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每日一题[287] 透视引理

2010年北京市西城区一模理科数学第8题(选择压轴题):

如图,平面 与平面

垂直,直线
为两个平面的交线.
是平面 内不同的两点,
是平面
内不同的两点,且
分别是线段
的中点,下列判断正确的是(        )

A.当

时,
两点不可能重合

B.

两点可能重合,但此时直线
与直线
不可能相交

C.当

相交,直线
平行于
时,直线
可以与
相交

D.当

是异面直线时,
可能与
平行


正确答案是 B.

在正式解决这个问题之前,我们先介绍立体几何中非常重要的透视引理(这是我自己的命名):

三个平面两两相交,则三条交线或者互相平行,或者交于一点.

引理的证明是非常简单的,甚至不需要画图就可以直接证明:

设三个平面分别为

,且

由于直线

与直线
共面,于是
或者平行,或者相交,讨论如下.

情形一    

此时

于是同在平面 内的直线
与直线
没有公共点,因此
.根据平行公理,有

即三条交线互相平行.

情形二    

此时

于是

,从而

即三条交线交于一点.

综上,引理得证.

回到原问题,依次考虑四个选项.

选项 A,如图1,取与

平行的平面,与
分别相交,在两条交线上取一条线段
,然后将这条线段绕其中点
旋转,那么在旋转过程中必然可以找到长度是起始长度
倍的位置,即线段
.因此选项 A 错误.

图1  选项A的证伪

选项 B,由对选项 A 的分析可知,

可以重合,如图2,若
重合,那么
互相平分,因此
为平行四边形.对平行四边形所在平面与
应用引理即得

因此选项 B 正确.

图2  选项B的证明

选项 C,若

相交,那么它们构成一个平面,对该平面与
应用引理即得

因此选项 C 错误.

选项 D,如图3,当

平行时,将线段
沿向量
平移到
,则根据对选项 B 的分析,有

于是在平面 内,过
的平行线
重合,于是
在平面
内,类似的,
也在平面
内,因此
共面.

图3  选项D的证伪


注一    条件“平面 与平面

垂直”是多余的.

注二    事实上,立体几何作图时是否遵从透视引理直接影响立体感,如图.

不遵从透视引理会影响立体感

关于数海拾贝

“数海拾贝”由中国最顶尖的高中数学教研老师兰琦和金叶梅主编。第一个栏目《每日一题》,每天精选一道高中数学好题,从破题的思路,图文并茂的讲解到精辟到位的总结,同学们每天只要花上10分钟认真阅读和思考,一定能在两三个月获得明显的进步,在高考中取得好成绩。如果您想表达自己独到的见解(或有意见及建议),请发送至shsb@guangzixuexi.com。

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