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山東省2020屆高考數(shù)學(xué) 權(quán)威預(yù)測 空間中的平行關(guān)系 新人教版

上傳人:艷*** 文檔編號:110623613 上傳時(shí)間:2022-06-18 格式:DOC 頁數(shù):11 大?。?37KB
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1、2020屆山東新課標(biāo)高考數(shù)學(xué)權(quán)威預(yù)測:空間中的平行關(guān)系 一.【課標(biāo)要求】 1.平面的基本性質(zhì)與推論 借助長方體模型,在直觀認(rèn)識和理解空間點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系的基礎(chǔ)上,抽象出空間線、面位置關(guān)系的定義,并了解如下可以作為推理依據(jù)的公理和定理: ◆公理1:如果一條直線上的兩點(diǎn)在一個(gè)平面內(nèi),那么這條直線在此平面內(nèi); ◆公理2:過不在一條直線上的三點(diǎn),有且只有一個(gè)平面; ◆公理3:如果兩個(gè)不重合的平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們有且只有一條過該點(diǎn)的公共直線; ◆公理4:平行于同一條直線的兩條直線平行; ◆定理:空間中如果兩個(gè)角的兩條邊分別對應(yīng)平行,那么這兩個(gè)角相等或互補(bǔ) 2.空間中的平行關(guān)系

2、 以立體幾何的上述定義、公理和定理為出發(fā)點(diǎn),通過直觀感知、操作確認(rèn)、思辨論證,認(rèn)識和理解空間中線面平行、垂直的有關(guān)性質(zhì)與判定。通過直觀感知、操作確認(rèn),歸納出以下判定定理: ◆平面外一條直線與此平面內(nèi)的一條直線平行,則該直線與此平面平行; ◆一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線與另一個(gè)平面平行,則這兩個(gè)平面平行; 通過直觀感知、操作確認(rèn),歸納出以下性質(zhì)定理,并加以證明: ◆一條直線與一個(gè)平面平行,則過該直線的任一個(gè)平面與此平面的交線與該直線平行; ◆兩個(gè)平面平行,則任意一個(gè)平面與這兩個(gè)平面相交所得的交線相互平行; ◆垂直于同一個(gè)平面的兩條直線平行 能運(yùn)用已獲得的結(jié)論證明一些空間位置關(guān)系的簡單

3、命題 二.【命題走向】 立體幾何在高考中占據(jù)重要的地位,通過近幾年的高考情況分析,考察的重點(diǎn)及難點(diǎn)穩(wěn)定,高考始終把直線與直線、直線與平面、平面與平面平行的性質(zhì)和判定作為考察重點(diǎn)。在難度上也始終以中等偏難為主,在新課標(biāo)教材中將立體幾何要求進(jìn)行了降低,重點(diǎn)在對圖形及幾何體的認(rèn)識上,實(shí)現(xiàn)平面到空間的轉(zhuǎn)化,示知識深化和拓展的重點(diǎn),因而在這部分知識點(diǎn)上命題,將是重中之重。 預(yù)測2020年高考將以多面體為載體直接考察線面位置關(guān)系: (1)考題將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)選擇題、一個(gè)填空題和一個(gè)解答題; (2)在考題上的特點(diǎn)為:熱點(diǎn)問題為平面的基本性質(zhì),考察線線、線面和面面關(guān)系的論證,此類題目將以客觀題和解答題的

4、第一步為主 三.【要點(diǎn)精講】 1.平面概述 (1)平面的兩個(gè)特征:①無限延展 ②平的(沒有厚度) (2)平面的畫法:通常畫平行四邊形來表示平面 (3)平面的表示:用一個(gè)小寫的希臘字母、、等表示,如平面、平面;用表示平行四邊形的兩個(gè)相對頂點(diǎn)的字母表示,如平面AC。 2.三公理三推論: 公理1:若一條直線上有兩個(gè)點(diǎn)在一個(gè)平面內(nèi),則該直線上所有的點(diǎn)都在這個(gè)平面內(nèi): A,B,A,B 公理2:如果兩個(gè)平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們還有其他公共點(diǎn),且所有這些公共點(diǎn)的集合是一條過這個(gè)公共點(diǎn)的直線。 公理3:經(jīng)過不在同一直線上的三點(diǎn),有且只有一個(gè)平面。 推論一:經(jīng)過一條直線和這條直線外的一

5、點(diǎn),有且只有一個(gè)平面。 推論二:經(jīng)過兩條相交直線,有且只有一個(gè)平面。 推論三:經(jīng)過兩條平行直線,有且只有一個(gè)平面 3.空間直線: (1)空間兩條直線的位置關(guān)系: 相交直線——有且僅有一個(gè)公共點(diǎn); 平行直線——在同一平面內(nèi),沒有公共點(diǎn); 異面直線——不同在任何一個(gè)平面內(nèi),沒有公共點(diǎn)。相交直線和平行直線也稱為共面直線。 異面直線的畫法常用的有下列三種: (2)平行直線: 在平面幾何中,平行于同一條直線的兩條直線互相平行,這個(gè)結(jié)論在空間也是成立的。即公理4:平行于同一條直線的兩條直線互相平行。 (3)異面直線定理:連結(jié)平面內(nèi)一點(diǎn)與平面外一點(diǎn)的直線,和這個(gè)

