← 高中數學研習室

學習・解釋・訂正

空間直線、平面的平行

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 · 8.5 · PDF 140 / 印刷頁 133

先重溫:空間點、直線、平面之間的位置關係

專題 01

空間直線、平面的平行

透過定義、對照例子及有理據的應用,掌握空間直線、平面的平行。

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直線、平面的平行。
  • 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。

線面判準

面外直線平行面內一直線,則平行該平面。

面面判準

確定平面方向須用兩個相交方向。

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「空間直線、平面的平行」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

直線 l 在平面 α 外,且平行 α 內的 m。寫出結論並說明。

l⊈α,m⊆α,l∥ml\not\subseteq\alpha,\quad m\subseteq\alpha,\quad l\parallel m
  • 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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
直線不可已在平面內。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l∥m⊆α, l⊈α⇒l∥αl\parallel m\subseteq\alpha,\ l\not\subseteq\alpha\Rightarrow l\parallel\alpha
  3. 沒有線在面外條件,l 可能包含於 α。

l 平行於 α。

檢查與易錯點:沒有線在面外條件,l 可能包含於 α。

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。

02 / 鞏固#示範例題

四面體 ABCD 中,E、F 為 AB、AC 中點。證明 EF 平行平面 BCD。

  • 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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
先在三角形 ABC 使用中點定理。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    EF∥BC,BC⊆(BCD)EF\parallel BC,\quad BC\subseteq(BCD)
  3. 四面體非退化,因此 E、F 不在底面。

EF∥BC,且 EF 在平面 BCD 外,故 EF∥平面 BCD。

檢查與易錯點:四面體非退化,因此 E、F 不在底面。

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。

03 / 遷移#示範例題

兩平行平面為 z=a、z=b;a=0、b=k,求距離。

k=2k=2
  • 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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
沿共同垂直方向量度。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    d=∣b−a∣=∣2−0∣=2d=|b-a|=|2-0|=2
  3. 斜連線段會比兩平面距離長。

所求值為 2。

檢查與易錯點:斜連線段會比兩平面距離長。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

正方體底面 z=0、頂面 z=4,證明沿 x 方向的底棱平行頂面。

l=(t,0,0),α:z=4l=(t,0,0),\quad\alpha:z=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
在頂面找出明確平行線。
提示 2
底棱始終在 z=0。
完整解答
  1. 在頂面找出明確平行線。

  2. 計算或化簡此關係式。

    m=(t,0,4)⊆α;l∥mm=(t,0,4)\subseteq\alpha;\quad l\parallel m
  3. 方向及面外條件均已核實。

它不與頂面相交,且平行相應頂棱。

檢查與易錯點:方向及面外條件均已核實。

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

四面體 ABCD 中,E、F、G 為 AB、AC、AD 中點。證明平面 EFG 平行平面 BCD。

  • 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
在兩個面使用中點定理。
提示 2
使用面面平行判準。
完整解答
  1. 在兩個面使用中點定理。

  2. 計算或化簡此關係式。

    EF∥BC,EG∥BD,EF∩EG={E}EF\parallel BC,\quad EG\parallel BD,\quad EF\cap EG=\{E\}
  3. 只用一條中位線只確立一個方向。

EF∥BC、EG∥BD 提供兩個相交方向。

檢查與易錯點:只用一條中位線只確立一個方向。

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。

06 / 基礎#獨立練習

兩平行平面被第三平面截成交線,兩交線有甚麼關係?

  • 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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
若交線相交,交點將同時屬兩平行平面。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    α∥β,l=α∩γ, m=β∩γ⇒l∥m\alpha\parallel\beta,\quad l=\alpha\cap\gamma,\ m=\beta\cap\gamma\Rightarrow l\parallel m
  3. 矛盾排除兩交線在共同截面內相交。

兩交線平行。

檢查與易錯點:矛盾排除兩交線在共同截面內相交。

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

兩直線均平行同一平面,兩線必互相平行嗎?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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
令兩線均位於非零固定高度。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l=(t,0,1),m=(0,s,1),α:z=0l=(t,0,1),\quad m=(0,s,1),\quad\alpha:z=0
  3. 共用線面平行關係不決定兩線相對方向。

