(浙江專版)2019版高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第八章 立體幾何初步 第5節(jié) 直線、平面垂直的判定及其性質(zhì)學(xué)案 理

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1、 第5節(jié) 直線、平面垂直的判定及其性質(zhì) 最新考綱 1.以立體幾何的定義、公理和定理為出發(fā)點(diǎn),認(rèn)識(shí)和理解空間中線面垂直的有關(guān)性質(zhì)與判定定理;2.能運(yùn)用公理、定理和已獲得的結(jié)論證明一些空間圖形的垂直關(guān)系的簡(jiǎn)單命題. 知 識(shí) 梳 理 1.直線與平面垂直 (1)直線和平面垂直的定義 如果一條直線l與平面α內(nèi)的任意直線都垂直,就說直線l與平面α互相垂直. (2)判定定理與性質(zhì)定理 文字語(yǔ)言 圖形表示 符號(hào)表示 判定定理 一條直線與一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線都垂直,則該直線與此平面垂直 ?l⊥α 性質(zhì)定理 兩直線垂直于同一個(gè)平面,那么這兩條直線平行 ?a∥b

2、 2.平面與平面垂直 (1)平面與平面垂直的定義 兩個(gè)平面相交,如果它們所成的二面角是直二面角,就說這兩個(gè)平面互相垂直. (2)判定定理與性質(zhì)定理 文字語(yǔ)言 圖形表示 符號(hào)表示 判定定理 一個(gè)平面經(jīng)過另一個(gè)平面的一條垂線,則這兩個(gè)平面互相垂直 ?α⊥β 性質(zhì)定理 如果兩個(gè)平面互相垂直,則在一個(gè)平面內(nèi)垂直于它們交線的直線垂直于另一個(gè)平面 ?l⊥α [常用結(jié)論與微點(diǎn)提醒] 1.垂直關(guān)系的轉(zhuǎn)化 2.直線與平面垂直的五個(gè)結(jié)論 (1)若一條直線垂直于一個(gè)平面,則這條直線垂直于這個(gè)平面內(nèi)的任意直線. (2)若兩條平行線中的一條垂直于一個(gè)平面,則另一條也垂

3、直于這個(gè)平面. (3)垂直于同一條直線的兩個(gè)平面平行. (4)過一點(diǎn)有且只有一條直線與已知平面垂直. (5)過一點(diǎn)有且只有一個(gè)平面與已知直線垂直. 診 斷 自 測(cè) 1.思考辨析(在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”) (1)直線l與平面α內(nèi)的無(wú)數(shù)條直線都垂直,則l⊥α.(  ) (2)垂直于同一個(gè)平面的兩平面平行.(  ) (3)若兩平面垂直,則其中一個(gè)平面內(nèi)的任意一條直線垂直于另一個(gè)平面.(  ) (4)若平面α內(nèi)的一條直線垂直于平面β內(nèi)的無(wú)數(shù)條直線,則α⊥β.(  ) 解析 (1)直線l與平面α內(nèi)的無(wú)數(shù)條直線都垂直,則有l(wèi)⊥α或l與α斜交或l?α或l∥α,故(1)錯(cuò)誤. (2)垂

4、直于同一個(gè)平面的兩個(gè)平面平行或相交,故(2)錯(cuò)誤. (3)若兩個(gè)平面垂直,則其中一個(gè)平面內(nèi)的直線可能垂直于另一平面,也可能與另一平面平行,也可能與另一平面相交,也可能在另一平面內(nèi),故(3)錯(cuò)誤. (4)若平面α內(nèi)的一條直線垂直于平面β內(nèi)的所有直線,則α⊥β,故(4)錯(cuò)誤. 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× 2.(必修2P56A組7T改編)下列命題中錯(cuò)誤的是(  ) A.如果平面α⊥平面β,那么平面α內(nèi)一定存在直線平行于平面β B.如果平面α不垂直于平面β,那么平面α內(nèi)一定不存在直線垂直于平面β C.如果平面α⊥平面γ,平面β⊥平面γ,α∩β=l,那么l⊥平面γ D.

