8.4.2 空间点、直线、平面之间的位置关系

人教 A 版 · 本节 5 页原书扫描(原文)+ 本站重写的讲解与习题详解考过 10 题 ↓

原书扫描页(人教 A 版原文)

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本节的知识树

1 概念 · 最深 1 层。根是引本节作教材出处的实体,长链由 `prereqs` 构建期派生——源里只有最小一步。

考过本节的真题

共 10 道

讲解

本站对这一节的重写(不是原书转写):顺序可重组、推导可补全,目标是易读易学 + 与真题关联。原文以上方扫描图为准。

这一节不引入任何新的计算,它只做一件事:把空间中点、直线、平面之间可能有的位置关系一次数清,并给每一条配上符号与画法。它是整个立体几何的词汇表——后面所有关于平行、垂直的定理,都在这一节的框架里说话。

课本的舞台是长方体 ABCD−A′B′C′D′ABCD-A'B'C'D':8 个顶点、12 条棱、6 个面,把全部位置关系都摆出来了。先把这张总账放在这里,后面每一节都会回来查它:

对象位置关系公共点情况符号
点与直线在直线上 / 在直线外在直线上只有它自己A∈lA \in l / A∉lA \notin l
点与平面在平面内 / 在平面外在平面内就是它自己A∈αA \in \alpha / A∉αA \notin \alpha
直线与直线相交 / 平行 / 异面相交恰有一个;平行与异面没有a∩b=Aa \cap b = A / a∥ba \parallel b
直线与平面在平面内 / 相交 / 平行无数个 / 恰一个 / 没有a⊂αa \subset \alpha / a∩α=Aa \cap \alpha = A / a∥αa \parallel \alpha
平面与平面平行 / 相交没有 / 一整条公共直线α∥β\alpha \parallel \beta / α∩β=l\alpha \cap \beta = l

点与直线、点与平面这两种关系初中就熟,这一节真正的新东西是异面直线,以及「直线在平面外」「面面相交」这两个说法的准确含义。

一、两条直线的三种位置关系

两条直线的位置关系由「有没有公共点」和「能不能共面」联合决定:

  • 相交:在同一平面内,有且只有一个公共点;
  • 平行:在同一平面内,没有公共点;
  • 异面:不同在任何一个平面内,没有公共点。

「异面」的定义里最关键的是「任何一个平面」:不是这张图上没有平面同时装下它们,而是不存在任何一个平面同时包含这两条直线。所以长方体里,ABAB 与 DCDC 平行(同在面 ABCDABCD 内),ABAB 与 BCBC 相交于 BB,ABAB 与 CC′CC' 是异面直线——ABAB 与 CC′CC' 既不平行也不相交(一个水平、一个竖直,没有公共点),而空间两条直线的位置关系只有三种,排除了前两种就只剩异面。

画异面直线时,课本用平面衬托(图 8.4-12 的画法),目的就是让人看出「不共面」:两条异面直线直接画在一起,容易被误读成相交或平行。

判断异面直线的两个武器:

  1. 例 2 的结论(最常用):与一个平面相交的直线,和这个平面内不经过交点的直线是异面直线。例 2 中 AB∩α=BAB \cap \alpha = B、a⊂αa \subset \alpha 且 B∉aB \notin a,所以 ABAB 与 aa 异面。这个结论可以直接用,不必每次重证。
  2. 反证法(例 2 的证明就是它):假设两条直线共面,推出矛盾。例 2 中若 ABAB 与 aa 共面于 β\beta,则 B∈βB \in \beta、a⊂βa \subset \beta——而过点 BB 与直线 aa 的平面有且仅有一个(推论 1),所以 β\beta 只能是 α\alpha,于是 AB⊂αAB \subset \alpha、A∈αA \in \alpha,与 A∉αA \notin \alpha 矛盾。

顺带记下例 2 里起作用的推论链:「过直线外一点与这条直线有且仅有一个平面」。立体几何的证明经常是「8.4.1 的推论 + 基本事实」的组合拳。

二、直线与平面的三种位置关系

  • 直线在平面内:有无数个公共点,记 a⊂αa \subset \alpha;
  • 直线与平面相交:有且只有一个公共点,记 a∩α=Aa \cap \alpha = A;
  • 直线与平面平行:没有公共点,记 a∥αa \parallel \alpha。

注意「直线在平面外」不是第三种位置关系,它是相交与平行的合称。判断题里出现「在平面外」,先分两支想。

画图有一条规范(课本 ●● 里提醒的):直线在平面内,画在表示平面的平行四边形内;直线在平面外,把直线或它的一部分画在平行四边形外。这条规范是读图的基础——课本里的图就是照它画的,看图判断位置关系时才有据可依。

三、两个平面的两种位置关系

  • 平行:没有公共点,记 α∥β\alpha \parallel \beta;
  • 相交:有一条公共直线,记 α∩β=l\alpha \cap \beta = l。

两个平面不可能「只有一个公共点」:由基本事实 3,两个不重合的平面有一个公共点,就有且只有一条过该点的公共直线。所以面面相交的公共部分永远是一条直线——不是一点,不是一段弧线。画平行平面时,让两个平行四边形的对应边平行。

四、判断套路:先数公共点,再谈共面

三类位置关系的判据有一个共同的骨架——公共点的个数:

  • 两条直线:有公共点 → 相交;没有 → 还要再查共面:共面则平行,不共面则异面。
  • 直线与平面:无数个 → 在平面内;恰一个 → 相交;零个 → 平行。「零个公共点」本身就是线面平行的定义,不用再查。
  • 两个平面:零个 → 平行;有一个 → 相交(且公共部分是整条直线)。

「没有公共点」这句话在三种情形下分量不同:对两条直线,它只说明「不是相交」,平行还是异面要看共面;对线面、面面,它直接就给出了平行。

「共面」的判断,小题里靠图,证明题里靠推论:两条相交直线确定一个平面(推论 2),两条平行直线确定一个平面(推论 3)。习题 8.4 第 6 题是这条思路的完整演示:两条平行直线确定平面 α\alpha,第三条直线与它们各有一个交点,两个交点都在 α\alpha 内,由基本事实 2 整条直线在 α\alpha 内——三线共面。

