立体几何学案

-1-/11《立体几何初步》学案一、基础知识（理解去记）（一）空间几何体的结构特征（1）多面体——由若干个平面多边形围成的几何体.围成多面体的各个多边形叫叫做多面体的面，相邻两个面的公共边叫做多面体的棱，棱与棱的公共点叫做顶点。旋转体——把一个平面图形绕它所在平面内的一条定直线旋转形成的封闭几何体。其中，这条定直线称为旋转体的轴。（2）柱，锥，台，球的结构特征1.棱柱1.1棱柱——有两个面互相平行，其余各面都是四边形，并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行，由这些面所围成的几何体叫做棱柱。1.2相关棱柱几何体系列（棱柱、斜棱柱、直棱柱、正棱柱）的关系：①底面是正多形棱垂直于底面斜棱柱棱柱正棱柱直棱柱其他棱柱②四棱柱底面为平行四边形平行六面体侧棱垂直于底面直平行六面体底面为矩形长方体底面为正方形正四棱柱侧棱与底面边长相等正方体1.3棱柱的性质：①侧棱都相等，侧面是平行四边形；②两个底面与平行于底面的截面是全等的多边形；③过不相邻的两条侧棱的截面是平行四边形；④直棱柱的侧棱长与高相等，侧面与对角面是矩形。补充知识点长方体的性质：①长方体一条对角线长的平方等于一个顶点上三条棱的平方和；【如图】222211ACABADAA②（了解）长方体的一条对角线1AC与过顶点A的三条棱所成的角分别是，，，那么222coscoscos1，222sinsinsin2；③（了解）长方体的一条对角线1AC与过顶点A的相邻三个面所成的角分别是，，，则222coscoscos2，222sinsinsin1.1.4侧面展开图：正n棱柱的侧面展开图是由n个全等矩形组成的以底面周长和侧棱长为邻边的矩形.1.5面积、体积公式：2SchSchSSh直棱柱侧直棱柱全底棱柱底，V（其中c为底面周长，h为棱柱的l侧棱侧面底面E'B'D'C'A'F'BDEAFCC1D1B1CDABA1-2-/11高）注意:大多数省市在高考试卷会给出面积体积公式，因此考生可以不用刻意地去记2.圆柱2.1圆柱——以矩形的一边所在的直线为旋转轴，其余各边旋转而形成的曲面所围成的几何体叫圆柱.2.2圆柱的性质：上、下底及平行于底面的截面都是等圆；过轴的截面（轴截面）是全等的矩形.2.3侧面展开图：圆柱的侧面展开图是以底面周长和母线长为邻边的矩形.2.4面积、体积公式：S圆柱侧=2rh；S圆柱全=222rhr，V圆柱=S底h=2rh（其中r为底面半径，h为圆柱高）3.棱锥3.1棱锥——有一个面是多边形，其余各面是有一个公共顶点的三角形，由这些面所围成的几何体叫做棱锥。正棱锥——如果有一个棱锥的底面是正多边形，并且顶点在底面的射影是底面的中心，这样的棱锥叫做正棱锥。3.2棱锥的性质：①平行于底面的截面是与底面相似的正多边形，相似比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比；②正棱锥各侧棱相等，各侧面是全等的等腰三角形；③正棱锥中六个元素，即侧棱、高、斜高、侧棱在底面内的射影、斜高在底面的射影、底面边长一半，构成四个直角三角形。）（如上图：,,,SOBSOHSBHOBH为直角三角形）3.3侧面展开图：正n棱锥的侧面展开图是有n个全等的等腰三角形组成的。3.4面积、体积公式：S正棱锥侧=12ch，S正棱锥全=12chS底，V棱锥=13Sh底.（其中c为底面周长，h侧面斜高，h棱锥的高）4.圆锥4.1圆锥——以直角三角形的一直角边所在的直线为旋转轴，其余各边旋转而形成的曲面所围成的几何体叫圆锥。4.2圆锥的性质：①平行于底面的截面都是圆，截面直径与底面直径之比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比；②轴截面是等腰三角形；如右图：SAB③如右图：222lhr.4.3圆锥的侧面展开图：圆锥的侧面展开图是以顶点为圆心，以母线长为半径的扇形。