5、如果平面α⊥平面β,那么平面α內(nèi)所有直線都垂直于平面β 解析 對(duì)于D,若平面α⊥平面β,則平面α內(nèi)的直線可能不垂直于平面β,即與平面β的關(guān)系還可以是斜交、平行或在平面β內(nèi),其他選項(xiàng)易知均是正確的. 答案 D 3.(2016·浙江卷)已知互相垂直的平面α,β交于直線l,若直線m,n滿足m∥α,n⊥β,則(  ) A.m∥l B.m∥n C.n⊥l D.m⊥n 解析 因?yàn)棣痢搔拢絣,所以l?β,又n⊥β,所以n⊥l, 故選C. 答案 C 4.(2017·全國(guó)Ⅲ卷)在正方體ABCD-A1B1C1D1中,E為棱CD的中點(diǎn),則(  ) A.A1E⊥DC1 B.A1E⊥BD

6、 C.A1E⊥BC1 D.A1E⊥AC 解析 如圖,由題設(shè)知,A1B1⊥平面BCC1B1且BC1?平面BCC1B1,從而A1B1⊥BC1,又B1C⊥BC1,且A1B1∩B1C=B1,所以BC1⊥平面A1B1CD,又A1E?平面A1B1CD,所以A1E⊥BC1. 答案 C 5.(2017·浙江名校協(xié)作體聯(lián)考)已知矩形ABCD,AB=1,BC=.將△ABD沿矩形的對(duì)角線BD所在的直線進(jìn)行翻折,在翻折過程中,(  ) A.存在某個(gè)位置,使得直線AC與直線BD垂直 B.存在某個(gè)位置,使得直線AB與直線CD垂直 C.存在某個(gè)位置,使得直線AD與直線BC垂直 D.對(duì)任意位置,三對(duì)

7、直線“AC與BD”,“AB與CD”,“AD與BC”均不垂直 解析 若AB⊥CD,BC⊥CD,則可得CD⊥平面ACB,因此有CD⊥AC.因?yàn)锳B=1,BC=AD=,CD=1,所以AC=1,所以存在某個(gè)位置,使得AB⊥CD. 答案 B 6.(必修2P67練習(xí)2改編)在三棱錐P-ABC中,點(diǎn)P在平面ABC中的射影為點(diǎn)O, (1)若PA=PB=PC,則點(diǎn)O是△ABC的________心. (2)若PA⊥PB,PB⊥PC,PC⊥PA,則點(diǎn)O是△ABC的________心. 解析 (1)如圖1,連接OA,OB,OC,OP, 在Rt△POA、Rt△POB和Rt△POC中,PA=PC=PB,

8、所以O(shè)A=OB=OC,即O為△ABC的外心.         圖1        圖2 (2)如圖2,∵PC⊥PA,PB⊥PC,PA∩PB=P, ∴PC⊥平面PAB,AB?平面PAB, ∴PC⊥AB,又AB⊥PO,PO∩PC=P, ∴AB⊥平面PGC,又CG?平面PGC,∴AB⊥CG, 即CG為△ABC邊AB的高. 同理可證BD,AH分別為△ABC邊AC,BC上的高,即O為△ABC的垂心. 答案 (1)外 (2)垂 考點(diǎn)一 線面垂直的判定與性質(zhì) 【例1】 如圖,在四棱錐P-ABCD中,PA⊥底面ABCD, AB⊥AD,AC⊥CD, ∠ABC=60°,PA=A

9、B=BC,E是PC的中點(diǎn).證明: (1)CD⊥AE; (2)PD⊥平面ABE. 證明 (1)在四棱錐P-ABCD中, ∵PA⊥底面ABCD,CD?平面ABCD,∴PA⊥CD, 又∵AC⊥CD,且PA∩AC=A, ∴CD⊥平面PAC.而AE?平面PAC, ∴CD⊥AE. (2)由PA=AB=BC,∠ABC=60°,可得AC=PA. ∵E是PC的中點(diǎn),∴AE⊥PC. 由(1)知AE⊥CD,且PC∩CD=C, ∴AE⊥平面PCD. 而PD?平面PCD,∴AE⊥PD. ∵PA⊥底面ABCD,AB?平面ABCD, ∴PA⊥AB. 又∵AB⊥AD,且PA∩AD=A, ∴AB