五、长方体:整章的教具

课本反复用长方体不是随手挑的:它的 12 条棱(12 条直线)、6 个面(6 个平面)把每种位置关系都提供了实例。判断一组直线、平面的位置关系时,先在长方体里找一组同构的实例,再照实例回答——练习 1(2)(相邻两个面的对角线:可能相交,也可能异面)、练习 2(ABAB 与 ACAC、A′BA'B 与 ACAC 等四对)都在用这个办法。正方体、长方体题占立体几何小题的相当比例,认熟它们的棱、面对角线之间的关系,是本节最划算的投入。

六、易错清单(按失分频率排)

  1. 「没有公共点」直接说「平行」——两条直线没有公共点,还可能是异面直线(练习 1(1) 选 D)。「异面」的定义里「不同在任何一个平面内」这个条件不能省:只有先确认共面,没有公共点才是平行。
  2. 断言「异面」却不给理由。判断异面要用例 2 的结论或反证法;凭「看着不共面」答证明题拿不到分。同理,「分别在两个平面内的直线是异面直线」也不对(习题 3(3))——它们可能平行。
  3. 「直线在平面外」=「与平面平行」。在平面外是相交与平行的合称。习题 2(2) 里 aa 不平行 α\alpha 且 a⊄αa \not\subset \alpha,则 aa 与 α\alpha 相交,四个选项中只有「α\alpha 内不存在与 aa 平行的直线」成立。
  4. 由一条平行线直接推另一条。两条平行直线中的一条与平面平行,另一条不一定与该平面平行——它可能在这个平面内(练习 3(3) 是错的)。同源的一处:与两个平行平面中的一个平面平行的直线,与另一个平面是平行或在这个平面内(习题 4(2)),别漏掉「在平面内」那一支。
  5. 「无数个点不在平面内」≠ 线面平行。直线与平面相交时,除交点外的所有点都不在平面内(练习 3(1) 是错的)。「无数个点」与「所有点」不是一回事。
  6. 「四边形确定一个平面」——只有平面四边形(梯形、矩形等)确定一个平面;空间四边形不能(习题 3(2) 是错的)。确定平面的条件只有五个:不共线的三点、直线与直线外一点、两条相交直线、两条平行直线。
  7. 符号混用。点在直线上、点在平面内用 ∈\in(A∈αA \in \alpha);直线在平面内用 ⊂\subset(a⊂αa \subset \alpha);线面相交用 ∩\cap(a∩α=Aa \cap \alpha = A)。∈\in 与 ⊂\subset 写反、把「直线在平面内」写成 ∈\in,是立体几何最初期最高频的笔误。
  8. 面面相交写成「有一个公共点」。两个平面只要有公共点,公共部分就是整条直线(基本事实 3)。「面面相交于一点」在空间中不可能。

七、这一节的题怎么读

本节页面上的练习(第 135 页 4 道 + 第 138 页 4 道)与习题 8.4 第 1–9 题都收在旁边的《习题详解》里;第 10 题是开放思考题(刻画直线的基本特征),没有唯一答案,不收。

做这一节的题,动作是固定的三步:把题里的图形或条件翻译成位置关系 → 数公共点 → 对表查答案。选择题把每个选项都当成一个「命题」逐条对定义;判断题逐条对照本节的总账表;证明题用基本事实 3 的变身——「两个平面的交线」是证多点共线、多线共点的主入口(习题 8.4 第 8 题:P,Q,RP, Q, R 都在 △ABC\triangle ABC 所在平面与 α\alpha 的交线上)。

下方「考过本节的真题」是构建期从知识图谱派生的清单。位置关系本身很少直接命制大题,它更多作为立体几何大题第一问的词汇出现——「证明直线与平面平行/垂直」的题设与结论都用这一节的符号。做真题时重点看它们怎么把「位置关系」翻译成「可以证的命题」。

清单里有一道是例外,「异面」在那里不是词汇而是全部内容,值得单独读:

  • 2015 年浙江第 13 题(三棱锥 A-BCDA\text{-}BCD,AB=AC=BD=CD=3AB=AC=BD=CD=3、AD=BC=2AD=BC=2, MM、NN 分别是 ADAD、BCBC 的中点,求异面直线 ANAN、CMCM 所成角的余弦值)。 它把本节那句定义原样考了一遍:ANAN 与 CMCM 既不相交也不平行,按定义要先 「把其中一条平移到与另一条相交」,角才谈得上。做法是取 NDND 的中点 EE, △AND\triangle AND 的中位线给出 ME∥ANME\parallel AN,于是所求的角落在 ∠EMC\angle EMC 上, 一次余弦定理得 78\frac{7}{8}。 两处细节正对着本节的表述:一是「异面」的判断——ANAN 在平面 ABCABC 内、MM 在平面外, 两线无公共点又不平行;二是所成角的范围只到 π2\frac{\pi}{2}, 所以用向量算出负的余弦时要取绝对值。学完本节可以先把「为什么这两条是异面的」说清楚, 求角那一步等学到 §8.6 或空间向量再补。

习题详解(本站解答,无官方答案可核)

人教 A 版学生用书不含答案,教师用书与全解不在本站语料里——因此本节习题的解答无官方答案可核,它们是本站写的。每一道都过了独立 verifier 的 refute 优先复核(默认它有问题,找不出问题才放行),但那不等于官方标准答案:拿它对思路,别拿它对分。

本节页面上的课本习题共 17 道:两组「练习」8 道(第 135 页 4 道、第 138 页 4 道),加「习题 8.4」印在本节页面上的 9 道(第 1—9 题),逐题全做。

两处跨节的说明。 第 135 页那组练习排在 §8.4.2 的标题之前,内容考的是 §8.4.1「平面」的确定平面与符号表示——按「跨节归节」它本应收在 §8.4 那一节,但那组题只印在本节页面上(§8.4 的页面是第 131—134 页,够不着第 135 页的题面),故收在这里。习题 8.4 整组印在本节页面上(第 138—139 页),逐题全收,其中第 2(1)、3(1)、3(2)、6、7、8 题考的是 §8.4.1 的确定平面与基本事实,同样因页面归属收在这里。

未收的一道:习题 8.4 第 10 题。它问「直线有什么基本特征、如何刻画」,是开放式的思考题,没有唯一解答,不收。

每道题先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。

练习(第 135 页)第 1 题

  1. 判断下列命题是否正确,正确的在括号内画“√”,错误的画“×”.