不必:z=1 內沿 x、y 方向的線可相交,但均平行 z=0。

檢查與易錯點:共用線面平行關係不決定兩線相對方向。

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

用一個平面內的直線,寫出兩不同平面平行的充分判準。

  • 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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
兩線須相交,不能只用平行兩線。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l,m⊆α, l∩m≠∅, l∥β, m∥β⇒α∥βl,m\subseteq\alpha,\ l\cap m\ne\varnothing,\ l\parallel\beta,\ m\parallel\beta\Rightarrow\alpha\parallel\beta
  3. 兩個獨立方向才可限制平面方向。

一平面內兩條相交直線,均平行另一平面。

檢查與易錯點:兩個獨立方向才可限制平面方向。

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

為何 α 內兩條平行線均平行 β,仍不足以證明 α∥β?

  • 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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
構造共用 x 方向的傾斜面及水平面。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    α:z=y,β:z=0;l=(t,1,1), m=(t,2,2)\alpha:z=y,\quad\beta:z=0;\quad l=(t,1,1),\ m=(t,2,2)
  3. 兩線均避開 β,但其平面沿 y=z=0 與 β 相交。

它們只提供一個方向;α 可繞該方向傾斜並與 β 相交。

檢查與易錯點:兩線均避開 β,但其平面沿 y=z=0 與 β 相交。

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

兩平行平面為 z=a、z=b;a=0、b=k,求距離。

k=3k=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
使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。
提示 2
沿共同垂直方向量度。
完整解答
  1. 使用平行判定時,保留全部相交及線在面外條件。

  2. 計算或化簡此關係式。

    d=∣b−a∣=∣3−0∣=3d=|b-a|=|3-0|=3
  3. 斜連線段會比兩平面距離長。

所求值為 3。

檢查與易錯點:斜連線段會比兩平面距離長。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

直線平行平面 α,而 β 平行 α,直線相對 β 有哪些可能位置?

  • 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
用水平平面及高度 c 的水平直線。
提示 2
比較 c=1 與 c≠1。
完整解答
  1. 用水平平面及高度 c 的水平直線。

  2. 計算或化簡此關係式。

    α:z=0,β:z=1;l=(t,0,c)\alpha:z=0,\quad\beta:z=1;\quad l=(t,0,c)
  3. 按無交點定義,包含於 β 的直線不稱為平行 β。

可包含於 β,或平行 β。

檢查與易錯點:按無交點定義,包含於 β 的直線不稱為平行 β。

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。

12 / 遷移#獨立練習

一線平行一面,是否須平行面內每條線?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
比較方向向量。
提示 2
線面平行限制法向分量,並非指定唯一方向。
完整解答
  1. 比較方向向量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l direction (1,0,0);m direction (0,1,0)l\text{ direction }(1,0,0);\quad m\text{ direction }(0,1,0)
  3. 平面內有很多不同方向。

不必:l=(t,0,1) 平行 z=0,但不平行該面內的 y 軸。

檢查與易錯點:平面內有很多不同方向。

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。

13 / 遷移#獨立練習

平面平行棱錐底面,從頂點起在全高三分之二處截取,求截面對底面面積比。

  • 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
沿頂點對應射線使用相似三角形。
提示 2
面積比為從頂點量起的高度比平方。
完整解答
  1. 沿頂點對應射線使用相似三角形。

  2. 計算或化簡此關係式。

    λ=2/3;Ssection/Sbase=λ2=4/9\lambda=2/3;\quad S_{\text{section}}/S_{\text{base}}=\lambda^2=4/9
  3. 若由底面量起,長度比例會不同。

所求值為 0.44444444。

檢查與易錯點:若由底面量起,長度比例會不同。

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。

啟用 JavaScript 後顯示本機作答摘要。

    選擇需要重溫的補底知識 ↗

    教師備課與評核

    提問順序

    • 使用「空間直線、平面的平行」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直線、平面的平行。
    • 線面判準:面外直線平行面內一直線,則平行該平面。
    • 面面判準:確定平面方向須用兩個相交方向。
    • 總結:條件 → 表示 → 推理 → 檢驗。

    預期想法

    • 預期理由:面外直線平行面內一直線,則平行該平面。
    • 預期理由:確定平面方向須用兩個相交方向。
    • 預期修正:同平行一面,不表示互相平行。

    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。

    免登入,紀錄保存在此瀏覽器;清除資料前請先匯出。書面推理按清單自評或由教師評核。

    教材與來源說明 ↗