10、⊥平面PAD,而PD?平面PAD, ∴AB⊥PD. 又∵AB∩AE=A,∴PD⊥平面ABE. 規(guī)律方法 (1)證明直線和平面垂直的常用方法有: ①判定定理;②垂直于平面的傳遞性(a∥b,a⊥α?b⊥α);③面面平行的性質(zhì)(a⊥α,α∥β?a⊥β);④面面垂直的性質(zhì)(α⊥β,α∩β=a,l⊥a,l?β?l⊥α). (2)證明線面垂直的核心是證線線垂直,而證明線線垂直則需借助線面垂直的性質(zhì).因此,判定定理與性質(zhì)定理的合理轉(zhuǎn)化是證明線面垂直的基本思想. 【訓(xùn)練1】 如圖所示,已知AB為圓O的直徑,點(diǎn)D為線段AB上一點(diǎn),且AD=DB,點(diǎn)C為圓O上一點(diǎn),且BC=AC,PD⊥平面ABC,PD=

11、DB. 求證:PA⊥CD. 證明 因?yàn)锳B為圓O的直徑,所以AC⊥CB. 在Rt△ABC中,由AC=BC得,∠ABC=30°. 設(shè)AD=1,由3AD=DB得,DB=3,BC=2. 由余弦定理得CD2=DB2+BC2-2DB·BCcos 30°=3, 所以CD2+DB2=BC2,即CD⊥AB. 因?yàn)镻D⊥平面ABC,CD?平面ABC, 所以PD⊥CD,由PD∩AB=D得,CD⊥平面PAB, 又PA?平面PAB,所以PA⊥CD. 考點(diǎn)二 面面垂直的判定與性質(zhì) 【例2】 (2017·江蘇卷)如圖,在三棱錐A-BCD中,AB⊥AD,BC⊥BD,平面ABD⊥平面BCD,點(diǎn)E,F(xiàn)

12、(E與A,D不重合)分別在棱AD,BD上,且EF⊥AD. 求證:(1)EF∥平面ABC; (2)AD⊥AC. 證明 (1)在平面ABD內(nèi),AB⊥AD,EF⊥AD, 則AB∥EF. ∵AB?平面ABC,EF?平面ABC, ∴EF∥平面ABC. (2)∵BC⊥BD,平面ABD∩平面BCD=BD,平面ABD⊥平面BCD,BC?平面BCD,∴BC⊥平面ABD. ∵AD?平面ABD,∴BC⊥AD. 又AB⊥AD,BC,AB?平面ABC,BC∩AB=B, ∴AD⊥平面ABC,又因?yàn)锳C?平面ABC,∴AD⊥AC. 規(guī)律方法 (1)證明平面和平面垂直的方法:①面面垂直的定義;②面面

13、垂直的判定定理. (2)已知兩平面垂直時(shí),一般要用性質(zhì)定理進(jìn)行轉(zhuǎn)化,在一個(gè)平面內(nèi)作交線的垂線,轉(zhuǎn)化為線面垂直,然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為線線垂直. 【訓(xùn)練2】 (2017·山東卷)由四棱柱ABCD-A1B1C1D1截去三棱錐C1-B1CD1后得到的幾何體如圖所示.四邊形ABCD為正方形,O為AC與BD的交點(diǎn),E為AD的中點(diǎn),A1E⊥平面ABCD. (1)證明:A1O∥平面B1CD1; (2)設(shè)M是OD的中點(diǎn),證明:平面A1EM⊥平面B1CD1. 證明 (1)取B1D1的中點(diǎn)O1,連接CO1,A1O1, 由于ABCD-A1B1C1D1是四棱柱, 所以A1O1∥OC,A1O1=OC, 因

14、此四邊形A1OCO1為平行四邊形, 所以A1O∥O1C, 又O1C?平面B1CD1,A1O?平面B1CD1, 所以A1O∥平面B1CD1. (2)因?yàn)锳C⊥BD,E,M分別為AD和OD的中點(diǎn), 所以EM⊥BD, 又A1E⊥平面ABCD,BD?平面ABCD, 所以A1E⊥BD, 因?yàn)锽1D1∥BD,所以EM⊥B1D1,A1E⊥B1D1, 又A1E,EM?平面A1EM,A1E∩EM=E, 所以B1D1⊥平面A1EM, 又B1D1?平面B1CD1, 所以平面A1EM⊥平面B1CD1. 考點(diǎn)三 平行與垂直的綜合問題(多維探究) 命題角度1 多面體中平行與垂直關(guān)系的證明

