文科立体几何知识点、方法总结高三复习.doc

立体几何知识点整理（文科）一 直线和平面的三种位置关系：1. 线面平行 符号表示： 2. 线面相交 符号表示： 3. 线在面内符号表示： 二 平行关系：1. 线线平行： 方法一：用线面平行实现。方法二：用面面平行实现。方法三：用线面垂直实现。 若，则。方法四：用向量方法： 若向量和向量共线且l、m不重合，则。2. 线面平行：方法一：用线线平行实现。方法二：用面面平行实现。方法三：用平面法向量实现。若为平面的一个法向量，且,则。3. 面面平行：方法一：用线线平行实现。方法二：用线面平行实现。三垂直关系： 1. 线面垂直： 方法一：用线线垂直实现。方法二：用面面垂直实现。2. 面面垂直： 方法一：用线面垂直实现。方法二：计算所成二面角为直角。3. 线线垂直： 方法一：用线面垂直实现。方法二：三垂线定理及其逆定理。方法三：用向量方法： 若向量和向量的数量积为0，则。三 夹角问题。(一) 异面直线所成的角：(1) 范围：(2)求法：方法一：定义法。步骤1：平移，使它们相交，找到夹角。步骤2：解三角形求出角。(常用到余弦定理)余弦定理：(计算结果可能是其补角)方法二：向量法。转化为向量的夹角(计算结果可能是其补角)：(二) 线面角(1)定义：直线l上任取一点P（交点除外），作PO于O,连结AO，则AO为斜线PA在面内的射影，(图中)为直线l与面所成的角。(2)范围： 当时，或当时，(3)求法：方法一：定义法。步骤1：作出线面角，并证明。步骤2：解三角形，求出线面角。(三) 二面角及其平面角(1)定义：在棱l上取一点P，两个半平面内分别作l的垂线（射线）m、n，则射线m和n的夹角为二面角l的平面角。(2)范围： (3)求法：方法一：定义法。步骤1：作出二面角的平面角(三垂线定理)，并证明。步骤2：解三角形，求出二面角的平面角。方法二：截面法。步骤1：如图，若平面POA同时垂直于平面，则交线(射线)AP和AO的夹角就是二面角。步骤2：解三角形，求出二面角。方法三：坐标法(计算结果可能与二面角互补)。步骤一：计算步骤二：判断与的关系，可能相等或者互补。四 距离问题。1点面距。方法一：几何法。步骤1：过点P作PO于O，线段PO即为所求。步骤2：计算线段PO的长度。(直接解三角形；等体积法和等面积法；换点法)2线面距、面面距均可转化为点面距。3异面直线之间的距离方法一：转化为线面距离。如图，m和n为两条异面直线，且，则异面直线m和n之间的距离可转化为直线m与平面之间的距离。方法二：直接计算公垂线段的长度。方法三：公式法。如图，AD是异面直线m和n的公垂线段，则异面直线m和n之间的距离为：高考题典例考点1 点到平面的距离例1如图，正三棱柱的所有棱长都为，为中点（）求证：平面；（）求二面角的大小；（）求点到平面的距离ABCDOF考点2 异面直线的距离例2 已知三棱锥，底面是边长为的正三角形，棱的长为2，且垂直于底面.分别为的中点，求CD与SE间的距离.考点3 直线到平面的距离BACDOGH例3 如图，在棱长为2的正方体中，G是的中点，求BD到平面的距离考点4 异面直线所成的角例4如图，在中，斜边可以通过以直线为轴旋转得到，且二面角的直二面角是的中点（I）求证：平面平面；（II）求异面直线与所成角的大小考点5 直线和平面所成的角例5. 四棱锥中，底面为平行四边形，侧面底面已知，（）证明；（）求直线与平面所成角的大小考点6 二面角例6如图，已知直二面角，ABCQP，直线和平面所成的角为（I）证明（II）求二面角的大小考点7 利用空间向量求空间距离和角例7 