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2. 平面与平面垂直

空间几何体与空间向量 · 高三
讲清楚它是什么

定义 两个平面相交,若所成的二面角是直二面角,则这两个平面互相垂直。

从哪来 本知识点是立体几何空间位置关系的起点,不依赖其他前置知识点,直接基于“平面”与“二面角”的基本概念构建。

为什么 平面垂直的本质是“方向”的垂直。在空间中,平面的方向由其法向量决定。若两个平面的法向量互相垂直(数量积为0),则这两个平面互相垂直。几何上,这意味着在一个平面内存在无数条直线垂直于另一个平面,从而将“线面垂直”的判定转化为“面面垂直”的判定,建立了空间维度的正交关系。

直观演示法
用两本书代表两个平面,书脊代表交线。将一本书立起,另一本平放,观察它们形成的直角。强调“垂直”不是指整个面“立起来”,而是指其中一个面内有一条线“扎进”另一个面。
适合:空间想象力较弱、依赖视觉直观感知的学生。
向量代数法
引入法向量 $\vec{n_1}, \vec{n_2}$。推导 $\alpha \perp \beta \iff \vec{n_1} \cdot \vec{n_2} = 0$。通过坐标运算证明垂直,将几何问题转化为代数计算,消除空间想象障碍。
适合:代数运算能力强、喜欢逻辑推导和计算、空间感一般的学生。
判定定理推导法
从“线面垂直”出发。若平面 $\alpha$ 内有一条直线 $l$ 垂直于平面 $\beta$,则 $\alpha \perp \beta$。通过反证法或公理体系推导,强调“线”是沟通“面”与“面”垂直的桥梁。
适合:逻辑推理能力强、擅长几何证明、喜欢探究定理来源的学生。
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练一道
变式
条件*:设 $PA=AD$。 1. 由上可知 $CD \perp AE$。 2. 因为 $PA=AD$,$\triangle PAD$ 为等腰直角三角形,$E$ 为斜边 $PD$ 中点,所以 $AE \perp PD$。 3. 因为 $CD \cap PD = D$,所以 $AE \perp$ 平面 $PCD$。 4. 因为 $AE \subset$ 平面 $AEC$,所以 平面 $AEC \perp$ 平面 $PCD$。
试试手自己判
检测题
已知平面 $\alpha$ 的法向量为 $\vec{n_1} = (1, -2, 3)$,平面 $\beta$ 的法向量为 $\vec{n_2} = (2, 4, -2)$。判断平面 $\alpha$ 与 $\beta$ 的位置关系。
看答案和判分标准
答案:垂直。
判对标准:
1. 学生需计算 $\vec{n_1} \cdot \vec{n_2} = 1\times2 + (-2)\times4 + 3\times(-2) = 2 - 8 - 6 = -12 \neq 0$。
*等等,我出的题数据不对,重新设计数据*。
修正题目:
已知平面 $\alpha$ 的法向量为 $\vec{n_1} = (1, 2, -2)$,平面 $\beta$ 的法向量为 $\vec{n_2} = (2, -1, 0)$。判断平面 $\alpha$ 与 $\beta$ 的位置关系。
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