15、 【例3-1】 如圖,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,D,E分別為AB,BC的中點(diǎn),點(diǎn)F在側(cè)棱B1B上,且B1D⊥A1F,A1C1⊥A1B1.求證: (1)直線DE∥平面A1C1F; (2)平面B1DE⊥平面A1C1F. 證明 (1)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,A1C1∥AC. 在△ABC中,因?yàn)镈,E分別為AB,BC的中點(diǎn), 所以DE∥AC,于是DE∥A1C1. 又因?yàn)镈E?平面A1C1F,A1C1?平面A1C1F, 所以直線DE∥平面A1C1F. (2)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,A1A⊥平面A1B1C1. 因?yàn)锳1C1?平面A1B1C1,所以A1A⊥A

16、1C1. 又因?yàn)锳1C1⊥A1B1,A1A?平面ABB1A1,A1B1?平面ABB1A1,A1A∩A1B1=A1,所以A1C1⊥平面ABB1A1. 因?yàn)锽1D?平面ABB1A1,所以A1C1⊥B1D. 又因?yàn)锽1D⊥A1F,A1C1?平面A1C1F,A1F?平面A1C1F,A1C1∩A1F=A1,所以B1D⊥平面A1C1F. 因?yàn)橹本€B1D?平面B1DE,所以平面B1DE⊥平面A1C1F. 規(guī)律方法 (1)三種垂直的綜合問題,一般通過作輔助線進(jìn)行線線、線面、面面垂直間的轉(zhuǎn)化. (2)垂直與平行的結(jié)合問題,求解時(shí)應(yīng)注意平行、垂直的性質(zhì)及判定的綜合應(yīng)用. 命題角度2 平行垂直中探索性

17、問題 【例3-2】 如圖所示,平面ABCD⊥平面BCE,四邊形ABCD為矩形,BC=CE,點(diǎn)F為CE的中點(diǎn). (1)證明:AE∥平面BDF. (2)點(diǎn)M為CD上任意一點(diǎn),在線段AE上是否存在點(diǎn)P,使得PM⊥BE?若存在,確定點(diǎn)P的位置,并加以證明;若不存在,請(qǐng)說明理由. (1)證明  連接AC交BD于O,連接OF,如圖①. ∵四邊形ABCD是矩形,∴O為AC的中點(diǎn),又F為EC的中點(diǎn), ∴OF為△ACE的中位線, ∴OF∥AE,又OF?平面BDF,AE?平面BDF, ∴AE∥平面BDF. (2)解 當(dāng)P為AE中點(diǎn)時(shí),有PM⊥BE, 證明如下:取BE中點(diǎn)H,連接D

18、P,PH,CH,∵P為AE的中點(diǎn),H為BE的中點(diǎn), ∴PH∥AB,又AB∥CD,∴PH∥CD,∴P,H,C,D四點(diǎn)共面. ∵平面ABCD⊥平面BCE,平面ABCD∩平面BCE=BC,CD?平面ABCD,CD⊥BC. ∴CD⊥平面BCE,又BE?平面BCE, ∴CD⊥BE,∵BC=CE,H為BE的中點(diǎn),∴CH⊥BE, 又CD∩CH=C,∴BE⊥平面DPHC,又PM?平面DPHC, ∴BE⊥PM,即PM⊥BE. 規(guī)律方法 (1)求條件探索性問題的主要途徑:①先猜后證,即先觀察與嘗試給出條件再證明;②先通過命題成立的必要條件探索出命題成立的條件,再證明充分性. (2)涉及點(diǎn)的位置探索