(1) 书桌面是平面. ( )

(2) 平面 α\alpha 与平面 β\beta 相交,它们只有有限个公共点. ()

(3)如果两个平面有三个不共线的公共点,那么这两个平面重合. ()

(1) ×。 书桌面只是平面的一部分。平面是无限延伸的,桌面这样有边界的实物只能看作是平面的一部分,不能等于平面。

(2) ×。 由基本事实 3,两个不重合的平面有一个公共点时,它们有且只有一条过该点的公共直线,公共点全在这条直线上,是无限多个,不是有限个。

(3) √。 由基本事实 1,过不在一条直线上的三个点有且只有一个平面;两个平面都经过这三个不共线的点,所以它们重合。

练习(第 135 页)第 2 题

  1. 下列命题正确的是().

(A) 三点确定一个平面

(B) 一条直线和一个点确定一个平面

(C) 圆心和圆上两点可确定一个平面

(D) 梯形可确定一个平面

(A) ×。 基本事实 1 说的是「不在一条直线上的三个点」确定一个平面;若三点共线,过这条直线的平面有无数个,不能唯一确定。

(B) ×。 必须是「直线外一点」与这条直线确定一个平面(推论 1);若点在直线上,过该直线有无数个平面。

(C) ×。 圆心和圆上两点可能共线——当这两个点是直径的两个端点时,圆心在直径上,三点共线,不能确定唯一平面。

(D) √。 梯形的两条底边平行,由推论 3,两条平行直线确定一个平面,整个梯形(两条底边所在的整个图形)都在这个平面内。

所以答案是 (D)。

练习(第 135 页)第 3 题

  1. 不共面的四点可以确定几个平面?请画出图形说明你的结论.

结论:可以确定 4 个平面。

第一步:任意三个点都不共线。 若其中有三个点共线,则四个点必共面:第四点也在这条直线上时,四个点同线,都在任意一个过该直线的平面内;第四点在直线外时,由推论 1,这条直线与第四点确定一个平面,四个点都在其中。两种情形都与题设「不共面」矛盾。

第二步:每三个点确定一个平面。 由基本事实 1,任意三个不共线的点确定唯一一个平面。四个点任取三个共有 C43=4\mathrm{C}_4^3 = 4 组取法,所以至多(也至少)得到 4 个平面。

第三步:这 4 个平面互不相同。 若两个三点组(比如 A,B,CA,B,C 与 A,B,DA,B,D)确定同一个平面,则该平面同时含 A,B,C,DA,B,C,D 全部四个点,四个点共面——矛盾。

画法说明: 把四个点两两相连,得到一个四面体(三棱锥),它的四个三角形面恰好就是上述 4 个平面;画出这个四面体即说明了结论。图上看,四面体的四个面两两相交于一条棱,但整个图形不共面。

练习(第 135 页)第 4 题

  1. 用符号表示下列语句,并画出相应的图形:

(1) 点 A 在平面 α\alpha 内,点 B 在平面 α\alpha 外;

(2) 直线 a 既在平面 α\alpha 内,又在平面 β\beta 内.

(1) 符号:A∈αA \in \alpha,B∉αB \notin \alpha。

画法:画一个平行四边形表示平面 α\alpha,在平行四边形内部取一点标 AA,在外部取一点标 BB。

(2) 符号:a⊂αa \subset \alpha 且 a⊂βa \subset \beta。

画法:由基本事实 3,平面 α\alpha 与 β\beta 若相交则交于一条直线;直线 aa 同时在两个平面内,所以 aa 就是这两个平面的交线。画两个相交的平行四边形,把它们的交线标为 aa(被遮挡的部分画成虚线)。

练习(第 138 页)第 1 题

(1) 如果两条直线 aa 与 bb 没有公共点,那么 aa 与 bb ( ).

(A) 共面 (B) 平行

(C) 是异面直线 (D) 可能平行,也可能是异面直线

(2) 设直线 a,ba, b 分别是长方体的相邻两个面的对角线所在的直线,则 aa 与 bb ( ). (A) 平行 (B) 相交 (C) 是异面直线 (D) 可能相交,也可能是异面直线

(1) 选 (D)。 空间两条直线没有公共点只有两种可能:在同一平面内(平行),或不同在任何一个平面内(异面)。“没有公共点”推不出共面与否,所以 (A)(B)(C) 都太绝对。

(2) 选 (D)。 相邻两个面的对角线可能相交,也可能异面:

  • 相交:底面 ABCDABCD 的对角线 ACAC 与前面 ABB′A′ABB'A' 的对角线 AB′AB' 都过顶点 AA,相交于 AA;
  • 异面:底面 ABCDABCD 的对角线 ACAC 与前面 ABB′A′ABB'A' 的另一条对角线 A′BA'B:AC⊂AC \subset 底面,A′BA'B 与底面相交于 BB,而 B∉ACB \notin AC,由例 2 的结论(与平面相交的直线和这个平面内不经过交点的直线是异面直线),ACAC 与 A′BA'B 异面。

另外它俩也不可能平行:底面的对角线方向形如 u±v\boldsymbol{u} \pm \boldsymbol{v},相邻侧面的对角线方向形如 u±w\boldsymbol{u} \pm \boldsymbol{w}(u\boldsymbol{u} 沿公共棱方向,v,w\boldsymbol{v}, \boldsymbol{w} 是两面的另外两条边方向),成比例只可能在 v∥w\boldsymbol{v} \parallel \boldsymbol{w} 时——而 v⊥w\boldsymbol{v} \perp \boldsymbol{w}。所以只可能相交或异面,选 (D)。

练习(第 138 页)第 2 题

  1. 如图,在长方体 ABCD−A′B′C′D′ABCD - A'B'C'D' 中,判定直线 ABAB 与 ACAC ,直线 ACAC 与 A′C′A'C',直线 A′BA'B 与 ACAC ,直线 A′BA'B 与 C′DC'D 的位置关系.

