2.1.1 平面
1.平面:平面與我們學過的點、直線、集合等概念一樣都是最基本的概念(不加定義的原始概念)。平面的基本特徵是無限延展性。
2.平面的畫法及表示
(1)平面的畫法:平面通常畫成平行四邊形,平行四邊形的銳角通常畫成45°,且橫邊長等於其鄰邊長的2倍,如圖1。如果乙個平面被另乙個平面遮擋住,為了增強它的立體感,我們常把它遮擋的部分用虛線畫出來,如圖2.
圖1圖2
(2)平面的表示法有如下幾種:(1)在乙個希臘字母α、β、γ的前面加「平面」二字,如平面α、平面β、平面γ等,且字母通常寫在平行四邊形的乙個銳角內(圖3);(2)用平行四邊形的四個字母表示,如平面abcd(圖4);(3)用表示平行四邊形的兩個相對頂點的字母來表示,如平面ac(圖4).
圖3圖4
3.點與平面的關係及其表示方法(平面內有無數個點,平面可以看成點的集合. )
點a在平面α內,記作:
點b在平面α外,記作:
4.平面的基本性質
公理1:如果一條直線上的兩點在乙個平面內,那麼這條直線在此平面內
符號表示為
作用:判斷直線是否在平面內
公理2:過不在一條直線上的三點,有且只有乙個平面.
符號表示為:a、b、c三點不共線=>有且只有乙個平面,使a∈α、b∈α、c∈α
作用:確定乙個平面的依據.
3個推論:
推論1:經過一條直線與直線外一點,有且只有乙個平面.
推論2:經過兩條平行直線,有且只有乙個平面.
推論3:經過兩條相交直線,有且只有乙個平面.
公理3:如果兩個不重合的平面有乙個公共點,那麼它們有且只有一條過該點的公共直線.
符號表示為:p∈α∩β=>α∩β=l,且p∈l
作用:判定兩個平面是否相交的依據
課堂練習
1.如果一條直線與兩條平行直線都相交,那麼這三條直線是否共面?
2 求證:兩兩相交且不過同乙個點的三條直線必在同一平面內.
3.在正方體中,
(1)與是否在同一平面內?(2)點是否在同一平面內?
(3)畫出平面與平面的交線,平面與平面的交線.
解:(1)在正方體中,∵, ∴由公理2的推論可知,與可確定平面,∴與在同一平面內.
(2)∵點不共線,由公理3可知,點可確定平面,∴ 點在同一平面內.
(3)∵,, ∴點平面,平面,又平面,平面, ∴ 平面平面,同理平面平面.
4.已知△abc三邊所在直線分別與平面α交於p、q、r三點,求證:p、q、r三點共線.
解:如圖13,∵a、b、c是不在同一直線上的三點,
∴過a、b、c有乙個平面β.
又∵ab∩α=p,且abβ,
∴點p既在β內又在α內.設α∩β=l,則p∈l,
同理可證:q∈l,r∈l,
∴p、q、r三點共線.
2.1.2空間中直線與直線之間的位置關係
1.空間中兩條直線的位置關係
共面直線相交:同一平面內,有且只有乙個公共點
平行:同一平面內,沒有公共點
異面直線:不同在任何乙個平面內,沒有公共點
2.異面直線
(1)概念:不同在任何乙個平面內的兩條直線.
(2)判斷:下列各圖中直線l與m是異面直線嗎?
(3)畫法:用乙個或兩個平面襯托
(4)辨析
①空間中沒有公共點的兩條直線是異面直線.
②分別在兩個不同平面內的兩條直線是異面直線.
③不同在某一平面內的兩條直線是異面直線.
④平面內的一條直線和平面外的一條直線是異面直線.
⑤既不相交,又不平行的兩條直線是異面直線 .
注意:判斷異面直線的關鍵:既不相交,又不平行.
3.公理4:平行於同一條直線的兩條直線互相平行。
符號表示為:設a、b、c是三條直線
注:公理4實質上是說平行具有傳遞性,在平面、空間此性質都適用;
公理4作用:判斷空間兩條直線平行的依據.
4. 異面直線所成的角
(1)等角定理:空間中如果兩個角的兩邊分別對應平行,那麼這兩個角相等或互補.
(2)異面直線a、b所成的角:在空間中任取一點o,過點o分別引a′∥a,b′∥b,則a′,b′所成的銳角(或直角)叫做兩條異面直線所成的角.
(3)異面直線所成的角的範圍:,如果兩條異面直線所成的角是直角,則叫兩條異面直線垂直,記作.
注:如果兩條異面直線 a , b 所成的角為直角,我們就稱這兩條異面直線互相垂直 , 記為a ⊥ b;在求作異面直線所成的角時,o點常選在其中的一條直線上(如線段的端點,線段的中點等)。求兩條異面直線所成角的步驟可以歸納為四步:
選點→平移→定角→計算.
