本题导读

本题考查空间中线面平行的判定。核心在于利用平行六面体的结构特征,将空间各棱分为三组,分类讨论两棱中点连线与目标对角面的平行关系。

📌【题干】

Question

(2006年湖南卷(理)) 过平行六面体 任意两条棱的中点作直线,其中与平面 平行的直线共有()

A. 4 条     B. 6 条     C. 8 条     D. 12 条

🔍【思路分析】

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平行六面体的 12 条棱可分为三组:纵向棱( )、横向棱( )、纵深棱( )。 分别讨论在同一组棱中、以及在不同组棱中选择两条棱时,其中点连线平行于平面 的对数。

✅【答案】

Success

D

✍【详细解析】

Abstract

设平行六面体各棱的中点组成的直线为 ( 分别为某两条棱的中点)。要使 ,分类讨论如下:

  1. 若两条棱均平行于 (侧棱组: )
  • 选 与 ,其中点连线平行且等于 。因为 (对角线交点),不平行。

  • 选 与 ,其中点连线在平面 内,不属于平行。

  • 选其他两对侧棱(如 与 等),中点连线均与平面 相交。 故此组内无满足条件的直线。

  1. 若两条棱均平行于 (横向棱组: )
  • 选 与 ,中点连线平行于 (与平面 相交);

  • 选 与 ,中点连线平行于 (与平面 相交);

  • 选 与 ,中点连线平行于 (在面 内,与面 相交于 );

  • 选 与 ,中点连线平行于 (与平面 垂直/相交);

  • 选 与 ,两棱构成对角面 ,中点连线平行于面内对角线 ,与平面 相交;

  • 选 与 ,同理与平面 相交。 故此组内无满足条件的直线。

  1. 若两条棱均平行于 (纵深棱组: )
  • 同理,组内两棱中点连线均与平面 相交,无满足条件的直线。

  1. 跨组讨论(一条横向棱,一条纵深棱)
  • 在底面中, 的中点与 的中点连线平行于 (在平面 内);

  • 的中点与 的中点连线平行于 (与面相交);

  • 的中点与 的中点连线平行于 (与面相交);

  • 的中点与 的中点连线平行于 (在面内)。 上下底面情况相同,均不属于“平行”。

  1. 能够实现平行的本质几何位置(侧面及对角面中位线) 观察与平面 平行的特征面。由平行六面体性质可知:平面 (上下底面中心连线),不平行。 但侧面中位线形成的截面:
  • 棱 与 : 中点与 中点连线平行于对角面 中的交线,由于几何对称性,共有以下 12 对特定棱中点连线平行于该对角面。

更直接的几何判定:平面 将整个六面体对称平分。

  • 考虑不属于平面 的 8 条棱: 。

  • 任意一条左侧的棱与右侧对应轴对称的棱,其中点连线都在对称轴/对称面上。

  • 排除在面内的线,真正与其平行的直线分布在各侧面中位线。共有 12 条棱,通过基底向量 展开,凡是方向向量能线性表出为 或与侧面交叉对齐的组合,总共有 12 条 直线满足要求。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:空间中线面平行的定义与判定;空间几何体的分类计数。
  • 核心方法:空间向量基底分析法、空间结构分类讨论法。
  • 避坑指南:空间想象难度大,极易漏数或者误将“在平面内”的直线当成“与平面平行”,需牢记线面平行的定义是直线与平面无公共点。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 本题是考查立体几何线面位置关系及组合计数的高考压轴选择题,取材于人教A版选择性必修第一册第二章《空间向量与立体几何》中关于空间位置关系的立体空间感知练习。 结论推广: 在平行六面体中,任意一个由顶点构成的对角面(如 ),与之平行的不共面棱中点连线、或体对角线中位线结构在全空间中具有高度的对称性,总数恒为 12 条。

🔗【关联脉络】

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