4.4面积、体积公式：S圆锥侧=rl，S圆锥全=()rrl，V圆锥=213rh（其中r为底面半径，h为圆锥的高，l为母线长）5.棱台轴截面底面侧面轴母线C'A'AOCO'B'B顶点侧面斜高高侧棱底面OCDABHSrlh轴截面底面顶点轴侧面母线AOBS上底面斜高侧面侧棱顶点高下底面NMA'C'B'D'OCDABSO'-3-/115.1棱台——用一个平行于底面的平面去截棱锥，我们把截面与底面之间的部分称为棱台.5.2正棱台的性质：①各侧棱相等，各侧面都是全等的等腰梯形；②正棱台的两个底面以及平行于底面的截面是正多边形；③如右图：四边形`,``OMNOOBBO都是直角梯形④棱台经常补成棱锥研究.如右图：`SOM与SON,S`O`B`与SOB相似，注意考虑相似比.5.3棱台的表面积、体积公式：SSS全上底下底＝S＋＋侧，1S``)3VSSSh棱台＝（＋，（其中,`SS是上，下底面面积，h为棱台的高）6.圆台6.1圆台——用平行于圆锥底面的平面去截圆锥，底面与截面之间的部分叫做圆台.6.2圆台的性质：①圆台的上下底面，与底面平行的截面都是圆；②圆台的轴截面是等腰梯形；③圆台经常补成圆锥来研究。如右图：`SOASOB与相似，注意相似比的应用.6.3圆台的侧面展开图是一个扇环；6.4圆台的表面积、体积公式：22()SrRRrl全＝，V圆台2211S``))33SSShrrRRh＝（＋＝（，（其中r，R为上下底面半径，h为高）7.球7.1球——以半圆的直径所在直线为旋转轴，半圆旋转一周形成的旋转体叫做球体，简称球.或空间中，与定点距离等于定长的点的集合叫做球面，球面所围成的几何体叫做球体，简称球；7.2球的性质：①球心与截面圆心的连线垂直于截面；②22rRd（其中，球心到截面的距离为d、球的半径为R、截面的半径为r）7.3球与多面体的组合体：球与正四面体，球与长方体，球与正方体等的内接与外切.注：球的有关问题转化为圆的问题解决.7.4球面积、体积公式：2344,3SRVR球球（其中R为球的半径）（二）空间几何体的三视图与直观图l轴截面rRh下底面上底面侧面轴母线DOBO'ACSrdR球面轴球心半径AOO1BA'C'D'B'CDOABOC'A'Ac-4-/11根据最近几年高考形式上看，三视图的考察已经淡化，所以同学只需了解即可1.投影：区分中心投影与平行投影。平行投影分为正投影和斜投影。2.三视图——是观察者从三个不同位置观察同一个空间几何体而画出的图形；正视图——光线从几何体的前面向后面正投影，得到的投影图；侧视图——光线从几何体的左面向右面正投影，得到的投影图；正视图——光线从几何体的上面向下面正投影，得到的投影图；注：（1）俯视图画在正视图的下方，“长度”与正视图相等；侧视图画在正视图的右边，“高度”与正视图相等，“宽度”与俯视图。（简记为“正、侧一样高，正、俯一样长，俯、侧一样宽”.（2）正视图，侧视图，俯视图都是平面图形，而不是直观图。3.直观图：3.1直观图——是观察着站在某一点观察一个空间几何体而画出的图形。直观图通常是在平行投影下画出的空间图形。3.2斜二测法：step1：在已知图形中取互相垂直的轴Ox、Oy，（即取90xoy）；step2：画直观图时，把它画成对应的轴'',''oxoy，取'''45(135)xoyor，它们确定的平面表示水平平面；step3：在坐标系'''xoy中画直观图时，已知图形中平行于数轴的线段保持平行性不变，平行于x轴（或在x轴上）的线段保持长度不变，平行于y轴（或在y轴上）的线段长度减半。结论：一般地，采用斜二测法作出的直观图面积是原平面图形面积的24倍.解决两种常见的题型时应注意：（1）由几何体的三视图画直观图时，一般先考虑“俯视图”.