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學習・解釋・訂正

空間點、直線、平面之間的位置關係

先理解概念,獨立嘗試,再解釋想法如何改變。

高一必修 第二册(A版).pdf · 8.4 · PDF 131 / 印刷頁 124

先重溫:簡單幾何體的表面積與體積

專題 01

空間點、直線、平面之間的位置關係

透過定義、對照例子及有理據的應用,掌握空間點、直線、平面之間的位置關係。

學完之後,你能解釋

  • 以定義、有效空間推理及度量檢查處理空間點、直線、平面之間的位置關係。
  • 連結不同表示法,說明每步理由,並處理邊界情況。
  • 能解釋解法,並把概念用於改變了的情境。

平面確定

三個不共線點確定唯一平面。

直線位置

空間直線可相交、平行或異面。

預測 → 操作 → 解釋 → 遷移

先留下預測,再探索關係。

課節思考:計算前,預測「空間點、直線、平面之間的位置關係」的一項定義條件改變後,結論會怎樣改變,並記錄理由。

模型實驗:先預測調整下列參數會改變哪個結果,再以顯示的數值檢查,並與課節問題比較。

長方體示意圖(非按比例):3×4×2;體積=24,表面積=52。

長方體示意圖(非按比例):3×4×2;體積=24,表面積=52。

解釋:比較兩個符合條件的例子及一個邊界或不符合條件的例子,利用所述定義解釋差異。

遷移:自擬新例子及一個容易令人信服的錯誤解法,再指出缺漏條件並修正。

試一試,把思路寫下來。

每次只看一個提示。訂正時記錄想法如何改變,不只抄下答案。

01 / 基礎#示範例題

三個不共線點確定多少個平面?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
不共線條件非常重要。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    A,B,C noncollinear ⇒∃!α:A,B,C∈αA,B,C\text{ noncollinear }\Rightarrow\exists!\alpha:A,B,C\in\alpha
  3. 三個共線點則在無限多個平面內。

所求值為 1。

檢查與易錯點:三個共線點則在無限多個平面內。

先思考,待同學準備好再展開提示。

02 / 鞏固#示範例題

四個不共面點中任取三點,可確定多少個平面?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
此處不同三點組不會決定同一平面。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    (43)=4\binom43=4
  3. 若兩者相同,四點將共面,與假設矛盾。

所求值為 4。

檢查與易錯點:若兩者相同,四點將共面,與假設矛盾。

先思考,待同學準備好再展開提示。

03 / 遷移#示範例題

兩條不同平行直線共屬多少個平面?說明。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
在一線取兩點,在另一線取一點。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l∥m, l≠m⇒∃!α:l,m⊆αl\parallel m,\ l\ne m\Rightarrow\exists!\alpha:l,m\subseteq\alpha
  3. 所取三點不共線,因而決定唯一平面。

所求值為 1。

檢查與易錯點:所取三點不共線,因而決定唯一平面。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

有多少個平面通過三個不同共線點?說明。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
三點定平面的公理要求不共線。
提示 2
三點只確定一條直線。
完整解答
  1. 三點定平面的公理要求不共線。

  2. 任何包含共同直線的平面均包含三點;繞該線旋轉平面可得無限多個選擇。

  3. 缺少不共線條件,唯一性便完全改變。

無限多個。

檢查與易錯點:缺少不共線條件,唯一性便完全改變。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

05 / 基礎#獨立練習

有多少個平面包含一條已知直線及線外一點?說明。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
在直線選兩個不同點。
提示 2
加上線外點後三點不共線。
完整解答
  1. 在直線選兩個不同點。

  2. 計算或化簡此關係式。

    A,B∈l, A≠B, P∉l⇒A,B,P noncollinearA,B\in l,\ A\ne B,\ P\notin l\Rightarrow A,B,P\text{ noncollinear}
  3. 三點所定唯一平面包含原整條直線。

所求值為 1。

檢查與易錯點:三點所定唯一平面包含原整條直線。

先思考,待同學準備好再展開提示。

06 / 基礎#獨立練習

在坐標正方體中,判斷 AB 與 CC′ 的關係。

A=(0,0,0),B=(3,0,0),C=(3,3,0),C′=(3,3,3)A=(0,0,0),B=(3,0,0),C=(3,3,0),C'=(3,3,3)
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
它們不平行,且 y 坐標不同,不能相交。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    AB:(t,0,0);CC′:(3,3,s)AB:(t,0,0);\quad CC\prime:(3,3,s)
  3. 空間中不平行又不相交的直線為異面,不是平行。

異面直線。

檢查與易錯點:空間中不平行又不相交的直線為異面,不是平行。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