(第2题)

ABAB 与 ACAC:相交。 两条直线都经过顶点 AA,相交于 AA。

ACAC 与 A′C′A'C':平行。 四边形 ACC′A′ACC'A' 中,AA′∥CC′AA' \parallel CC' 且 AA′=CC′AA' = CC'(都是侧棱),所以 ACC′A′ACC'A' 是平行四边形,故 AC∥A′C′AC \parallel A'C'。

A′BA'B 与 ACAC:异面。 用例 2 的判定:直线 A′BA'B 与平面 ABCDABCD 相交于 BB(B∈B \in 平面 ABCDABCD,而 A′∉A' \notin 平面 ABCDABCD),AC⊂AC \subset 平面 ABCDABCD,且 B∉ACB \notin AC(ACAC 是底面过 A,CA,C 的对角线,不经过 BB)。所以 A′BA'B 与 ACAC 是异面直线。

A′BA'B 与 C′DC'D:异面。 分两步:一是无公共点——A′B⊂A'B \subset 平面 ABB′A′ABB'A',C′D⊂C'D \subset 平面 DCC′D′DCC'D',而这两个平面(前侧面与后侧面)平行,故两直线没有公共点;二是不平行——设 AB→=u\overrightarrow{AB} = \boldsymbol{u},AD→=v\overrightarrow{AD} = \boldsymbol{v},AA′→=w\overrightarrow{AA'} = \boldsymbol{w},则 A′BA'B 的方向向量为 A′B→=u−w\overrightarrow{A'B} = \boldsymbol{u} - \boldsymbol{w},而 C′D→=D→−C′→=v−(u+v+w)=−u−w\overrightarrow{C'D} = \overrightarrow{D} - \overrightarrow{C'} = \boldsymbol{v} - (\boldsymbol{u} + \boldsymbol{v} + \boldsymbol{w}) = -\boldsymbol{u} - \boldsymbol{w}。若二者平行,则 u−w=k(−u−w)\boldsymbol{u} - \boldsymbol{w} = k(-\boldsymbol{u} - \boldsymbol{w}),即 (1+k)u+(k−1)w=0(1+k)\boldsymbol{u} + (k-1)\boldsymbol{w} = \boldsymbol{0};但 u,w\boldsymbol{u}, \boldsymbol{w} 是互相垂直的独立方向,只能 1+k=01+k = 0 且 k−1=0k-1 = 0,即 k=−1k = -1 且 k=1k = 1,矛盾。无公共点且不平行,所以 A′BA'B 与 C′DC'D 异面。

(看图也可直接判:A′BA'B 是前侧面的对角线,C′DC'D 是后侧面的对角线,方向一个向右下方、一个向左下方,既不相交也不平行。)

练习(第 138 页)第 3 题

  1. 判断下列命题是否正确,正确的在括号内画“✓”,错误的画“×”.

(1)若直线 l 上有无数个点不在平面 α\alpha 内,则 l∥αl \parallel \alpha . ()

(2) 若直线 l 与平面 α\alpha 平行,则 l 与平面 α\alpha 内的任意一条直线都平行. ()

(3)如果两条平行直线中的一条与一个平面平行,那么另一条也与这个平面平行. ()

(4)若直线 l 与平面 α\alpha 平行,则 l 与平面 α\alpha 内的任意一条直线都没有公共点. ()

(1) ×。 反例:直线 ll 与平面 α\alpha 相交。这时 ll 上只有一个点(交点)在 α\alpha 内,其余点全部不在 α\alpha 内——有无数个点不在 α\alpha 内,但 ll 并不与 α\alpha 平行。

(2) ×。 反例:l∥αl \parallel \alpha 时,α\alpha 内与 ll 方向不同的直线与 ll 既没有公共点(ll 与 α\alpha 没有公共点),又不平行,它们是异面直线。

(3) ×。 反例:两条平行直线中,一条在平面 α\alpha 外且与 α\alpha 平行,另一条可以就在 α\alpha 内。例如 α\alpha 内的直线 mm,α\alpha 外取 l∥ml \parallel m,则 l∥αl \parallel \alpha 但 m⊂αm \subset \alpha,mm 不平行于 α\alpha。

(4) √。 l∥αl \parallel \alpha 的定义就是 ll 与 α\alpha 没有公共点,于是 ll 与 α\alpha 内任何一条直线(都含在 α\alpha 内)都没有公共点。

练习(第 138 页)第 4 题

  1. 已知直线 a,ba, b,平面 α,β\alpha, \beta,且 a⊂α,b⊂β,α//βa \subset \alpha, b \subset \beta, \alpha // \beta. 判断直线 a,ba, b 的位置关系,并说明理由.

结论:aa 与 bb 可能平行,也可能异面,不可能相交。

先排除相交。 α∥β\alpha \parallel \beta 意味着两个平面没有公共点;a⊂αa \subset \alpha,b⊂βb \subset \beta,所以 aa 上的点全在 α\alpha 内,bb 上的点全在 β\beta 内,aa 与 bb 不可能有公共点——不是相交。

两种情形都可能。

  • 平行:取 α\alpha 内直线 aa,β\beta 内直线 bb,使 a∥ba \parallel b(比如把 aa 平移到 β\beta 内)。这时 a,ba, b 无公共点且共面,平行。
  • 异面:α\alpha 内取 aa,β\beta 内取一条与 aa 不平行(方向不同)的直线 bb。由上面的排除,a∩b=∅a \cap b = \emptyset,再加上不平行,所以 a,ba, b 是异面直线。

所以答案是:平行或异面。

习题 8.4 第 1 题

  1. 画出满足下列条件的图形:

(1) a⊂α,b⊂α,a∩b=A,c∩α=Aa \subset \alpha, b \subset \alpha, a \cap b = A, c \cap \alpha = A;

(2) α∩β=l,AB⊂α,CD⊂β,AB∥l,CD∥l.\alpha \cap \beta = l, AB \subset \alpha, CD \subset \beta, AB \parallel l, CD \parallel l.

(1) 画一个平行四边形表示平面 α\alpha;在 α\alpha 内画两条相交于 AA 的直线 aa、bb;再画一条过 AA 的直线 cc,让 cc 与 α\alpha 只交于 AA——即 cc 不是画在 α\alpha 内,而是穿过点 AA 穿出平面(画图时把 cc 画成跨过平行四边形的边界、两端都伸到外面,被 α\alpha 挡住的部分画成虚线)。

(2) 画两个相交的平行四边形表示 α\alpha、β\beta,交线标为 ll;在 α\alpha 内画一条与 ll 平行的线段 ABAB;在 β\beta 内画一条与 ll 平行的线段 CDCD。

自检:a∩b=Aa \cap b = A 画成了两条线只交于一点 AA;c∩α=Ac \cap \alpha = A 画成了 cc 与平面只有一个公共点——cc 不能在 α\alpha 内(否则交点不止一个),也不能与 α\alpha 平行(那样没有交点)。

习题 8.4 第 2 题

  1. 选择题

(1) 经过同一直线上的 3 个点的平面 ( )。

(A) 有且仅有 1 个

(B) 有且仅有 3 个

(C) 有无数个

(D) 不存在

(2) 若直线 aa 不平行于平面 α\alpha,且 a⊄αa \not\subset \alpha,则下列结论成立的是().

