三垂线定理练习课二
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教学目标
1.进一步理解、巩固并应用三垂线定理及其逆定理;
2.应用上一节课上所讲的两个基本题来解有关的综合题;
3.通过解综合题提高学生解综合题的能力.
教学重点和难点
教学的重点是进一步掌握三垂线定理及其逆定理,并能灵活的应用它们来解有关的题.教学的难点是在空间图形中有许多平面时,如何选好“基准平面”和“第一垂线”.
教学设计过程
师:上一节我们应用三垂线定理及其逆定理讲了四个例题.其中大多是基本题.今天我们一方面要在应用这些基本题的基础上解有关的综合题;另外我们再来解其它的综合题来提高我们的解综合题的能力.现在看例1.
例1? 如图1,已知:PA⊥PB,PA⊥PC,PB⊥PC,求证:
△ABC是锐角三角形.
师:这一题证法很多,所以我们要多想几种证法.
所以? ∠BAC是锐角.
同理可证∠ABC,∠ACB都是锐角.
师:我们能不能直接用三垂线定理来证?
生:由已知可得PA⊥平面PBC.在直角三角形PBC中,作PD⊥BC于D,因为∠PBC,∠PCB都是锐角,所以垂足D一定在斜边BC内部,连PD,则PD⊥BC(三垂线定理).对于△ABC来说,因垂足D在BC边内部,所以∠ABC,∠ACB都是锐角,同理可证∠BAC也是锐角.
师:能不能用公式cosθ1·cosθ2=cosθ来证明△ABC为锐角三角形?
生:因AP⊥平面PBC,所以∠ABP是线面角,相当于θ1,∠PBC相当于θ2,因θ1,θ2都是锐角.所以cosθ1>0,cosθ2>0,cosθ=cosθ1·cosθ2>0,所以θ为锐角。即∠ABC是锐角,同理可证∠BAC,∠ACB都是锐角.
师:我们用了三种方法来证明△ABC是锐角三角形,现在我们换一个角度来研究这个基本图形另外一个性质.看例2.
例2? 如图2,已知:PA⊥PB,PA⊥PC,PB⊥PC.PH⊥平面ABC于H.求证:H点是△ABC的垂心.
师:垂心是三角形三边垂线(高线)的交点,要证H是△ABC的垂心,只要证AH⊥BC即可.
生:因为? PA⊥BP,
PA⊥CP,
所以? PA⊥平面PBC.
故? PA⊥BC.
对于平面ABC来说,PH是垂线,
PA是斜线,AH是PA在平面ABC内的射线.
因为? PA⊥BC,所以? AH⊥BC.
同理可证BH⊥AC,CH⊥AB.
故H是△ABC的垂心.
师:由例2的演变可得例3,现在我们来看例3.
例3? 如图3,△ABC中,∠BAC是锐角,PA⊥平面ABC于A,AO⊥平面PBC于O.求证:O不可能是△PBC的垂心.
师:要证明O不可能是△PBC的垂心,用什么方法?
生:用反证法.
师:为什么想到用反证法?
生:因为直接证不好证.
师:对,因为直接来证不好利用条件,而用反证法,假设O是△PBC的垂心,则这样证明的思路就“活了”,就可利用已知条件,现在我们用反证法来证明.
生:假设O是△PBC的垂心,则BO⊥PC.
对平面PBC来说,AO是垂线,AB是斜线,BO是AB在平面PBC内的射影.
因为? BO⊥PC,所以? AB⊥PC.
又因为? PA⊥平面ABC,PA⊥AB,
所以AB⊥平面PAC,AB⊥AC,∠BAC是直角,与已知∠BAC是锐角相矛盾.所以假设不能成立,所以O不可能是△PBC的垂心.
师:分析例3我们可以看出例3是由例2演变而来.也就是说在PA⊥AB,PA⊥ACO是△PBC的垂心条件下一定可以推导出AB⊥AC.是例2的逆命题再加以演变而得.现在我们来看例4.
例4? 如图4,已知:∠AOB在平面α内,∠AOB=60°,PO是平面α的一条斜线段,∠POA=∠POB=45°,PP′⊥平面α于P′,且PP′=3.求:
(1)PO与平面α所成的角的正弦;
(2)PO的长.
师:我们如何利用上节课所讲的两个基本题来解这题.
生:因∠POA=∠POB,所以OP′是∠AOB的平分线,∠POP′相当于θ1,θ2=30°,θ=45°,由cosθ1·cos30°=cos
师:在我们脑中如果“储存”许多基本题,那么在我们解有关综合题时,就能“得心应手”.所以在平时我们一定要注意对基本题的理解、掌握,解这题的思路就是一个典型.下面我们来看例5.
(1)直线MN是异面直线A1B和B1D1的公垂线;
(2)若这个正方体的棱长为a,求异面直线A1B和B1D1的距离.
师:我们是在讲三垂线定理及其逆定理应用时讲这个例题的.所以我们想法用三垂线定理或它的逆定理来证明这一题.要用三垂线定理首先要确定对于哪一个平面来用三垂线定理.
生:对于平面A1B1C1D1来用三垂线定理.
师:这时MN是平面A1B1C1D1的斜线,我们如何作平面A1B1C1D1的垂线呢?
生:作MP⊥A1B1于P,又因为D1A1⊥平面A1ABB1,所以A1D1⊥PM,故PM⊥平面A1B1C1D1.
师:对于平面A1B1C1D1来说,MP是垂线,MN是斜线,NP是MN在平面A1B1C1D1上的射影.我们要证MN⊥B1D1,只要证PN⊥B1D1即可.在正方形A1B1C1D1中,我们知道A1C1⊥B1D1,所以现在只要证PN∥A1Q1即可.我们如何利用已知条件来证PN∥A1O1.
=O1N∶NB1,所以PN∥A1O1,所以PN⊥B1D1,故MN⊥B1D1.同理可证MN⊥A1B,所以MN是异面直线A1B和B1D1的公垂线.
师:已知正方体的棱长为a,在直角三角形MNP中,如何求出MN的长?
师:这是一道很好、很典型的题,它很巧妙、很直接地求出异面直线A1B,B1D1的公垂线及这两异面直线的距离.这一道题我们的先人们是如何想出来的?这一问题我们利用课外活动时间来进行探索.
今天就讲这五个例题,讲这五个例题的目的一是进一步应用三垂线定理及其逆定理,二是应用上节课刚讲过的基本题来解较综合的题.
作业
补充题
1.已知:正方形ABCD的边长为10,O为正方形中心,PO⊥平
2.已知:在△ABC中,∠BAC=90°,PC⊥△ABC所在平面,D为AB上一点,PA,PD,PB与平面ABC分别成60°,45°,30°的角,求证:D是AB的中点.
3.将正方形ABCD沿对角线BD折起来,使A点在平面BCD的射影O恰好在BD上,又CD的中点为E,求证:AE⊥CD.
〔提示:对于平面BCD来说,AO是垂线,OE是斜线AE在平面上的射影〕
AB=13,AC=15,A1B=5,A1C=9.试比较∠BAC与∠BA1C的大小.〔提示:用余弦定理可得∠BAC=∠BA1C〕
5.已知:矩形ABCD所在平面为α,点P∈α,但P BC.作PQ⊥平面α,问:点P在什么位置时,∠QCB分别是(1)直角,(2)锐角,(3)钝角,并加以证明.
〔提示:利用cosθ1·cosθ2=cosθ公式〕
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