如图，已知是棱长为的正方体，点在上，点在上，且（1）求证：四点共面； （2）若点在上，点在上，垂足为，求证：平面； （3）用表示截面和侧面所成的锐二面角的大小，求常用结论1证明直线与直线的平行的思考途径：（1）转化为判定共面二直线无交点；（2）转化为二直线同与第三条直线平行；（3）转化为线面平行；（4）转化为线面垂直；（5）转化为面面平行.2证明直线与平面的平行的思考途径：（1）转化为直线与平面无公共点；（2）转化为线线平行；（3）转化为面面平行.3证明平面与平面平行的思考途径：（1）转化为判定二平面无公共点；（2）转化为线面平行；（3）转化为线面垂直.4证明直线与直线的垂直的思考途径：（1）转化为相交垂直；（2）转化为线面垂直；（3）转化为线与另一线的射影垂直；（4）转化为线与形成射影的斜线垂直.5证明直线与平面垂直的思考途径：（1）转化为该直线与平面内任一直线垂直；（2）转化为该直线与平面内相交二直线垂直；（3）转化为该直线与平面的一条垂线平行；（4）转化为该直线垂直于另一个平行平面；（5）转化为该直线与两个垂直平面的交线垂直.6证明平面与平面的垂直的思考途径：（1）转化为判断二面角是直二面角；（2）转化为线面垂直.7.夹角公式 ：设a，b，则cosa，b=.8异面直线所成角：=（其中（）为异面直线所成角，分别表示异面直线的方向向量）9.直线与平面所成角：(为平面的法向量).10、空间四点A、B、C、P共面，且 x + y + z = 111.二面角的平面角或（，为平面，的法向量）.12.三余弦定理：设AC是内的任一条直线，且BCAC，垂足为C，又设AO与AB所成的角为，AB与AC所成的角为，AO与AC所成的角为则.13.空间两点间的距离公式 若A，B，则=.14.异面直线间的距离： (是两异面直线，其公垂向量为，分别是上任一点，为间的距离).15.点到平面的距离：（为平面的法向量，是经过面的一条斜线，）.16.三个向量和的平方公式：17. 长度为的线段在三条两两互相垂直的直线上的射影长分别为，夹角分别为,则有.（立体几何中长方体对角线长的公式是其特例）.18. 面积射影定理 .(平面多边形及其射影的面积分别是、，它们所在平面所成锐二面角的).19. 球的组合体(1)球与长方体的组合体: 长方体的外接球的直径是长方体的体对角线长.(2)球与正方体的组合体:正方体的内切球的直径是正方体的棱长, 正方体的棱切球的直径是正方体的面对角线长, 正方体的外接球的直径是正方体的体对角线长.(3) 球与正四面体的组合体: 棱长为的正四面体的内切球的半径为,外接球的半径为.20.求点到面的距离的常规方法是什么？（直接法、体积法）二温馨提示：1.在用反三角函数表示直线的倾斜角、两条异面直线所成的角等时，你是否注意到它们各自的取值范围及义？ 异面直线所成的角、直线与平面所成的角、二面角的取值范围依次. 直线的倾斜角、到的角、与的夹角的取值范围依次是 反正弦、反余弦、反正切函数的取值范围分别是三解题思路：1、平行垂直的证明主要利用线面关系的转化： 线面平行的判定： 线面平行的性质： 三垂线定理（及逆定理）： 线面垂直： 面面垂直： 2、三类角的定义及求法 （1）异面直线所成的角，090 （2）直线与平面所成的角，090 （三垂线定理法：A作或证AB于B，作BO棱于O，连AO，则AO棱l，AOB为所求。） 三类角的求法： 找出或作出有关的角。 证明其符合定义，并指出所求作的角。计算大小（解直角三角形，或用余弦定理)高中数学立体几何 空间距离1.两条异面直线间的距离和两条异面直线分别垂直相交的直线，叫做这两条异面直线的公垂线；两条异面直线的公垂线在这两条异面直线间的线段的长度，叫做两条异面直线的距离.2.点到平面的距离从平面外一点引一个平面的垂线，这点和垂足之间的距离叫做这个点到这个平面的距离.3.直线与平面的距离如果一条直线和一个平面平行，那么直线上各点到这平面的距离相等，且这条直线上任意一点到平面的距离叫做这条直线和平面的距离.4.两平行平面间的距离和两个平行平面同时垂直的直线，叫做这两平行平面的公垂线，它夹在两个平行平面间的公垂线段的长叫做这两个平行平面的距离.题型一：两条异面直线间的距离【例1】 如图，在空间四边形ABCD中，AB=BC=CD=DA=AC=BD=a，E、F分别是AB、CD的中点.例1题图(1)求证：EF是AB和CD的公垂线；(2)求AB和CD间的距离；【规范解答】 (1)证明：连结AF，BF，由已知可得AF=BF.又因为AE=BE，所以FEAB交AB于E.同理EFDC交DC于点F.所以EF是AB和CD的公垂线.(2)在RtBEF中，BF=,BE=,所以EF2=BF2-BE2=2，即EF=.