課堂練習
1.直線外一點可作無數條直線與已知直線成異面直線?
2. 在正方體abcd-a1b1c1d1中,(1)哪些稜所在的直線與直線ba1成異面直線?(2)求直線ba1和cc1所成的角的大小。(3)哪些稜所在的直線與直線a1b垂直.
3.在空間四邊形abcd中, e、f分別是ab、cd中點, 且ef=5 , 又ad=6, bc=8. 求ad與bc所成角的余弦值.
4.如圖中,正方體abcd—a1b1c1d1,e、f分別是ad、aa1的中點.(1)求直線ab1和cc1所成的角的大小;(2)求直線ab1和ef所成的角的大小.
解:(1)如圖,鏈結dc1 , ∵dc1∥ab1,∴ dc1 和cc1所成的銳角∠cc1d就是ab1和cc1所成的角.∵ ∠cc1d=45°, ∴ ab1 和cc1所成的角是45°.
(2)如圖,鏈結da1、a1c1, ∵ ef∥a1d,ab1∥dc1,∴ ∠a1dc1是直線ab1和ef所成的角. ∵δa1dc1是等邊三角形, ∴ ∠a1dc1=60,即直線ab1和ef所成的角是60.
5.如圖,點a是bcd所在平面外一點,ad=bc,e、f分別是ab、cd的中點,且ef=ad,求異面直線ad和bc所成的角.
6.一條直線與兩條異面直線中的一條平行,則它和另一條的位置關係是( )
a.平行或異面b.相交或異面 c.異面d.相交
7.若a和b異面,b和c異面,則( )
和c異面
和c相交與c或平行或相交或異面
7.設空間四邊形abcd,e、f、g、h分別是ac、bc、db、da的中點,若ab=,cd=,且hg·he·sin∠ehg=,求ab和cd所成的角.
解:由三角形中位線的性質知,hg∥ab,he∥cd,
∴∠ehg就是異面直線ab和cd所成的角.
由題意可知efgh是平行四邊形,hg=,he=,
∴hg·he·sin∠ehg=sin∠ehg.
∴sin∠ehg=.
∴sin∠ehg=.故∠ehg=45°.
∴ab和cd所成的角為45°.
2.1.3、2.1.4直線與平面、平面與平面的位置關係
1.直線與平面有三種位置關係:
(1)直線在平面內 —— 有無數個公共點
(2)直線與平面相交 —— 有且只有乙個公共點
(3)直線在平面平行 —— 沒有公共點
aa∩α=aa∥α
2.兩個平面之間有兩種位置關係:
(1)兩個平面平行 —— 沒有公共點
(2)兩個平面相交 —— 有且只有一條公共直線
l注:畫兩個相互平行的平面時,要注意使表示平面的兩個平行四邊形的對應邊平行.
課堂練習
1.若直線a不平行於平面α,且aα,則下列結論成立的是( d )
a.α內的所有直線與a異面b.α內的直線與a都相交
c.α內存在唯一的直線與a平行d.α內不存在與a平行的直線
2.若直線aα,則下列結論中成立的個數是( a )
(1)α內的所有直線與a異面 (2)α內的直線與a都相交 (3)α內存在唯一的直線與a平行 (4)α內不存在與a平行的直線
a.0b.1c.2d.3
3.若兩條異面直線中的一條在平面α內,討論另一條直線與平面α的位置關係.
4.已知a,b,c為三條不重合的直線,為兩個不重合的平面。則正確的是
a∥b, b ∥c a ∥ba∥β ,b∥β a∥b
a ∥c , ∥c aa∥β, a∥ ∥β
5.下列命題中正確的個數是( )
⑴若直線l上有無數個點不在平面內,則l∥,(2)若直線l與平面平行,則l與平面內的任意一條直線都平行,(3)如果兩條平行直線中的一條與乙個平面平行,那麼另一條也與這個平面平行,(4)若直線l與平面平行,則l與平面內任意一條直線都沒有公共點
(a)0 (b) 1 (c) 2 (d)3
6.已知α∩β=l,aα且aβ,bβ且bα,又a∩b=p. 求證:a與β相交,b與α相交.
證明:如圖14,∵a∩b=p,
∴p∈a,p∈b.
又bβ,∴p∈β.
∴a與β有公共點p,即a與β相交.
同理可證,b與α相交.
7.已知平面α∩平面β=a, bα,b∩a=a,cβ且c∥a,
求證:b、c是異面直線.
證明:反證法:若b與c不是異面直線,則b∥c或b與c相交.
(1)若b∥c.∵a∥c,∴a∥b.這與a∩b=a矛盾.
(2)若b、c相交於b,則b∈β.又a∩b=a,∴a∈β.
∴abβ,即bβ.這與b∩β=a矛盾.
∴b,c是異面直線.
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數學必修2第二章知識點小結
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