本题导读

本题考查平面与平面垂直的性质定理、直线与平面垂直的判定定理。核心在于辅助线构造法、逻辑演绎法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(1993年新高考(理)) 已知:平面 . 同垂直于平面 ,又同平行于直线 . 求证:

(1) ;

(2) .

🔍【思路分析】

破题导航

第一问():

  • 考虑使用面面垂直的性质定理。若在一个平面内作一条垂直于交线的直线,则该直线垂直于另一个平面。
  • 在平面 内任意取一点 ,分别作两条垂线垂直于 与 的交线。
  • 证明这几条构造出的垂线与交线 的关系,利用线面垂直的性质与唯一性证出 (亦可利用面面垂直性质定理的经典推论直接证明)。 第二问():
  • 结合第一问已证结论 。
  • 利用已知条件 且 ,通过线面平行的性质定理推导 。
  • 依据“两条平行线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于该平面”,直接得出 。

✅【答案】

Success

(1) 证明见解析

(2) 证明见解析

✍【详细解析】

Abstract

(1)证明: 在平面 内任取一点 。 因为 ,设 。在平面 内过点 作直线 , 根据面面垂直的性质定理(若两平面垂直,则在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面),可得:

因为 ,所以:

同理,设 。在平面 内过点 作直线 , 根据面面垂直的性质定理,可得:

因为 ,所以:

由此可知,直线 垂直于平面 内的两条相交直线 和 (均过点 )。 根据线面垂直的判定定理,可得:

(2)证明: 因为直线 ,且 。 过直线 作一个平面 使其与平面 相交,设 。 根据线面平行的性质定理,可得 。 因为 ,且由已知 ,同理可推得 所在构造关系。 实质上,由于 既平行于 又平行于 ,且 , 由线面平行的性质,在包含 的平面内作交线,容易证得:

由第(1)问已证结论可知:

根据空间中平行线的性质(两条平行直线中的一条垂直于一个平面,则另一条也垂直于这个平面),因为 且 ,所以:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:线面垂直、面面垂直、线面平行的转换。 核心方法:通过在第三个平面内“作辅助线法”将面面垂直转化为线面垂直;利用线面平行的性质实现“线线平行”的过渡。 避坑指南:

  • 空间平行关系的推导要严密。不能直接由 和 盲目得出 ,必须叙述或明确线面平行的性质定理这一中间逻辑支撑。
  • 在证明第一问时,若不直接使用推论,在构造垂线时必须保证平面 内的两条辅助垂线相交(通常选同一个点 发出),否则无法满足线面垂直判定定理的条件。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:本题第(1)问是立体几何经典几何教材中的重要定理推论(双面垂直于底面则交线垂直于底面),属于纯性质定理演绎题。 结论推广:本题在空间向量视角下极易理解。设平面 的法向量分别为 。

  • 现 ,。
  • 交线 的方向向量 。
  • 易知 或其分量关系,从而直接从代数上证明了 的一般普适性。

🔗【关联脉络】

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