面面垂直指的是两个平面相交之后,所形成的二面角为直二面角,也就是二面角大小等于 90 度,判定面面垂直最核心常用的定理是,如果一个平面经过另一个平面的一条垂线,那么这两个平面互相垂直,这个是高中立体几何里面最主要的判定依据,除此之外还可以通过定义法,直接证明两个平面相交得到的二面角是直二面角,从而推出面面垂直,解题的时候绝大多数题目优先选用线面垂直推面面垂直这条路径,因为直接找二面角计算往往步骤更繁琐,很多同学容易混淆线面垂直和面面垂直的推导逻辑,要记住核心桥梁是线面垂直,由线面垂直过渡到面面垂直。
判定原理
平面与平面垂直的本质,是两个相交平面构成直二面角,二面角的平面角如果等于 90 度,就满足面面垂直的定义。而线面垂直判定定理之所以可以推出面面垂直,原理就是平面内有一条直线垂直另一个平面,这条直线就可以作为二面角平面角的边,自然构造出 90 度的直角,完成证明,这个定理是立体几何证明题的高频考点,经常和线线垂直线面垂直串联成完整证明链条。
两种判定方式
方式一 定理判定法
第一步 在其中一个平面里面找到一条直线
第二步 证明这条直线垂直另外一个平面
第三步 因为该直线属于第一个平面,所以两个平面满足面面垂直
这个方法的完整逻辑链是 线线垂直 推出 线面垂直 再推出 面面垂直
方式二 定义判定法
第一步 找到两个平面的交线
第二步 在交线上选取一点,分别在两个平面内作垂直于交线的射线
第三步 计算或者证明这两条射线夹角等于 90 度
第四步 该二面角为直二面角,得到面面垂直
性质定理补充
已经知道面面垂直之后,可以推出对应的性质,如果两个平面垂直,那么在一个平面内垂直于交线的直线,垂直于另一个平面,性质定理是面面垂直之后继续推导线面垂直的依据,和判定定理属于互逆使用,做题的时候判定是用来证明面面垂直,性质是已知面面垂直继续向下推导。
易混要点对照表
| 项目 | 判定定理 | 性质定理 |
|---|---|---|
| 已知条件 | 一条直线在平面内,且垂直另一平面 | 两个平面已经垂直 |
| 推导结果 | 证明面面垂直 | 推出平面内垂直交线的直线垂直另一平面 |
| 逻辑方向 | 线面垂直推面面垂直 | 面面垂直推线面垂直 |
解题注意事项
第一 使用判定定理的时候,一定要确认直线是真的在这个平面里面,不能只是直线和平面有交点,不属于平面的话定理不成立
第二 不要误以为只要两个平面内有一组直线垂直,就可以得到面面垂直,必须是一条直线完整垂直另一个平面,不是单纯两条直线垂直
第三 证明过程书写要规范,写清楚直线属于平面,直线垂直平面,这两个关键条件缺一不可
第四 综合大题经常把面面垂直作为中间条件,后续继续证明线线垂直或者求二面角大小
【常见问题】
问题 1 面面垂直的条件里面,只要两个平面内两条直线垂直就可以判定吗
回答 1 面面垂直的条件不能只依靠两个平面内两条直线垂直来判定,必须满足其中一个平面内有一条直线完整垂直另一个平面,单纯异面垂直或者相交直线垂直都不足以推出面面垂直。
问题 2 面面垂直的条件除了线面垂直定理还有别的办法吗
回答 2 面面垂直的条件除了线面垂直判定定理,还可以使用定义法,证明两个平面相交形成的二面角平面角等于 90 度,也就是直二面角,同样可以得到面面垂直。
问题 3 已知面面垂直之后,还能继续利用面面垂直的条件做什么推导
回答 3 已知面面垂直之后,可以使用性质定理,在其中一个平面内作交线的垂线,这条垂线会垂直另外一个平面,继续延伸得到线线垂直相关结论。
【免责申明】
本文为高中立体几何知识点讲解,内容依据现行中学数学教材,仅用于学习备考参考,正式考试请以教材和老师要求的书写规范为准。