19、性問題一般是先根據(jù)條件猜測(cè)點(diǎn)的位置再給出證明,探索點(diǎn)存在問題,點(diǎn)多為中點(diǎn)或三等分點(diǎn)中某一個(gè),也可以根據(jù)相似知識(shí)建點(diǎn). 【訓(xùn)練3】 (2018·嘉興七校聯(lián)考)在如圖所示的幾何體中,面CDEF為正方形,面ABCD為等腰梯形,AB∥CD,AC=,AB=2BC=2,AC⊥FB. (1)求證:AC⊥平面FBC. (2)求四面體FBCD的體積. (3)線段AC上是否存在點(diǎn)M,使EA∥平面FDM?若存在,請(qǐng)說明其位置,并加以證明;若不存在,請(qǐng)說明理由. (1)證明 在△ABC中, 因?yàn)锳C=,AB=2,BC=1,所以AC2+BC2=AB2, 所以AC⊥BC. 又因?yàn)锳C⊥FB,BC∩FB

20、=B, 所以AC⊥平面FBC. (2)解 因?yàn)锳C⊥平面FBC,F(xiàn)C?平面FBC,所以AC⊥FC. 因?yàn)镃D⊥FC,AC∩CD=C,所以FC⊥平面ABCD. 在等腰梯形ABCD中可得CB=DC=1,所以FC=1. 所以△BCD的面積為S=. 所以四面體FBCD的體積為VF-BCD=S·FC=. (3)解 線段AC上存在點(diǎn)M,且點(diǎn)M為AC中點(diǎn)時(shí),有EA∥平面FDM.證明如下: 連接CE,與DF交于點(diǎn)N,取AC的中點(diǎn)M,連接MN. 因?yàn)樗倪呅蜟DEF是正方形, 所以點(diǎn)N為CE的中點(diǎn). 所以EA∥MN.因?yàn)镸N?平面FDM,EA?平面FDM, 所以EA∥平面FDM. 所

21、以線段AC上存在點(diǎn)M,且M為AC的中點(diǎn),使得EA∥平面FDM成立. 基礎(chǔ)鞏固題組 一、選擇題 1.(2018·紹興檢測(cè))已知平面α⊥平面β,且α∩β=b,a?α,則“a⊥b”是“a⊥β”的(  ) A.充分不必要條件 B.必要不充分條件 C.充要條件 D.既不充分也不必要條件 解析 平面α⊥平面β,且α∩β=b,a?α,若a⊥b,則a⊥β,充分性成立;平面α⊥平面β,因?yàn)棣痢搔拢絙,所以b?β,若a⊥β,則a⊥b,必要性成立,所以“a⊥b”是“a⊥β”的充要條件,故選C. 答案 C 2.(2015·浙江卷)設(shè)α,β是兩個(gè)不同的平面,l,m是兩條不同的直線,且l?α

22、,m?β(  ) A.若l⊥β,則α⊥β B.若α⊥β,則l⊥m C.若l∥β,則α∥β D.若α∥β,則l∥m 解析 由面面垂直的判定定理,可知A選項(xiàng)正確;B選項(xiàng)中,l與m可能平行;C選項(xiàng)中,α與β可能相交;D選項(xiàng)中,l與m可能異面. 答案 A 3.若平面α,β滿足α⊥β,α∩β=l,P∈α,P?l,則下列命題中是假命題的為(  ) A.過點(diǎn)P垂直于平面α的直線平行于平面β B.過點(diǎn)P垂直于直線l的直線在平面α內(nèi) C.過點(diǎn)P垂直于平面β的直線在平面α內(nèi) D.過點(diǎn)P且在平面α內(nèi)垂直于l的直線必垂直于平面β 解析 由于過點(diǎn)P垂直于平面α的直線必平行于平面β內(nèi)垂直于交線

23、的直線,因此也平行于平面β,因此A正確.過點(diǎn)P垂直于直線l的直線有可能垂直于平面α,不一定在平面α內(nèi),因此B不正確.根據(jù)面面垂直的性質(zhì)定理知,選項(xiàng)C,D正確. 答案 B 4.如圖,在正四面體P-ABC中,D,E,F(xiàn)分別是AB,BC,CA的中點(diǎn),下面四個(gè)結(jié)論不成立的是(  ) A.BC∥平面PDF B.DF⊥平面PAE C.平面PDF⊥平面PAE D.平面PDE⊥平面ABC 解析 因?yàn)锽C∥DF,DF?平面PDF, BC?平面PDF, 所以BC∥平面PDF,故選項(xiàng)A正確. 在正四面體中,AE⊥BC,PE⊥BC,AE∩PE=E, ∴BC⊥平面PAE,DF∥BC,則DF⊥平

