法二:由直线
又由直线
解得
说明:此题的解二中使用垂直直线系方程,并使用了待定系数法.
典型例题十九
例19知直线
分析:先求
解法一:由方程组
于是,所求直线
又由已知直线
有
当
故所求的直线
即
解法二:由已知直线
即
又由
即
从而
解得
说明:此题用到两直线的夹角公式,注意夹角公式与到角公式的区别。解法二还用到了过两相交直线的交点的直线系方程,用它可以省去求交点的过程,但不一定这样的运算就简单,还要根据具体题目选择合适的方法。
典型例题二十
例20 直线
分析:此题解法很多.如图,入射线与
思路一:已知
思路二:如图,由光线的反射定律可知,
思路三:由光的反射性质,可知反射线所在直线除经过
思路四:由直线
思路五:可求得
解法一:由已知入射线的倾斜角为
解方程组
又因
于是据外角定理
解法二:由已知可得
解得
以下求出
解法三:由已知得入射线所在直线方程为
利用关于直线对称点的知识,求得点
又由反射线所在直线过
解法四:可求得入射线所在直线方程为
于是可设反射线所在直线的方程为:
由于直线
所以
故
于是反射线的方程为:
解法五:由点
又因入射线与反射线所在直线关于
由于反射线所在直线经过
典型例题二十一
例21 已知直线
(1)点
(2)直线
(3)直线
分析:对称问题可分为四种类型:①点关于点的对称点;②点关于直线的对称点;③直线关于直线的对称直线;④直线关于点的对称直线.对于①利用中点坐标公式即可.对于②需利用“垂直”“平分”两个条件.若③④在对称中心(轴),及一个曲线方程已知的条件下给出,则通常采取坐标转移法,其次对于对称轴(中心)是特殊直线,如:坐标轴、直线
解:(1)设点
则线段
∴
解之得:
即
(2)直线
由
得
把
即直线
(3)设直线
由
将
∴直线
说明:本题是求有关对称点、对称直线的问题,主要用到中点坐标公式和直线垂直的斜率关系.
典型例题二十二
例22 已知直线
(1)在
(2)在
分析:较直接的思路是:用两点间的距离公式求出
解:(1)如图,设
则
∴
∴
∴
故所求的点为
(2)如下图,
即
代入
故所求的点
说明:本例利用求对称点的方法巧妙地求出了所求点
典型例题二十四
例24 已知点
分析:为使
解:设点
∵
∴
又
∴
而
∴
又已知点
∴点
设直线方程为
由两条平行直线之间的距离公式得:
∴
∴点
∴
由∴①②得:
∴点
说明:在平面几何中,常用交轨法作图得点
求证:
证明:过直线
∵
∴
又
∴
在同一个平面
∴
说明:本题也可以用反证法进行证明.
典型例题三
例3:如果一条直线与两个平行平面中的一个相交,那么它和另一个也相交.
已知:如图,
求证:
证明:在
∴
设
∵
∴
又
∵
所以
典型例题四
例4:已知平面
求证:
证明:连接
∵
∴
∵
∴
又
∴ △
∴
又
∴
故
同理
说明:本题还有其它证法,要点是对异面直线的处理.
典型例题六
例6 如图,已知矩形
求证:四边形
证明:∵
∴
不妨设
同理
又
∴
同理
又
∴
又
∴
同理
∴四边形
典型例题七
例7 设直线
A.
C.
分析:选项A是错误的,因为当
答案:C
说明:此题极易选A,原因是对平面平行的判定定理掌握不准确所致.
本例这样的选择题是常见题目,要正确得出选择,需要有较好的作图能力和对定理、公理的准确掌握、深刻理解,同时要考虑到各种情况.
典型例题八
例8 设平面
分析:要证明两平面平行,只要设法在平面
证明:在平面
∵平面
∴
∴
又∵
∴平面
说明:如果在
由面面垂直的性质推出“线面垂直”,进而推出“线线平行”、“线面平行”,最后得到“面面平行”,最后得到“面面平行”.其核心是要形成应用性质定理的意识,在立体几何证明中非常重要.
典型例题九
例9 如图所示,平面
(1)求证:
(2)求
分析:(1)要证
证明:(1)连结
∵
又
同理∵
∵
∵
∵
(2)分别连结
∵
又∵
∴
∴
又
在
说明:(1)证“线面平行”也可以先证“面面平行”,然后利用面面平行的性质,推证“线面平行”,这是一种以退为进的解题策略.
(2)空间线段的长度,一般通过构造三角形、然后利用余弦定理或勾股定理来求解.
(3)面面平行的性质:①面面平行,则线面平行;②面面平行,则被第三个平面所截得的交线平行.
典型例题十
例10 如果平面
分析:按直线和平面的三种位置关系分类予以研究.
解:设
(1)若
(2)若
∵
若
(3)若
综上,平面
典型例题十一
例11 试证经过平面外一点有且只有一个平面和已知平面平行.