(A) α\alpha 内的所有直线与 aa 是异面直线 (B) α\alpha 内不存在与 aa 平行的直线 (C) α\alpha 内存在唯一一条直线与 aa 平行 (D) α\alpha 内的所有直线与 aa 都相交

(1) 选 (C)。 基本事实 1 只保证「不在一条直线上的三个点」确定唯一平面;三个点共线时,任何过这条直线的平面都过这三点,而过一条直线的平面有无数个。

(2) 选 (B)。 由线面位置关系只有三种(在面内、相交、平行),a⊄αa \not\subset \alpha 且 aa 不平行于 α\alpha,所以 aa 与 α\alpha 相交,设 a∩α=Aa \cap \alpha = A。

  • (A) ×:α\alpha 内过 AA 的直线都与 aa 相交于 AA,不是异面。
  • (B) √:反证。若 α\alpha 内存在 m∥am \parallel a,则两条平行直线 a,ma, m 确定一个平面 γ\gamma(推论 3)。γ\gamma 与 α\alpha 相交于过 mm 的一条直线,即 γ∩α=m\gamma \cap \alpha = m。于是 a⊂γa \subset \gamma,A=a∩α∈γ∩α=mA = a \cap \alpha \in \gamma \cap \alpha = m,即 A∈mA \in m——但 m∥am \parallel a 意味着 m∩a=∅m \cap a = \emptyset,与 A∈aA \in a 矛盾。所以 α\alpha 内不存在与 aa 平行的直线。
  • (C) ×:由 (B),一条都没有。
  • (D) ×:α\alpha 内不经过 AA 的直线与 aa 不相交(aa 与 α\alpha 只有 AA 一个公共点),它们与 aa 是异面直线(例 2 的结论)。

习题 8.4 第 3 题

  1. 判断下列命题是否正确,正确的在括号内画“√”,错误的画“×”.

(1)两两相交且不共点的三条直线确定一个平面. ()

(2) 四边形可以确定一个平面. ()

(3)若 a,ba, b 是两条直线,α,β\alpha, \beta 是两个平面,且 a⊂α,b⊂βa \subset \alpha, b \subset \beta,则 a,ba, b 是异面直线。()

(1) √。 设三条直线为 a,b,ca, b, c,交点分别为 P=a∩bP = a \cap b,Q=b∩cQ = b \cap c,R=c∩aR = c \cap a。「不共点」保证 P,Q,RP, Q, R 互不相同(若两个交点重合,比如 Q=RQ = R,则 Q∈b∩cQ \in b \cap c 且 Q∈c∩aQ \in c \cap a,即 Q∈a∩b∩cQ \in a \cap b \cap c,三线共点)。由推论 2,两条相交直线 a,ba, b 确定一个平面 α\alpha。Q∈b⊂αQ \in b \subset \alpha,R∈a⊂αR \in a \subset \alpha,直线 cc 上有 Q,RQ, R 两个点在 α\alpha 内,由基本事实 2,c⊂αc \subset \alpha。所以三条直线都在平面 α\alpha 内,且 α\alpha 唯一(a,ba, b 确定的平面唯一)。

(2) ×。 反例:取不共面的四点 A,B,C,DA, B, C, D,顺次连接得到的空间四边形不能放进任何一个平面。例如四面体的四个顶点组成的四边形——若它确定一个平面,四个顶点就共面了,矛盾。

(3) ×。 反例:α∥β\alpha \parallel \beta 时取 a∥ba \parallel b,则 a,ba, b 是平行直线,不是异面;或 α∩β=l\alpha \cap \beta = l 时取 a,ba, b 都过 ll 上同一点 PP(a⊂αa \subset \alpha,b⊂βb \subset \beta),则 a,ba, b 相交于 PP,也不是异面。题设只保证两条直线分别躺在两个平面里,两个平面是否相交、两直线方向如何都未定,什么关系都可能。

习题 8.4 第 4 题

  1. 填空题

(1)如果 aa , bb 是异面直线,直线 cc 与 aa , bb 都相交,那么这三条直线中的两条所确定的平面共有_个;

(2) 若一条直线与两个平行平面中的一个平面平行,则这条直线与另一个平面的位置关系是____;

(3)已知两条相交直线 a, b,且 a∥a \parallel 平面 α\alpha ,则 b 与 α\alpha 的位置关系是 ____.

(1)填 2 个。 cc 与 aa 相交,由推论 2 确定一个平面;cc 与 bb 相交,同样确定一个平面。这两个平面互不相同:若它们重合,则 a,ba, b 都在这个平面内,a,ba, b 共面——与 a,ba, b 异面矛盾。而 a,ba, b 异面,不能确定平面。所以共有 22 个。

(2)填「平行或在该平面内」。 设 α∥β\alpha \parallel \beta,a∥αa \parallel \alpha(即 a∩α=∅a \cap \alpha = \emptyset)。

  • a⊂βa \subset \beta 是可能的:比如 α,β\alpha, \beta 是两个水平面,aa 在 β\beta 内水平延伸,它不与 α\alpha 相交;
  • a∥βa \parallel \beta 也是可能的:aa 夹在两个平面中间、与二者都平行;
  • aa 与 β\beta 相交于一点是不可能的:反证,设 a∩β={P}a \cap \beta = \{P\}。取 α\alpha 内一点 QQ,过 aa 与 QQ 作平面 γ\gamma(推论 1),γ∩α=l1\gamma \cap \alpha = l_1,γ∩β=l2\gamma \cap \beta = l_2(两个交线都存在:Q∈γ∩αQ \in \gamma \cap \alpha,P∈a⊂γP \in a \subset \gamma 且 P∈βP \in \beta)。因为 α∥β\alpha \parallel \beta,l1l_1 与 l2l_2 在同一平面 γ\gamma 内且无公共点,所以 l1∥l2l_1 \parallel l_2。又 a⊂γa \subset \gamma 且 a∩α=∅a \cap \alpha = \emptyset,故 a∩l1=∅a \cap l_1 = \emptyset,a∥l1a \parallel l_1。于是 γ\gamma 内 a∥l1∥l2a \parallel l_1 \parallel l_2(平行于同一条直线的两条直线平行),但 a∩l2={P}a \cap l_2 = \{P\}(P∈a∩βP \in a \cap \beta,而 l2=γ∩βl_2 = \gamma \cap \beta)——矛盾。所以只有「平行或在该平面内」两种可能。