24、面PAE,又DF?平面PDF,從而平面PDF⊥平面PAE.因此選項(xiàng)B,C均正確. 答案 D 5.(2017·麗水調(diào)研)設(shè)l是直線,α,β是兩個(gè)不同的平面,則下列說法正確的是(  ) A.若l∥α,l∥β,則α∥β B.若l∥α,l⊥β,則α⊥β C.若α⊥β,l⊥α,則l∥β D.若α⊥β,l∥α,則l⊥β 解析 A中,α∥β或α與β相交,不正確.B中,過直線l作平面γ,設(shè)α∩γ=l′,則l′∥l,由l⊥β,知l′⊥β,從而α⊥β,B正確.C中,l∥β或l?β,C不正確.D中,l與β的位置關(guān)系不確定. 答案 B 6.如圖,以等腰直角三角形ABC的斜邊BC上的高AD為折痕,

25、把△ABD和△ACD折成互相垂直的兩個(gè)平面后,某學(xué)生得出下列四個(gè)結(jié)論: ①BD⊥AC; ②△BAC是等邊三角形; ③三棱錐D-ABC是正三棱錐; ④平面ADC⊥平面ABC. 其中正確的是(  ) A.①②④ B.①②③ C.②③④ D.①③④ 解析 由題意知,BD⊥平面ADC,且AC?平面ADC,故BD⊥AC,①正確;AD為等腰直角三角形斜邊BC上的高,平面ABD⊥平面ACD,所以AB=AC=BC,△BAC是等邊三角形,②正確;易知DA=DB=DC,又由②知③正確;由①知④錯(cuò). 答案 B 二、填空題 7.如圖,已知PA⊥平面ABC,BC⊥AC,則圖中直角三角

26、形的個(gè)數(shù)為________. 解析 ∵PA⊥平面ABC,AB,AC,BC?平面ABC, ∴PA⊥AB,PA⊥AC,PA⊥BC,則△PAB,△PAC為直角三角形.由BC⊥AC,且AC∩PA=A,∴BC⊥平面PAC,從而BC⊥PC,因此△ABC,△PBC也是直角三角形. 答案 4 8.(2018·杭州質(zhì)檢)設(shè)α,β是兩個(gè)不同的平面,m是一條直線,給出下列命題: ①若m⊥α,m?β,則α⊥β; ②若m∥α,α⊥β,則m⊥β. 其中真命題是__________(填序號(hào)). 解析 由面面垂直的判定定理可知①是真命題;若m∥α,α⊥β,則m,β的位置關(guān)系不確定,可能平行、相交或m?β,

27、則②是假命題. 答案?、? 9.如圖所示,在四棱錐P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,且底面各邊都相等,M是PC上的一動(dòng)點(diǎn),當(dāng)點(diǎn)M滿足________時(shí),平面MBD⊥平面PCD(只要填寫一個(gè)你認(rèn)為正確的條件即可). 解析 由題意可知,BD⊥PC. ∴當(dāng)DM⊥PC(或BM⊥PC)時(shí),有PC⊥平面MBD. 又PC?平面PCD,∴平面MBD⊥平面PCD. 答案 DM⊥PC(或BM⊥PC等) 10.(2016·全國(guó)Ⅱ卷改編)α,β是兩個(gè)平面,m,n是兩條直線. (1)如果m⊥α,n∥α,那么m,n的位置關(guān)系是________; (2)如果m∥n,α∥β,那么m與α所成的角和n與β所

28、成的角的大小關(guān)系是________. 解析 (1)由線面平行的性質(zhì)定理知存在直線l?α,n∥l,m⊥α,所以m⊥l,所以m⊥n. (2)因?yàn)閙∥n,所以m與α所成的角和n與α所成的角相等.因?yàn)棣痢桅?,所以n與α所成的角和n與β所成的角相等,所以m與α所成的角和n與β所成的角相等. 答案 (1)垂直 (2)相等 三、解答題 11.如圖,在三棱錐P-ABC中,平面PAB⊥平面ABC,PA⊥PB,M,N分別為AB,PA的中點(diǎn). (1)求證:PB∥平面MNC; (2)若AC=BC,求證:PA⊥平面MNC. 證明 (1)因?yàn)镸,N分別為AB,PA的中點(diǎn),所以MN∥PB. 又因?yàn)镸N