已知:
求证:过
分析:“有且只有”要准确理解,要先证这样的平面是存在的,再证它是惟一的,缺一不可.
证明:在平面
点
在平面
故
∵
同理
又
所以过点
假设过
则在平面
∴
又
这与过一点有且只有一条直线与已知直线平行相矛盾,因此假设不成立,
所以平面
所以过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行.
典型例题十二
例12 已知点
分析1:如图,观察图形,即可判定
观察图形可以看出:连结
怎样证明
证法1:连结
∵
∴
在
∴
∵
又
∴
分析2:要证明
证法2:∵
∴
∵
∴
同理:
∴平面
∴
典型例题十三
例13 如图,线段
分析:求
解:∵平面
又∵
同理可证:
由
∴
由
又∵
∴
∴
说明:应用两个平行的性质一是可以证明直线与直线的平行,二是可以解决线面平行的问题.注意使用性质定理证明线线平行时,一定第三个平面与两个平行平面相交,其交线互相平行.
典型例题十四
例14 在棱长为
分析:通过前面的学习,我们解决了如下的问题:若
具体解法可按如下几步来求:①分别经过
解:如图,
根据正方体的性质,易证:
连结
因为
由三垂线定理:
∴
∴平面
如图所示:
在对角面
∴
∴
说明:关于异面直线之间的距离的计算,有两种基本的转移方法:①转化为线面距.设
典型例题十五
例15 正方体
解法1:(直接法)如图:
取
易证:
∴
小结:此法也称定义法,这种解法是作出异面直线的公垂线段来解.但通常寻找公垂线段时,难度较大.
解法2:(转化法)如图:
∵
∴
在
∵
∴
小结:这种解法是将线线距离转化为线面距离.
解法3:(转化法)如图:
∵平面
∴
∵
∴所求距离为
小结:这种解法是线线距离转化为面面距离.
解法4:(构造函数法)如图:
任取点
则
∴
则
故
小结:这种解法是恰当的选择未知量,构造一个目标函数,通过求这个函数的最小值来得到二异面直线之间的距离.
解法5:(体积桥法)如图:
当求
则
∵
∴
小结:本解法是将线线距离转化为线面距离,再将线面距离转化为锥体化为锥体的高,然后用体积公式求之.这种方法在后面将要学到.
说明:求异面直线距离的方法有:
(1)(直接法)当公垂线段能直接作出时,直接求.此时,作出并证明异面直线的公垂线段,是求异面直线距离的关键.
(2)(转化法)把线线距离转化为线面距离,如求异面直线
也可以转化为过
(3)(体积桥法)利用线面距再转化为锥体的高用何种公式来求.
(4)(构造函数法)常常利用距离最短原理构造二次函数,利用求二次函数最值来解.
两条异面直线间距离问题,教科书要求不高(要求会计算已给出公垂线时的距离),这方面的问题的其他解法,要适度接触,以开阔思路,供学有余力的同学探求.
典型例题十六
例16 如果
解法1:如图所示:
作
∵
∴在
∵
又∵
∴
∵
∴
∴
∴
解法2:如图:
∵
∴
设
而在
从而
即
说明:(1)本题考查直线和直线、直线和平面、平面和平面的位置关系,对于运算能力和空间想象能力有较高的要求,供学有余力的同学学习.
(2)解法1利用余弦定理,采用放缩的方法构造出关于
(3)解法2从几何性质角度加以解释说明,避免了繁杂的运算推导,但对空间想象能力要求很高,根据此解法可知线段
典型例题十七
例17 如果两个平面分别平行于第三个平面,那么这两个平面互相平行.
已知:
分析:本题考查面面平行的判定和性质定理以及逻辑推理能力.由于两个平面没有公共点称两平面平行,带有否定性结论的命题常用反证法来证明,因此本题可用反证法证明.另外也可以利用平行平面的性质定理分别在三个平面内构造平行且相交的两条直线,利用线线平行来推理证明面面平行,或者也可以证明这两个平面同时垂直于某一直线.
证明一:如图,
假设
∴
∵
∴
于是,过平面
这和“经过平面外一点有且只有一个平面与已知平面平行”相矛盾,假设不成立。
∴
证明二:如图,在平面
∵
∵
过
∵
∵
∴
∵
∴
同理
又∵
∴
证明三:如图,任作直线
∵
∵
∴
说明:证明两个平面平行,可根据定义、应用判定定理来证明.
典型例题十八
例18 如图,已知
分析:本题考查面面平行及线面垂直的判定和综合推理能力.根据前面学过的知识,过异面直线中的一条有且仅有一个平面与另一条平行.这样过
证明:在直线
故过
在直线
过
同理过
∵
∴
∵
∴
说明:由此题结论可知,两异面直线必定存在于两个互相平行的平面中.所以两异面直线间的距离就可转化为两平行平面间的距离(本题易证
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