(3)填「相交或平行」。 先排除 b⊂αb \subset \alpha:若 b⊂αb \subset \alpha,则 bb 上的点都在 α\alpha 内,而 aa 与 α\alpha 没有公共点,于是 a∩b=∅a \cap b = \emptyset——与「a,ba, b 相交」矛盾。所以 b⊄αb \not\subset \alpha,线面三种关系里只剩相交或平行,两者都确实可能:

  • 相交:a∥αa \parallel \alpha(在 α\alpha 外与 α\alpha 平行),过 aa 上一点 PP 作直线 bb 与 α\alpha 相交于 AA(A≠PA \neq P),则 b∩a={P}b \cap a = \{P\},b∩α={A}b \cap \alpha = \{A\};
  • 平行:a∥αa \parallel \alpha,过 aa 上一点 PP 在过 PP 且平行于 α\alpha 的方向上作直线 bb(b≠ab \neq a),则 b∩a={P}b \cap a = \{P\} 且 b∩α=∅b \cap \alpha = \emptyset。

习题 8.4 第 5 题

  1. 正方体各面所在平面将空间分成几部分?

答案:27 部分。

正方体的 6 个面所在平面分成 3 对平行平面:上、下(设它们分别是平面 z=1z = 1 与 z=0z = 0),前、后(y=1y = 1 与 y=0y = 0),左、右(x=1x = 1 与 x=0x = 0),其中 x,y,zx, y, z 是取正方体一个顶点为原点的三个坐标方向。

  • 每一对平行平面把空间分成 3 个互不相交的部分:比如 z=0z = 0 与 z=1z = 1 把空间分成 z<0z < 0、0<z<10 < z < 1、z>1z > 1 三层;
  • 三对平面的方向两两不同,它们的划分互相独立,空间被切成 3×3×3=273 \times 3 \times 3 = 27 个部分。

自检:把 27 个部分编号为三个区间方向的组合,比如(前、中、后)×(左、中、右)×(上、中、下),任何两部分的编号不同就分属不同的区域——27 个编号恰好对应 27 个互不连通的开区域,不多不少。

习题 8.4 第 6 题

  1. 如果一条直线与两条平行直线都相交,那么这三条直线共面吗?请说说你的理由.

共面。理由如下。

设直线 cc 与两条平行直线 a,ba, b 分别相交于 PP 和 QQ。

前提验证:P≠QP \neq Q。 若 P=QP = Q,则 P∈aP \in a 且 P∈bP \in b,aa 与 bb 就有公共点——与 a∥ba \parallel b 矛盾。所以 cc 与 aa、bb 的交点是两个不同的点。

由推论 3,两条平行直线 a,ba, b 确定一个平面 α\alpha。P∈a⊂αP \in a \subset \alpha,Q∈b⊂αQ \in b \subset \alpha,所以 P,Q∈αP, Q \in \alpha。由基本事实 2,过 α\alpha 内两点的直线 cc 在 α\alpha 内。于是 a,b,ca, b, c 三条直线都在平面 α\alpha 内,共面。

习题 8.4 第 7 题

  1. 如图,三条直线两两平行且不共面,每两条直线确定一个平面,一共可以确定几个平面?如果三条直线相交于一点,它们最多可以确定几个平面?

(第7题)

第一问:3 个。 三条直线两两平行,任取两条都由推论 3 确定一个平面,共有 C32=3\mathrm{C}_3^2 = 3 对,每对确定一个平面。这三个平面互不相同:若其中两个重合(比如 l1,l2l_1, l_2 确定的平面与 l2,l3l_2, l_3 确定的平面相同),则 l1,l2,l3l_1, l_2, l_3 都在这个平面内,三条直线共面——与「不共面」矛盾。所以恰好 3 个。

第二问:最多 3 个。 三条直线相交于一点,任取两条相交直线都由推论 2 确定一个平面,至多 C32=3\mathrm{C}_3^2 = 3 个。「最多」能取到:当三条直线不共面时,任两个平面若重合,则三条直线共面,矛盾,于是恰好得到 3 个互不相同的平面;若三条直线共面,则只得到 1 个平面。所以最多是 3 个。

习题 8.4 第 8 题

  1. 如图,△ABC\triangle ABC 在平面 α\alpha 外,AB∩α=PAB \cap \alpha = P,BC∩α=QBC \cap \alpha = Q,AC∩α=RAC \cap \alpha = R,求证:PP,QQ,RR 三点共线.

设 △ABC\triangle ABC 所在的平面为 β\beta(A,B,CA, B, C 是三角形顶点,不共线,由基本事实 1 存在且唯一)。

前提验证:β≠α\beta \neq \alpha。 若 β=α\beta = \alpha,则 △ABC\triangle ABC 在平面 α\alpha 内,与题设「△ABC\triangle ABC 在平面 α\alpha 外」矛盾。

由 AB∩α=PAB \cap \alpha = P 知 P∈ABP \in AB 且 P∈αP \in \alpha;而 AB⊂βAB \subset \beta,故 P∈βP \in \beta。于是 P∈β∩αP \in \beta \cap \alpha。同理 Q∈β∩αQ \in \beta \cap \alpha,R∈β∩αR \in \beta \cap \alpha。

由基本事实 3,两个不重合的平面有一个公共点(比如 PP)时,它们有且只有一条过该点的公共直线,即 β∩α\beta \cap \alpha 是一条直线 ll。P,Q,RP, Q, R 都在 ll 上,所以 P,Q,RP, Q, R 三点共线。

习题 8.4 第 9 题

  1. 如图是一个正方体的展开图,如果将它还原为正方体,那么在 ABAB,CDCD,EFEF,GHGH 这四条线段中,哪些线段所在直线是异面直线?