29、?平面MNC,PB?平面MNC,所以PB∥平面MNC. (2)因?yàn)镻A⊥PB,MN∥PB,所以PA⊥MN. 因?yàn)锳C=BC,AM=BM,所以CM⊥AB. 因?yàn)槠矫鍼AB⊥平面ABC, CM?平面ABC,平面PAB∩平面ABC=AB. 所以CM⊥平面PAB. 因?yàn)镻A?平面PAB,所以CM⊥PA. 又MN∩CM=M,所以PA⊥平面MNC. 12.(2016·北京卷)如圖,在四棱錐P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,AB∥DC,DC⊥AC. (1)求證:DC⊥平面PAC; (2)求證:平面PAB⊥平面PAC; (3)設(shè)點(diǎn)E為AB的中點(diǎn),在棱PB上是否存在點(diǎn)F,使得PA∥平

30、面CEF?說明理由. (1)證明 因?yàn)镻C⊥平面ABCD, 所以PC⊥DC.又因?yàn)锳C⊥DC,且PC∩AC=C,所以DC⊥平面PAC. (2)證明 因?yàn)锳B∥DC,DC⊥AC,所以AB⊥AC. 因?yàn)镻C⊥平面ABCD,所以PC⊥AB. 又因?yàn)镻C∩AC=C,所以AB⊥平面PAC. 又AB?平面PAB,所以平面PAB⊥平面PAC. (3)解 棱PB上存在點(diǎn)F,使得PA∥平面CEF. 理由如下:取PB的中點(diǎn)F,連接EF,CE,CF,又因?yàn)镋為AB的中點(diǎn),所以EF∥PA.又因?yàn)镻A?平面CEF,且EF?平面CEF, 所以PA∥平面CEF. 能力提升題組 13.(2018·舟

31、山調(diào)研)在三棱錐P-ABC中,已知PA⊥底面ABC,AB⊥BC,E,F(xiàn)分別是線段PB,PC上的動(dòng)點(diǎn),則下列說法錯(cuò)誤的是(  ) A.當(dāng)AE⊥PB時(shí),△AEF一定為直角三角形 B.當(dāng)AF⊥PC時(shí),△AEF一定為直角三角形 C.當(dāng)EF∥平面ABC時(shí),△AEF一定為直角三角形 D.當(dāng)PC⊥平面AEF時(shí),△AEF一定為直角三角形 解析 因?yàn)锳P⊥平面ABC,BC?平面ABC,所以AP⊥BC,又AB⊥BC,且PA和AB是平面PAB內(nèi)兩條相交直線,則BC⊥平面PAB,又AE?平面PAB,所以BC⊥AE,當(dāng)AE⊥PB時(shí),AE⊥平面PBC,又EF?平面PBC,則AE⊥EF,△AEF一定是直角三角

32、形,A正確;當(dāng)EF∥平面ABC時(shí),EF在平面PBC內(nèi),平面PBC與平面ABC相交于BC,則EF∥BC,則EF⊥AE,△AEF一定是直角三角形,C正確;當(dāng)PC⊥平面AEF時(shí),AE⊥PC,又AE⊥BC,則AE⊥平面PBC,又EF?平面PBC,所以AE⊥EF,△AEF一定是直角三角形,D正確;B中結(jié)論無(wú)法證明. 答案 B 14.(2017·諸暨調(diào)研)如圖,在正方形ABCD中,E,F(xiàn)分別是BC,CD的中點(diǎn),沿AE,AF,EF把正方形折成一個(gè)四面體,使B,C,D三點(diǎn)重合,重合后的點(diǎn)記為P,P點(diǎn)在△AEF內(nèi)的射影為O,則下列說法正確的是(  ) A.O是△AEF的垂心 B.O是△AEF的內(nèi)心

