

8.4.2 空间点、直线、平面之间的位置关系
新课程标准解读 | 核心素养 |
借助长方体,在直观认识空间点、直线、平面的位置关系的基础上,抽象出空间点、直线、平面的位置关系的定义 | 逻辑推理、直观想象 |


在平面内,两条直线的位置关系只有平行和相交两种.在空间中,情况就不同了.例如,如图所示,教室中日光灯管所在直线与黑板左侧所在直线,机械部件蜗杆和蜗轮的轴线a和b,它们既不相交也不平行.

【问题】 你知道空间两条直线的位置关系有哪些吗?

知识点一空间中直线与直线的位置关系
1.异面直线
(1)定义:不同在 任何一个 平面内的两条直线;
(2)异面直线的画法:

2.空间两条直线的位置关系
位置关系 | 特点 |
相交直线 | 在同一平面内, 有且只有一个 公共点 |
平行直线 | 在同一平面内, 没有 公共点 |
异面直线 | 不同在任何一个平面内, 没有 公共点 |
【想一想】
分别在不同平面内的两条直线一定是异面直线吗?
提示:不一定.分别在两个平面内的直线,既可能是平行直线,也可能是相交直线,还可能是异面直线.
知识点二 直线与平面、平面与平面的位置关系
1.直线与平面的位置关系
位置关系 | 直线a在平面α内 | 直线a在平面α外 |
直线a与平面α相交 | 直线a与平面α平行 |
公共点 | 无数个公共点 | 一个公共点 | 没有公共点 |
符号表示 | a⊂α | a∩α=A | a∥α |
图形表示 | 
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2.两个平面的位置关系
位置关系 | 两平面平行 | 两平面相交 |
公共点 | 没有公共点 | 有无数个公共点(在一条直线上) |
符号表示 | α∥β | α∩β=l |
图形表示 | 
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【想一想】
直线a在平面α外,则直线a与平面α没有公共点,正确吗?
提示:不正确,当直线a与平面α相交时,有一个公共点,也称为直线a在平面α外.

1.一条直线与两条平行线中的一条是异面直线,则它与另一条()
A.相交B.异面
C.相交或异面D.平行
答案:C
2.已知直线a∥平面α,直线b⊂平面α,则()
A.a∥bB.a与b异面
C.a与b相交D.a与b无公共点
解析:D 因为直线a∥平面α,所以直线a与平面α无公共点,而直线b⊂平面α,所以a与b平行或异面,所以两者无公共点.故选D.
3.若平面α∥平面β,a⊂α,b⊂β,则直线a和b的位置关系是平行或异面.
解析:因为平面α∥平面β,则平面α与平面β没有公共点,而a⊂α,b⊂β,于是得直线a和b没有公共点,所以直线a和b是异面直线或是平行直线.

【例1】 如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中:

(1)直线A1B与直线D1C的位置关系是平行;
解析:在长方体ABCD-A1B1C1D1中,A1D1∥BC,且A1D1=BC.∴四边形A1BCD1为平行四边形,∴A1B∥D1C.
(2)直线A1B与直线B1C的位置关系是异面;
解析:直线A1B与直线B1C不同在任何一个平面内.
(3)直线D1D与直线D1C的位置关系是相交;
解析:直线D1D与直线D1C相交于点D1.
(4)直线AB与直线B1C的位置关系是异面.
解析:直线AB与直线B1C不同在任何一个平面内.
通性通法
1.判断空间中两条直线位置关系的诀窍
(1)建立空间观念,全面考虑两条直线平行、相交和异面三种位置关系,特别关注异面直线;
(2)重视正方体等常见几何体模型的应用,会举例说明两条直线的位置关系.
2.判定两条直线是异面直线的方法
(1)定义法:证明两条直线既不平行又不相交;
(2)重要结论:连接平面内一点与平面外一点的直线,和这个平面内不经过此点的直线是异面直线.用符号语言可表示为l⊂α,A∉α,B∈α,B∉l⇒AB与l是异面直线(如图).

