面面垂直性质是平面与平面互相垂直之后,从已知面面垂直这个前提,能够直接推出线面垂直以及相关平行垂直结论的一套几何推理规则,它和面面垂直判定定理互为逆向逻辑,判定是由线面垂直证明面面垂直,性质是已知面面垂直反向推导线线线面的位置关系,是立体几何证明题里面非常高频的转化工具,核心基础定理表述为如果两个平面互相垂直,那么在一个平面内垂直于它们交线的直线,垂直于另一个平面,这条定理完成了面面垂直到线面垂直的转化,是整套性质体系的根基,在此基础上还可以继续延伸出线线垂直,平行传递,点到平面距离等衍生推论,做题的时候经常用来搭建垂直链条,把面面垂直条件转化成可以继续使用的线面垂直条件,解决证明垂直求距离求角度类题型。
核心定理原文
两个平面互相垂直,则在其中一个平面内,垂直于两平面交线的直线,垂直于另一个平面。
符号表达逻辑,平面阿尔法垂直平面贝塔,交线为 l,直线 a 在平面阿尔法内,a 垂直 l,则 a 垂直平面贝塔。
定理成立必备条件
第一 前提必须是两个平面已经确认互相垂直,没有面面垂直这个大前提,后面推论全部不成立。
第二 直线必须落在其中一个平面内部,不能是平面外面的直线。
第三 这条直线必须垂直两个平面的交线,三个条件缺一不可,缺少任意一条都不能推出线面垂直,这也是考试最容易出错的地方,很多同学只记住面面垂直,忘记直线在平面内且垂直交线这个关键限制。
衍生推论
推论一 如果两个平面互相垂直,那么过第一个平面内一点,作第二个平面的垂线,这条垂线一定落在第一个平面内部。
这个推论的意义,确定垂线的位置,证明垂线属于已知平面,经常用来证明点线共面。
推论二 如果两个相交平面都垂直于第三个平面,那么这两个相交平面的交线,垂直于第三个平面。
这个推论可以快速实现面面垂直组合条件,直接推出交线和第三个平面垂直,适合多平面垂直的综合大题。
推论三 两个平面垂直,那么一个平面内任意一点向另一个平面所作的垂线段,垂足一定落在两个平面的交线上。
性质的应用逻辑
第一步 审题,先确认题目已经给出或者已经证明出两个平面面面垂直。
第二步 找到这两个平面的公共交线。
第三步 在其中一个平面内,寻找或者构造一条和交线垂直的直线。
第四步 依据面面垂直性质,判定这条直线垂直另一个平面。
第五步 继续利用线面垂直的性质,推出直线垂直平面内所有直线,完成后续证明,或者用来计算点面距离线面角二面角。
易错对比表格
| 对比项目 | 面面垂直判定定理 | 面面垂直性质定理 |
|---|---|---|
| 推理方向 | 线面垂直 推出 面面垂直 | 面面垂直 推出 线面垂直 |
| 核心条件 | 一条直线垂直一个平面,且直线在另一个平面内 | 面面垂直,平面内直线垂直两平面交线 |
| 转化目标 | 得到平面互相垂直 | 得到直线垂直平面 |
| 常见误区 | 漏掉直线在第二个平面内 | 漏掉直线垂直交线这个条件 |
典型使用场景
第一种 立体几何证明大题,已经证完面面垂直,下一步需要继续证明线线垂直,就使用性质把面面垂直转化线面垂直,再由线面垂直得到线线垂直。
第二种 求点到平面距离,利用面面垂直性质作出垂线段,垂线段长度就是距离。
第三种 求解二面角,借助面面垂直构造垂直交线的直线,找到二面角平面角。
【常见问题】
问题 1 面面垂直性质里面,如果直线不在平面内,但是垂直交线,还可以使用面面垂直性质推出线面垂直吗
回答 1 不可以,面面垂直性质硬性要求直线必须在其中一个平面内部,外部直线即使垂直交线,也不能依靠面面垂直性质得到垂直另一个平面的结论,这是面面垂直性质非常关键的限制条件。
问题 2 利用面面垂直性质之后得到线面垂直,还能继续得到哪些结论
回答 2 依据面面垂直性质得到线面垂直之后,这条直线会垂直另一个平面内全部直线,同时可以继续推导平行关系,也可以用来计算线面角和点到平面距离,是立体几何垂直链条里重要的中转步骤。
问题 3 两个平面都垂直第三个平面,能不能直接用面面垂直性质得到这两个平面交线垂直第三个平面
回答 3 可以,这是面面垂直性质对应的衍生推论,前提是这两个平面是相交平面,满足条件之后,交线垂直第三个平面,这个结论可以在综合题直接作为推理依据。
问题 4 面面垂直性质和面面垂直判定定理可以混用吗
回答 4 不可以,面面垂直判定是由线面垂直证明面面垂直,面面垂直性质是已知面面垂直反向推出线面垂直,推理方向完全相反,做题的时候不能颠倒使用。
【免责申明】
本文为高中立体几何知识点讲解,仅用于学习备考参考,具体答题规范请以所在教材以及任课教师要求为准,不保证覆盖全部考题变形,如有理解偏差请结合课本定义核对。
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