(第9题)

把展开图折回正方体。设正方体的八个顶点为:前上左、前上右、前下左、前下右、后上左、后上右、后下左、后下右。按展开图折叠(上行两个正方形折成上面与后面,中行三个正方形折成左面、前面、右面,下行一个正方形折成下面),折起后重合的顶点有:CC 与 GG 重合(都在前上左顶点),BB 与 FF 重合(都在后下右顶点)。四条线段在正方体中的位置是:

  • ABAB:后上左到后下右,是后面的对角线;
  • CDCD:前上左到后上右,是上面的对角线;
  • EFEF:前下左到后下右,是下面的对角线;
  • GHGH:前上左到后下左,是左面的对角线。

逐对判断(「无公共点且不平行」即为异面):

  • ABAB 与 CDCD:异面。 AB⊂AB \subset 后面,CD⊂CD \subset 上面,后上棱是两面唯一的公共线,ABAB 交后上棱于 AA,CDCD 交后上棱于 DD——不同的点,所以无公共点;方向一个是「右—下」,一个是「后—右」,不平行。
  • ABAB 与 EFEF:相交。 都过顶点 B=FB = F(后下右)。
  • ABAB 与 GHGH:异面。 AB⊂AB \subset 后面,GH⊂GH \subset 左面,后左棱是两面唯一的公共线,ABAB 交后左棱于 AA,GHGH 交后左棱于 HH——不同的点,无公共点;方向不同,不平行。
  • CDCD 与 EFEF:平行。 CDCD 是上面从「前上左」到「后上右」的对角线,EFEF 是下面从「前下左」到「后下右」的对角线,方向完全相同(都是「向后、向右」),所以平行。
  • CDCD 与 GHGH:相交。 都过顶点 C=GC = G(前上左)。
  • EFEF 与 GHGH:异面。 EF⊂EF \subset 下面,GH⊂GH \subset 左面,下左棱是两面唯一的公共线,EFEF 交下左棱于 EE,GHGH 交下左棱于 HH——不同的点,无公共点;方向不同,不平行。

结论:异面直线有三对:ABAB 与 CDCD,ABAB 与 GHGH,EFEF 与 GHGH。

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练习

  1. 判断下列命题是否正确,正确的在括号内画“√”,错误的画“×”.

(1) 书桌面是平面. ( )

(2) 平面 α\alpha 与平面 β\beta 相交,它们只有有限个公共点. ()

(3)如果两个平面有三个不共线的公共点,那么这两个平面重合. ()

  1. 下列命题正确的是().

(A) 三点确定一个平面

(B) 一条直线和一个点确定一个平面

(C) 圆心和圆上两点可确定一个平面

(D) 梯形可确定一个平面

  1. 不共面的四点可以确定几个平面?请画出图形说明你的结论.

  2. 用符号表示下列语句,并画出相应的图形:

(1) 点 A 在平面 α\alpha 内,点 B 在平面 α\alpha 外;

(2) 直线 a 既在平面 α\alpha 内,又在平面 β\beta 内.

8.4.2 空间点、直线、平面之间的位置关系

前面我们认识了空间中点、直线、平面之间的一些位置关系,如点在平面内,直线在平面内,两个平面相交,等等.空间中点、直线、平面之间还有其他位置关系吗?

长方体是我们熟悉的空间几何图形,下面我们借助长方体进一步研究空间中点、直线、平面之间的位置关系.

观察

我们知道,长方体有8个顶点,12条棱,6个面。12条棱对应12条棱所在的直线,6个面对应6个面所在的平面。观察如图8.4-11所示的长方体 ABCD−A′B′C′D′ABCD-A'B'C'D' ,你能发现这些顶点、直线、平面之间的位置关系吗?

观察你所在的教室,你能找到上述位置关系的一些实例吗?你能再举出一些表示这些位置关系的其他实例吗?

图8.4-11

空间中点与直线的位置关系有两种:点在直线上和点在直线外。如图8.4-11中,点A在直线AB上,在直线 A′B′A^{\prime}B^{\prime} 外。空间中点与平面的位置关系也有两种:点在平面内和点在平面外。如图8.4-11中,点A在平面ABCD内,在平面 A′B′C′D′A^{\prime}B^{\prime}C^{\prime}D^{\prime} 外。

下面我们研究空间中直线、平面之间的位置关系.

1. 空间中直线与直线的位置关系

在图8.4-11中,直线 ABAB 与 DCDC 在同一个平面ABCD内,它们没有公共点,它们是平行直线;直线 ABAB 与 BCBC 也在同一个平面ABCD内,它们只有一个公共点 BB ,它们是相交直线;直线 ABAB 与 CC′CC^{\prime} 不同在任何一个平面内.

我们把不同在任何一个平面内的两条直线叫做异面直线.于是,空间两条直线的位置关系有三种:

{ 相交直线: 在同一平面内, 有且只有一个公共点; \left\{\begin{array}{l}\text { 相交直线: 在同一平面内, 有且只有一个公共点; }\end{array}\right.

平行直线:在同一平面内,没有公共点;

异面直线:不同在任何一个平面内,没有公共点.

这样,空间中两条直线平行和我们学过的平面上两条直线平行的意义是一致的,即首先这两条直线在同一平面内,其次是它们不相交。如果直线 aa,bb 为异面直线,为了表示它们不共面的特点,作图时,通常用一个或两个平面衬托,如图8.4-12所示。

图8.4-12

2. 空间中直线与平面的位置关系

在图8.4-11中,直线 ABAB 与平面ABCD有无数个公共点;直线 AA′AA^{\prime} 与平面ABCD只有一个公共点 AA ;直线 A′B′A'B' 与平面ABCD没有公共点.再结合生活实例,我们可以看出,直线与平面的位置关系有且只有三种:

(1) 直线在平面内——有无数个公共点;

(2) 直线与平面相交——有且只有一个公共点;

(3) 直线与平面平行——没有公共点.

当直线与平面相交或平行时,直线不在平面内,也称为直线在平面外.

图 8.4-13 表示了直线与平面的三种位置关系.

图8.4-13

● ●

一般地,直线 aa 在平面 α\alpha 内,应把直线 aa 画在表示平面 α\alpha 的平行四边形内;直线 aa 在平面 α\alpha 外,应把直线 aa 或它的一部分画在表示平面 α\alpha 的平行四边形外.

直线 a 与平面 α\alpha 相交于点 A,记作 a∩α=Aa \cap \alpha = A ;直线 a 与平面 α\alpha 平行,记作 a∥αa \parallel \alpha .

3. 空间中平面与平面的位置关系

在图 8.4-11 中,平面 ABCD 与平面 A′B′C′D′A'B'C'D' 没有公共点;平面 ABCD 与平面 BCC′B′BCC'B' 有一条公共直线 BC. 再结合生活实例,我们可以看出,两个平面之间的位置关系有且只有以下两种:

(1) 两个平面平行——没有公共点;

(2) 两个平面相交——有一条公共直线.

画两个互相平行的平面时,要注意使表示平面的两个平行四边形的对应边平行(图8.4-14).

图8.4-14

平面 α\alpha 与平面 β\beta 平行,记作 α∥β\alpha \parallel \beta .