【跟踪训练】
1.已知空间中两条不重合的直线a,b,则“a与b没有公共点”是“a∥b”的()
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:B “直线a与b没有公共点”表示两条直线a∥b或者a与b是异面直线,所以“a与b没有公共点”是“a∥b”的必要不充分条件.故选B.
2.(2024·南阳质检)若a和b是异面直线,b和c是异面直线,则a和c的位置关系可能是平行、相交或异面.
解析:如图,在长方体ABCD-A'B'C'D'中,A'D'所在直线为a,AB所在直线为b,已知a和b是异面直线,b和c是异面直线,则c可以是长方体ABCD-A'B'C'D'中的B'C',DD',CC',故a和c可以平行、相交或异面.

【例2】(1)已知a,b是两条平行直线,且a∥平面β,则b与β的位置关系是(D)
A.平行B.相交
C.b在平面β内D.平行或b在平面β内
解析:借助长方体判断.如图所示.A'B'∥C'D',A'B'∥平面ABCD,C'D'∥平面ABCD,即有b∥β的可能;A'B'∥AB,A'B'∥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,即也有b⊂β的可能.故选D.

(2)给出下列说法:
①若直线a在平面α外,则a∥α;
②若直线a∥b,b⊂平面α,则a∥α;
③若直线a平行于平面α内的无数条直线,则a∥α.
其中说法正确的个数为(A)
A.0B.1
C.2D.3
解析:对于①,直线a在平面α外包括两种情况,即a∥α或a与α相交,∴a和α不一定平行,故①说法错误;对于②,∵直线a∥b,b⊂平面α,只能说明a和b无公共点,但a可能在平面α内,∴a不一定平行于α,故②说法错误;对于③,当a⊂α时,α内也存在无数条直线与直线a平行,故③说法错误.
通性通法
直线与平面位置关系的判断
(1)空间直线与平面位置关系的判断是解决问题的突破口,这类问题,常用分类讨论的方法解决.另外,借助模型(如正方体、长方体等)也是解决这类问题的有效方法;
(2)要证明直线在平面内,只要证明直线上两点在平面内,要证明直线与平面相交,只需说明直线与平面只有一个公共点,要证明直线与平面平行,则必须说明直线与平面没有公共点.
【跟踪训练】
若a,b是异面直线,且a∥平面α,那么b与平面α的位置关系是()
A.b∥αB.b与α相交
C.b⊂αD.以上三种情况都有可能
解析:D 若a,b是异面直线,且a∥平面α,则根据空间中线面的位置关系可得,b∥α,或b⊂α,或b与α相交.
【例3】 如果在两个平面内分别有一条直线,这两条直线互相平行,那么两个平面的位置关系一定是()
A.平行B.相交
C.平行或相交D.不能确定
解析:C 如图所示,a⊂α,b⊂β,a∥b.由图形可知,这两个平面可能相交,也可能平行.

【母题探究】
(变条件)本例若将条件“这两条直线互相平行”改为“这两条直线是异面直线”,则两平面的位置关系如何?
解:如图,a⊂α,b⊂β,a,b异面.由图知这两个平面可能平行,也可能相交.

通性通法
1.平面与平面位置关系的判断方法
(1)平面与平面相交的判断,主要是以基本事实3为依据找出一个交点;
(2)平面与平面平行的判断,主要是说明两个平面没有公共点.
2.常见的平面与平面平行的模型
(1)棱柱、棱台、圆柱、圆台的上下底面平行;
(2)长方体的六个面中,三组相对面平行.
【跟踪训练】
1.(多选)以下四个命题中正确的有()
A.在平面α内有两条直线和平面β平行,那么这两个平面平行
B.在平面α内有无数条直线与平面β平行,那么这两个平面平行
C.平面α内△ABC的三个顶点在平面β的同一侧且到平面β的距离相等且不为0,那么这两个平面平行
D.平面α内有无数个点到平面β的距离相等且不为0,那么这两个平面平行或相交
解析:CD 当两个平面相交时,一个平面内有无数条直线平行于它们的交线,即平行另一个平面,所以A、B错误.
2.(2024·梅州月考)已知直线a,平面α,β,且a∥α,a∥β,则平面α与β的位置关系是相交或平行.
解析:因为a∥α,a∥β,所以平面α与β相交(如图①)或平行(如图②).