33、 C.O是△AEF的外心 D.O是△AEF的重心 解析 由題意可知PA,PE,PF兩兩垂直, 所以PA⊥平面PEF,從而PA⊥EF, 而PO⊥平面AEF,則PO⊥EF,因?yàn)镻O∩PA=P, 所以EF⊥平面PAO, ∴EF⊥AO,同理可知AE⊥FO,AF⊥EO, ∴O為△AEF的垂心. 答案 A 15.如圖,已知六棱錐PABCDEF的底面是正六邊形,PA⊥平面ABC,PA=2AB,則下列結(jié)論中: ①PB⊥AE;②平面ABC⊥平面PBC;③直線BC∥平面PAE;④∠PDA=45°. 其中正確的有________(把所有正確的序號(hào)都填上). 解析 由PA⊥平面AB

34、C,AE?平面ABC,得PA⊥AE, 又由正六邊形的性質(zhì)得AE⊥AB,PA∩AB=A,得AE⊥平面PAB,又PB?平面PAB,∴AE⊥PB,①正確;又平面PAD⊥平面ABC,∴平面ABC⊥平面PBC不成立,②錯(cuò);由正六邊形的性質(zhì)得BC∥AD,又AD?平面PAD,BC?平面PAD,∴BC∥平面PAD,∴直線BC∥平面PAE也不成立,③錯(cuò);在Rt△PAD中,PA=AD=2AB,∴∠PDA=45°,∴④正確. 答案 ①④ 16.如圖,在四棱錐P-ABCD中,PA⊥CD,AD∥BC,∠ADC=∠PAB=90°,BC=CD=AD. (1)在平面PAD內(nèi)找一點(diǎn)M,使得直線CM∥平面PAB,并說

35、明理由. (2)證明:平面PAB⊥平面PBD. (1)解 取棱AD的中點(diǎn)M(M∈平面PAD),點(diǎn)M即為所求的一個(gè)點(diǎn),理由如下: 因?yàn)锳D∥BC,BC=AD.所以BC∥AM,且BC=AM. 所以四邊形AMCB是平行四邊形,從而CM∥AB. 又AB?平面PAB.CM?平面PAB. 所以CM∥平面PAB. (說明:取棱PD的中點(diǎn)N,則所找的點(diǎn)可以是直線MN上任意一點(diǎn)) (2)證明 由已知,PA⊥AB,PA⊥CD. 因?yàn)锳D∥BC,BC=AD, 所以直線AB與CD相交, 所以PA⊥平面ABCD. 又BD?平面ABCD, 從而PA⊥BD. 因?yàn)锳D∥BC,BC=AD,

36、M為AD的中點(diǎn),連接BM, 所以BC∥MD,且BC=MD. 所以四邊形BCDM是平行四邊形, 所以BM=CD=AD,所以BD⊥AB. 又AB∩AP=A,所以BD⊥平面PAB. 又BD?平面PBD, 所以平面PAB⊥平面PBD. 17.如圖,三棱臺(tái)DEF-ABC中,AB=2DE,G,H分別為AC,BC的中點(diǎn). (1)求證:BD∥平面FGH; (2)若CF⊥BC,AB⊥BC,求證:平面BCD⊥平面EGH. 證明 (1)連接DG,CD,設(shè)CD∩GF=M,連接MH. 在三棱臺(tái)DEF-ABC中, AB=2DE,G為AC中點(diǎn), 可得DF∥GC,且DF=GC, 則四邊形DFCG為平行四邊形. 從而M為CD的中點(diǎn), 又H為BC的中點(diǎn), 所以HM∥BD,又HM?平面FGH,BD?平面FGH, 故BD∥平面FGH. (2)連接HE,因?yàn)镚,H分別為AC,BC的中點(diǎn), 所以GH∥AB.由AB⊥BC,得GH⊥BC. 又H為BC的中點(diǎn),所以EF∥HC,EF=HC, 因此四邊形EFCH是平行四邊形, 所以CF∥HE.又CF⊥BC,所以HE⊥BC. 又HE,GH?平面EGH,HE∩GH=H, 所以BC⊥平面EGH. 又BC?平面BCD,所以平面BCD⊥平面EGH. 19

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