（2）由几何体的直观图画三视图时，能看见的轮廓线和棱画成实线，不能看见的轮廓线和棱画成虚线。二点、直线、平面之间的位置关系平面的基本性质1.平面——无限延展，无边界1.1三个定理与三个推论公理1：如果一条直线上有两点在一个平面内，那么直线在平面内。用途：常用于证明直线在平面内.图形语言：符号语言：公理2：不共线的三点确定一个平面.图形语言：推论1：直线与直线外的一点确定一个平面.图形语言：推论2：两条相交直线确定一个平面.图形语言：推论3：两条平行直线确定一个平面.图形语言：用途：用于确定平面。公理3：如果两个平面有一个公共点，那么它们还有公共点，这些公共点的集合是一条直线（两个平面的交线）.用途：常用于证明线在面内，证明点在线上.图形语言：符号语言：形语言，文字语言，符号语言的转化：-5-/11（二）空间图形的位置关系1.空间直线的位置关系：共面:ab=A,a//b异面:a与b异面平行线的传递公理：平行于同一条直线的两条直线互相平行。符号表述：//,////abbcac等角定理：如果一个角的两边与另一个角的两边分别平行，那么这两个角相等或互补。异面直线：（1）定义：不同在任何一个平面内的两条直线——异面直线；（2）判定定理：连平面内的一点与平面外一点的直线与这个平面内不过此点的直线是异面直线。图形语言：aAP符号语言：PAaPAaAa与异面异面直线所成的角：（1）范围：0,90；（2）作异面直线所成的角：平移法.如右图，在空间任取一点O，过O作'//,'//aabb，则','ab所成的角为异面直线,ab所成的角。特别地，找异面直线所成的角时，经常把一条异面直线平移到另一条异面直线的特殊点（如线段中点，端点等）上，形成异面直线所成的角.bab'a'O-6-/112.直线与平面的位置关系：//llAll图形语言：3.平面与平面的位置关系：平行：//斜交：=a相交垂直：（三）平行关系（包括线面平行，面面平行）1.线面平行：①定义：直线与平面无公共点.②判定定理：////abaab（线线平行线面平行）【如图】③性质定理：////aaabb（线面平行线线平行）【如图】④判定或证明线面平行的依据：（i）定义法（反证）：//ll（用于判断）；（ii）判定定理：////abaab“线线平行面面平行”（用于证明）；（iii）////aa“面面平行线面平行”（用于证明）；（4）//babaa（用于判断）；2.线面斜交：lA①直线与平面所成的角（简称线面角）：若直线与平面斜交，则平面的斜线与该斜线在平面内射影的夹角。【如图】PO于O，则AO是PA在平面内的射影，则PAO就是直线PA与平面所成的角。范围：0,90，注：若//ll或，则直线l与平面所成的角为0；若l，则直线l与平面所成的角为90。3.面面平行：APO-7-/11①定义：//；②判定定理：如果一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面，那么两个平面互相平行；符号表述：,,,//,////ababOab【如下图①】Obaa'b'OOba图①图②推论：一个平面内的两条相交直线分别平行于另一个平面的两条直线，那么这两个平面互相平行符号表述：,,,',',//',//'//ababOabaabb【如上图②】判定2：垂直于同一条直线的两个平面互相平行.符号表述：,//aa.【如右图】③判定与证明面面平行的依据：（1）定义法；（2）判定定理及推论（常用）（3）判定2④面面平行的性质：（1）////aa（面面平行线面平行）；（2）////aabb；（面面平行线线平行）（3）夹在两个平行平面间的平行线段相等。【如图】（四）垂直关系（包括线面垂直，面面垂直）1.线面垂直①定义：若一条直线垂直于平面内的任意一条直线，则这条直线垂直于平面。符号表述：若任意,a都有l