1.异面直线是指()
A.空间中两条不相交的直线
B.分别位于两个不同平面内的两条直线
C.平面内的一条直线与平面外的一条直线
D.不同在任何一个平面内的两条直线
解析:D 对于A,空间中两条不相交的直线有两种可能,一个是平行(共面),另一个是异面,所以A应排除;对于B,分别位于两个不同平面内的两条直线,既可能平行也可能相交也可能异面,如图,就是相交的情况,所以B应排除;对于C,如图中的a,b可看作是平面α内的一条直线a与平面α外的一条直线b,显然它们是相交直线,所以C应排除;只有D符合定义.

2.若平面α∥平面β,l⊂α,则l与β的位置关系是()
A.l与β相交 B.l与β平行
C.l在β内 D.无法判定
解析:B ∵α∥β,l⊂α,可得l∥β.故选B.
3.“直线l与平面α没有公共点”是“直线l与平面α平行”的()
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:C 若直线l与平面α没有公共点,那直线l与平面α只能平行,故充分性成立;若直线l与平面α平行,则直线l与平面α没有公共点,故必要性也成立,所以“直线l与平面α没有公共点”是“直线l与平面α平行”的充要条件.故选C.
4.已知不重合的直线a,b与平面α,满足a∥α,b∥α,则a与b的位置关系是平行、异面或相交.
解析:如图,在长方体中,a∥α,b∥α,a与b相交,b'∥α,a与b'异面,b″∥α,a与b″平行,故a与b的位置关系有:平行、异面或相交.



1.一条直线与两条异面直线中的一条平行,则它和另一条的位置关系是()
A.平行或异面B.相交或异面
C.异面D.相交
解析:B 可借助长方体来判断.如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AA1与BC是异面直线,又AA1∥BB1,AA1∥DD1,显然BB1∩BC=B,DD1与BC是异面直线,故B正确.

2.已知点P,Q,R,S分别是正方体的四条棱的中点,则下列图形中直线PQ与RS是异面直线的是()

解析:C A,B中PQ与RS平行,D中PQ与RS相交.
3.在四棱台ABCD-A1B1C1D1中,平面ABB1A1与平面DCC1D1的位置关系是()
A.相交B.平行
C.不确定D.异面
解析:A 由棱台的定义可知,平面ABB1A1与平面DCC1D1一定相交.故选A.
4.在长方体ABCD-A1B1C1D1的六个表面与六个对角面(面AA1C1C、面ABC1D1、面ADC1B1、面BB1D1D、面A1BCD1及面A1B1CD)所在的平面内,与棱AA1平行的平面共有()
A.2个B.3个
C.4个D.5个
解析:B 如图所示,结合图形可知AA1∥平面BCC1B1,AA1∥平面DCC1D1,AA1∥平面BB1D1D.

5.(多选)下列说法中正确的是()
A.若直线l与平面α不平行,则l与α相交
B.直线l在平面α外是指直线l和平面α平行
C.如果直线l经过平面α内一点P,又经过平面α外一点Q,那么直线l与平面α相交
D.如果直线a∥b,且a与平面α相交于点P,那么直线b必与平面α相交
解析:CD 若直线l与平面α不平行,则l与α相交或l⊂α,所以A不正确;若l⊄α,则l∥α或l与α相交,所以B不正确;由平面和直线的位置关系可知,C、D正确.故选C、D.
6.(多选)下列结论正确的是()
A.直线a∥平面α,直线b⊂α,则a∥b
B.若a⊂α,b⊄α,则a,b无公共点
C.若a⊄α,则a∥α或a与α相交
D.若a∩α=A,则a⊄α
解析:CD a和b可以异面,故A错误;若b⊄α则b和α可以相交,故B错误;若直线在平面外,则直线和平面相交或平行,故C正确;若a∩α=A,说明直线和平面只有一个交点,故D正确.故选C、D.
7.若点A∈α,B∉α,C∉α,则平面ABC与平面α的位置关系是相交.
解析:因为点A∈α,B∉α,C∉α,所以平面ABC与平面α有公共点,且不重合,所以平面ABC与平面α的位置关系是相交.
8.直线a与直线b相交,直线c与直线b相交,则直线a与直线c的位置关系是相交、平行或异面.
解析:如图所示,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB与AA1相交,A1B1与AA1相交,AB∥A1B1;又AD与AA1相交,AB与AD相交;又A1D1与AA1相交,AB与A1D1异面.