例2题图由(1)知EF是AB、CD的公垂线段，所以AB和CD间的距离为.【例2】 如图,正四面体ABCD的棱长为1，求异面直线AB、CD之间的距离.设AB中点为E，连CE、ED.AC=BC,AE=EB.CDAB.同理DEAB.AB平面CED.设CD的中点为F,连EF，则ABEF.同理可证CDEF.EF是异面直线AB、CD的距离.CE=,CF=FD=,EFC=90,EF=.AB、CD的距离是.【解后归纳】 求两条异面直线之间的距离的基本方法：（1）利用图形性质找出两条异面直线的公垂线，求出公垂线段的长度.（2）如果两条异面直线中的一条直线与过另一条直线的平面平行，可以转化为求直线与平面的距离.（3）如果两条异面直线分别在两个互相平行的平面内，可以转化为求两平行平面的距离.例3题图题型二：两条异面直线间的距离【例3】 如图(1),正四面体ABCD的棱长为1，求：A到平面BCD的距离；过A作AO平面BCD于O，连BO并延长与CD相交于E，连AE.AB=AC=AD,OB=OC=OD.O是BCD的外心.又BDBCCD，O是BCD的中心，BO=BE=.又AB1，且AOB=90,AO=.A到平面BCD的距离是.【例4】 在梯形ABCD中,ADBC,ABC=,AB=a,AD=3a且sinADC=,又PA平面ABCD,PA=a,求：(1)二面角PCDA的大小; (2)点A到平面PBC的距离.【规范解答】 (1)作AFDC于F,连结PF,AP平面ABCD,AFDC,PFDC,PFA就是二面角PCDA的平面角.在ADF中,AFD=90,ADF=arcsin,AD=3a,AF=,在RtPAF中tanPFA=,PFA=arc tan.(2)PA平面ABCD,PABC,又BCAB,BC平面PAB,作AHPB,则BCAH,AH平面PBC,PAAB,PA=AB=a,PB=a,AH=.【例5】 如图，所示的多面体是由底面为ABCD的长方体被截面AEC1F所截面而得到的，其中AB=4，BC=2，CC1=3，BE=1.（）求BF的长；（）求点C到平面AEC1F的距离.解法1：（）过E作EH/BC交CC1于H，则CH=BE=1，EH/AD，且EH=AD.AFEC1，FAD=C1EH. RtADFRtEHC1.DF=C1H=2. （）延长C1E与CB交于G，连AG，则平面AEC1F与平面ABCD相交于AG.过C作CMAG，垂足为M，连C1M，由三垂线定理可知AGC1M.由于AG面C1MC，且AG面AEC1F，所以平面AEC1F面C1MC.在RtC1CM中，作CQMC1，垂足为Q，则CQ的长即为C到面AEC1F的距离.解法2：（I）建立如图所示的空间直角坐标系，则D（0，0，0），B（2，4，0），A（2，0，0），C（0，4，0），E（2，4，1），C1（0，4，3）.设F（0，0，z）.AEC1F为平行四边形，（II）设为面AEC1F的法向量，的夹角为a，则C到平面AEC1F的距离为【例6】 正三棱柱的底面边长为8，对角线，D是AC的中点。BACD（1）求点到直线AC的距离.（2）求直线到平面的距离解：（1）连结BD，由三垂线定理可得：，所以就是点到直线AC的距离。在中（2）因为AC与平面BD交于的中点，设，则/DE，所以/平面，所以到平面BD的距离等于点到平面BD的距离，等于点到平面BD的距离，也就等于三棱锥的高， ，即直线到平面BD的距离是【解后归纳】 求空间距离注意三点：1常规遵循一作二证三计算的步骤；2多用转化的思想求线面和面面距离；3体积法是一种很好的求空间距离的方法【范例4】如图，在长方体AC1中，AD=AA1=1，AB=2，点E在棱AB上移动.（1）证明：D1EA1D；（2）当E为AB的中点时，求点E到面ACD1的距离；（3）AE等于何值时，二面角D1ECD的大小为.解析：法1（1）AE面AA1DD1，A1DAD1，A1DD1E（2）设点E到面ACD1的距离为h，在ACD1中，AC=CD1=，AD1=，故（3）过D作DHCE于H，连D1H、DE，则D1HCE， DHD1为二面角D1ECD的平面角. 设AE=x，则BE=2x