探究

如图 8.4-15,在长方体 ABCD−A′B′C′D′ABCD-A'B'C'D' 中,连接 A′BA'B , D′CD'C ,请你再举出一些图中表示空间直线、平面之间位置关系的例子,并用符号表示这些位置关系.

与其他同学交流一下你的结果.

图8.4-15

例 1 如图 8.4-16,用符号表示下列图形中直线、平面之间的位置关系.

(1)

(2)图 8.4-16

分析:根据图形,先判断直线、平面之间的位置关系,然后用符号表示出来.

解:在(1)中, α∩β=l,a∩α=A,a∩β=B.\alpha\cap\beta=l,\quad a\cap\alpha=A,\quad a\cap\beta=B.

在(2)中, α∩β=l,a⊂α,b⊂β,a∩l=P,b∩l=P,a∩b=P.\alpha\cap\beta=l,\quad a\subset\alpha,\quad b\subset\beta,\quad a\cap l=P,\quad b\cap l=P,\quad a\cap b=P.

例2 如图8.4-17, AB∩α=BAB\cap \alpha = B , A∉αA\notin \alpha , a⊂αa\subset \alpha , B∉aB\notin a .直线 ABAB 与 aa 具有怎样的位置关系?为什么?

图8.4-17

解:直线 AB 与 a 是异面直线.理由如下.

若直线 ABAB 与直线 aa 不是异面直线,则它们相交或平行。设它们确定的平面为 β\beta,则 B∈βB \in \beta,a⊂βa \subset \beta。由于经过点 BB 与直线 aa 有且仅有一个平面 α\alpha,因此平面 α\alpha 与 β\beta 重合,从而 AB⊂αAB \subset \alpha,进而 A∈αA \in \alpha,这与 A∉αA \notin \alpha 矛盾。所以直线 ABAB 与 aa 是异面直线。

• •

例 2 告诉我们一种判断异面直线的方法:与一个平面相交的直线和这个平面内不经过交点的直线是异面直线.

练习

1. 选择题

(1) 如果两条直线 aa 与 bb 没有公共点,那么 aa 与 bb ( ).
(A) 共面 (B) 平行
(C) 是异面直线 (D) 可能平行,也可能是异面直线

(2) 设直线 a,ba, b 分别是长方体的相邻两个面的对角线所在的直线,则 aa 与 bb ( ). (A) 平行 (B) 相交 (C) 是异面直线 (D) 可能相交,也可能是异面直线

  1. 如图,在长方体 ABCD−A′B′C′D′ABCD - A'B'C'D' 中,判定直线 ABAB 与 ACAC ,直线 ACAC 与 A′C′A'C',直线 A′BA'B 与 ACAC ,直线 A′BA'B 与 C′DC'D 的位置关系.

(第2题)

  1. 判断下列命题是否正确,正确的在括号内画“✓”,错误的画“×”.

(1)若直线 l 上有无数个点不在平面 α\alpha 内,则 l∥αl \parallel \alpha . ()

(2) 若直线 l 与平面 α\alpha 平行,则 l 与平面 α\alpha 内的任意一条直线都平行. ()

(3)如果两条平行直线中的一条与一个平面平行,那么另一条也与这个平面平行. ()

(4)若直线 l 与平面 α\alpha 平行,则 l 与平面 α\alpha 内的任意一条直线都没有公共点. ()

  1. 已知直线 a,ba, b,平面 α,β\alpha, \beta,且 a⊂α,b⊂β,α//βa \subset \alpha, b \subset \beta, \alpha // \beta. 判断直线 a,ba, b 的位置关系,并说明理由.

习题8.4

复习巩固

  1. 画出满足下列条件的图形:

(1) a⊂α,b⊂α,a∩b=A,c∩α=Aa \subset \alpha, b \subset \alpha, a \cap b = A, c \cap \alpha = A;

(2) α∩β=l,AB⊂α,CD⊂β,AB∥l,CD∥l.\alpha \cap \beta = l, AB \subset \alpha, CD \subset \beta, AB \parallel l, CD \parallel l.

2. 选择题

(1) 经过同一直线上的 3 个点的平面 ( )。 (A) 有且仅有 1 个 (B) 有且仅有 3 个 (C) 有无数个 (D) 不存在

(2) 若直线 aa 不平行于平面 α\alpha,且 a⊄αa \not\subset \alpha,则下列结论成立的是(). (A) α\alpha 内的所有直线与 aa 是异面直线 (B) α\alpha 内不存在与 aa 平行的直线 (C) α\alpha 内存在唯一一条直线与 aa 平行 (D) α\alpha 内的所有直线与 aa 都相交

  1. 判断下列命题是否正确,正确的在括号内画“√”,错误的画“×”.

(1)两两相交且不共点的三条直线确定一个平面. ()

(2) 四边形可以确定一个平面. ()

(3)若 a,ba, b 是两条直线,α,β\alpha, \beta 是两个平面,且 a⊂α,b⊂βa \subset \alpha, b \subset \beta,则 a,ba, b 是异面直线。()

  1. 填空题

(1)如果 aa , bb 是异面直线,直线 cc 与 aa , bb 都相交,那么这三条直线中的两条所确定的平面共有_个;

(2) 若一条直线与两个平行平面中的一个平面平行,则这条直线与另一个平面的位置关系是____;

(3)已知两条相交直线 a, b,且 a∥a \parallel 平面 α\alpha ,则 b 与 α\alpha 的位置关系是 ____.

  1. 正方体各面所在平面将空间分成几部分?

综合运用

  1. 如果一条直线与两条平行直线都相交,那么这三条直线共面吗?请说说你的理由.

  2. 如图,三条直线两两平行且不共面,每两条直线确定一个平面,一共可以确定几个平面?如果三条直线相交于一点,它们最多可以确定几个平面?

(第7题)

(第8题)

  1. 如图,△ABC\triangle ABC 在平面 α\alpha 外,AB∩α=PAB \cap \alpha = P,BC∩α=QBC \cap \alpha = Q,AC∩α=RAC \cap \alpha = R,求证:PP,QQ,RR 三点共线.

拓广探索

  1. 如图是一个正方体的展开图,如果将它还原为正方体,那么在 ABAB,CDCD,EFEF,GHGH 这四条线段中,哪些线段所在直线是异面直线?

  2. 在本节,我们学习了平面,了解了它的基本特征以及一些利用点、直线、平面等组成立体图形的基本元素刻画这些特征的方法。类似地,直线有什么基本特征?如何刻画直线的这些基本特征?

(第9题)