9.过三棱柱ABC-A1B1C1的任意两条棱的中点作直线,其中与平面ABB1A1平行的直线共有6条.
解析:如图所示,与平面ABB1A1平行的直线有6条:D1E1,E1E,ED,DD1,D1E,DE1.

10.如图,根据图形用符号表示下列点、直线、平面之间的关系:

(1)点P与直线AB;
(2)点C与直线AB;
(3)点A1与平面AC;
(4)直线AB与直线BC;
(5)直线AB与平面AC;
(6)平面A1B与平面AC.
解:(1)点P∈直线AB.
(2)点C∉直线AB.
(3)点A1∉平面AC.
(4)直线AB∩直线BC=点B.
(5)直线AB⊂平面AC.
(6)平面A1B∩平面AC=直线AB.

11.若直线l1和l2是异面直线,l1在平面α内,l2在平面β内,l是平面α与平面β的交线,则下列命题正确的是()
A.l与l1,l2都相交
B.l与l1,l2都不相交
C.l至少与l1,l2中的一条相交
D.l至多与l1,l2中的一条相交
解析:C 由图①可知,A、B错误;由图②可知,D错误.

12.(2024·开封月考)三个平面将空间分成n个部分,则n不可能是()
A.5B.6
C.7D.8
解析:A 按照三个平面中平行的个数来分类:
(1)三个平面两两平行,如图①,可将空间分成4个部分;

(2)两个平面平行,第三个平面与这两个平行平面相交,如图②,可将空间分成6个部分;

(3)三个平面中没有平行的平面:(ⅰ)三个平面两两相交且交线互相平行,如图③,可将空间分成7个部分;(ⅱ)三个平面两两相交且三条交线交于一点,如图④,可将空间分成8个部分;(ⅲ)三个平面两两相交且交线重合,如图⑤,可将空间分成6个部分;

综上所述,可以为4,6,7,8个部分,不能为5个部分.
13.已知点A,B是平面α外的两点,则过点A,B与平面α平行的平面有0或1个.
解析:当A,B两点在平面α两侧时,不存在这样的平面与α平行;当A,B两点在平面α同侧时,若直线AB∥平面α,则存在一个平面与平面α平行,若直线AB与平面α不平行,则不存在与平面α平行的平面.故过点A,B与α平行的平面有0或1个.
14.如图所示,在三棱锥P-ABC中,E是PC的中点,连接AE.求证:AE与PB是异面直线.

证明:假设AE与PB共面于平面α,连接BE(图略).
因为A∈α,B∈α,E∈α,
所以平面ABE即为平面α,所以P∈平面ABE,
这与P∉平面ABE矛盾,所以AE与PB是异面直线.

15.(多选)(2024·泉州月考)以下结论中正确的是()
A.过平面α外一点P,有且仅有一条直线与α平行
B.过平面α外一点P,有且仅有一个平面与α平行
C.过直线l外一点P,有且仅有一条直线与l平行
D.过直线l外一点P,有且仅有一个平面与l平行
解析:BC 如图①所示,过点P有无数条直线与α平行,这无数条直线都在平面β内,过点P有且只有一个平面与α平行,故A错误,B正确;如图②所示,过点P只有一条直线与l平行,但有无数个平面与l平行,故C正确,D错误.

16.如图,已知平面α和β相交于直线l,A∈α,B∈α,C∈β,且A∉l,B∉l,直线AB与l不平行,那么平面ABC与平面β的交线和l有什么关系?证明你的结论.

解:平面ABC与平面β的交线和l相交,证明如下:
∵AB与l不平行,AB⊂α,l⊂α,∴AB与l是相交直线.
设AB∩l=P,则点P∈AB,点P∈l.
又∵AB⊂平面ABC,l⊂β,∴P∈平面ABC且P∈平面β,
即点P是平面ABC与平面β的一个公共点.
又∵点C也是平面ABC与平面β的一个公共点,且P,C不重合,
∴直线PC就是平面ABC与平面β的交线,即平面ABC∩平面β=直线PC.
∵直线PC∩l=P,∴平面ABC与平面β的交线和l相交.

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