07 / 基礎#獨立練習

兩個不同平面共有兩個不同點,交集是甚麼?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
兩平面均包含兩點所決定的直線。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    A,B∈α∩β, A≠B⇒AB⊆α∩βA,B\in\alpha\cap\beta,\ A\ne B\Rightarrow AB\subseteq\alpha\cap\beta
  3. 不同相交平面的交集為直線,不是有限線段。

經過兩點的整條直線。

檢查與易錯點:不同相交平面的交集為直線,不是有限線段。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

08 / 鞏固#獨立練習

三條兩兩相交的直線必共面嗎?給出反例。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
考慮共點直線,而非三角形三邊。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    Ox∩Oy∩Oz={O}Ox\cap Oy\cap Oz=\{O\}
  3. 若三個交點互異,則會有不同結論。

不一定:三條直角坐標軸交於同一點,但不共面。

檢查與易錯點:若三個交點互異,則會有不同結論。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

09 / 鞏固#獨立練習

證明有兩個不同點在平面內的直線,整條都在平面內。

A,B∈α,A≠BA,B\in\alpha,\quad A\ne B
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
公理須使用兩點,不能只用一點。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    A,B∈α⇒AB⊆αA,B\in\alpha\Rightarrow AB\subseteq\alpha
  3. 只有一個公共點時,直線可能只是穿過平面。

由平面相交公理,直線 AB 包含於 α。

檢查與易錯點:只有一個公共點時,直線可能只是穿過平面。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

10 / 鞏固#獨立練習

兩個不同平面可否恰有一個公共點?說明。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
回想相交公理,不要靠透視圖判斷。
提示 2
直線包含無限多個點。
完整解答
  1. 回想相交公理,不要靠透視圖判斷。

  2. 使用平面相交性質:兩不同平面的非空交集為整條直線。

  3. 一個公共點已保證有更多公共點。

不能;不同平面相交時,交集為直線。

檢查與易錯點:一個公共點已保證有更多公共點。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

五點中無三點共線、無四點共面,三點組共確定多少個不同平面?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
數出無序三點組。
提示 2
無四點共面保證不同三點組產生不同平面。
完整解答
  1. 數出無序三點組。

  2. 計算或化簡此關係式。

    (53)=5⋅4⋅3/(3⋅2⋅1)=10\binom53=5\cdot4\cdot3/(3\cdot2\cdot1)=10
  3. 此計數需要兩項一般位置條件。

所求值為 10。

檢查與易錯點:此計數需要兩項一般位置條件。

先思考,待同學準備好再展開提示。

12 / 遷移#獨立練習

兩個不同相交平面把空間分成多少個區域?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
取垂直交線的截面。
提示 2
截面內為兩條相交線。
完整解答
  1. 取垂直交線的截面。

  2. 計算或化簡此關係式。

    2×2=42\times2=4
  3. 四個平面扇區對應四個空間區域。

所求值為 4。

檢查與易錯點:四個平面扇區對應四個空間區域。

先思考,待同學準備好再展開提示。

13 / 遷移#獨立練習

在坐標正方體中,判斷 AB 與 CC′ 的關係。

A=(0,0,0),B=(4,0,0),C=(4,4,0),C′=(4,4,4)A=(0,0,0),B=(4,0,0),C=(4,4,0),C'=(4,4,4)
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。
提示 2
它們不平行,且 y 坐標不同,不能相交。
完整解答
  1. 使用精確的相交條件;單靠圖像不能證明空間關係。

  2. 計算或化簡此關係式。

    AB:(t,0,0);CC′:(4,4,s)AB:(t,0,0);\quad CC\prime:(4,4,s)
  3. 空間中不平行又不相交的直線為異面,不是平行。

異面直線。

檢查與易錯點:空間中不平行又不相交的直線為異面,不是平行。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

專注一道題目

課末檢核與訂正

回看最近核對的答案及解釋;改動草稿後須重新核對。書面推理需要自評或教師評核。

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    選擇需要重溫的補底知識 ↗

    教師備課與評核

    提問順序

    • 使用「空間點、直線、平面之間的位置關係」的主要法則前,須滿足甚麼條件?
    • 哪一種表示法能使此題較易處理?為甚麼?
    • 改變一項假設後,原結論還成立嗎?

    板書重點

    • 以定義、有效空間推理及度量檢查處理空間點、直線、平面之間的位置關係。
    • 平面確定:三個不共線點確定唯一平面。
    • 直線位置:空間直線可相交、平行或異面。
    • 總結:條件 → 表示 → 推理 → 檢驗。

    預期想法

    • 預期理由:三個不共線點確定唯一平面。
    • 預期理由:空間直線可相交、平行或異面。
    • 預期修正:空間直線不相交,不一定平行。

    評核清單

    • 1:辨識已知條件及所求。
    • 1:選取合適定義、表示或方法。
    • 1:推理連貫且正確。
    • 1:檢驗條件並解釋結果。

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    教材與來源說明 ↗