6、平面內(nèi)不經(jīng)過此點(diǎn)的直線是異面直線。推理模式:與a是異面直線。 4.直線和平面的位置關(guān)系 (1)直線在平面內(nèi)(無數(shù)個(gè)公共點(diǎn)); (2)直線和平面相交(有且只有一個(gè)公共點(diǎn)); (3)直線和平面平行(沒有公共點(diǎn))——用兩分法進(jìn)行兩次分類。 它們的圖形分別可表示為如下,符號分別可表示為,,。 線面平行的判定定理:如果不在一個(gè)平面內(nèi)的一條直線和平面內(nèi)的一條直線平行,那么這條直線和這個(gè)平面平行。推理模式:. 線面平行的性質(zhì)定理:如果一條直線和一個(gè)平面平行,經(jīng)過這條直線的平面和這個(gè)平面相交,那么這條直線和交線平行 推理模式:. 5.兩個(gè)平

7、面的位置關(guān)系有兩種:兩平面相交(有一條公共直線)、兩平面平行(沒有公共點(diǎn)) (1)兩個(gè)平面平行的判定定理:如果一個(gè)平面內(nèi)有兩條相交直線都平行于一個(gè)平面,那么這兩個(gè)平面平行。 定理的模式: 推論:如果一個(gè)平面內(nèi)有兩條相交直線分別平行于另一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線,那么這兩個(gè)平面互相平行。 推論模式: (2)兩個(gè)平面平行的性質(zhì)(1)如果兩個(gè)平面平行,那么其中一個(gè)平面內(nèi)的直線平行于另一個(gè)平面;(2)如果兩個(gè)平行平面同時(shí)和第三個(gè)平面相交,那么它們的交線平行。 四.【典例解析】 題型1:共線、共點(diǎn)和共面問題 例1.(1)如圖所示,平面ABD平面BCD =直線BD ,M 、N 、P

8、、Q 分別為線段AB 、BC 、CD 、DA 上的點(diǎn),四邊形MNPQ 是以PN 、QM 為腰的梯形。 試證明三直線BD 、MQ 、NP 共點(diǎn)。 證明:∵ 四邊形MNPQ 是梯形,且MQ 、NP 是腰, ∴直線MQ 、NP 必相交于某一點(diǎn)O 。 ∵ O 直線MQ ;直線MQ 平面ABD , ∴ O 平面ABD。 同理,O 平面BCD ,又兩平面ABD 、BCD 的交線為BD , 故由公理二知,O 直線BD ,從而三直線BD 、MQ 、NP 共點(diǎn)。 點(diǎn)評:由已知條件,直線MQ 、NP 必相交于一點(diǎn)O ,因此,問題轉(zhuǎn)化為求證點(diǎn)O 在直線BD 上,由公理二,就是要尋找兩個(gè)平面,使直

9、線BD 是這兩個(gè)平面的交線,同時(shí)點(diǎn)O 是這兩個(gè)平面的公共點(diǎn)即可.“三點(diǎn)共線”及“三線共點(diǎn)”的問題都可以轉(zhuǎn)化為證明“點(diǎn)在直線上”的問題。 α D C B A E F H G (2)如圖所示,在四邊形ABCD中,已知AB∥CD,直線AB,BC,AD,DC分別與平面α相交于點(diǎn)E,G,H,F(xiàn).求證:E,F(xiàn),G,H四點(diǎn)必定共線 證明:∵AB∥CD, ∴AB,CD確定一個(gè)平面β. 又∵ABα=E,ABβ,∴E∈α,E∈β, 即E為平面α與β的一個(gè)公共點(diǎn)。 同理可證F,G,H均為平面α與β的公共點(diǎn). ∵兩個(gè)平面有公共點(diǎn),它們有且只有一條通過公共點(diǎn)的公共直線, ∴E,F(xiàn),

10、G,H四點(diǎn)必定共線。 點(diǎn)評:在立體幾何的問題中,證明若干點(diǎn)共線時(shí),常運(yùn)用公理2,即先證明這些點(diǎn)都是某二平面的公共點(diǎn),而后得出這些點(diǎn)都在二平面的交線上的結(jié)論。 例2.已知:a,b,c,d是不共點(diǎn)且兩兩相交的四條直線,求證:a,b,c,d共面。 證明:1o若當(dāng)四條直線中有三條相交于一點(diǎn),不妨設(shè)a,b,c相交于一點(diǎn)A, 但A?d,如圖1所示: α b a d c G F E A a b c d α H K 圖1 圖2 ∴直線d和A確定一個(gè)平面α。 又設(shè)直線d與a,b,c分別相交于E,F(xiàn),G, 則A,E,F(xiàn),G∈α。 ∵A,E∈α,A,E∈a,∴aα

11、。 同理可證bα,cα。 ∴a,b,c,d在同一平面α內(nèi)。 2o當(dāng)四條直線中任何三條都不共點(diǎn)時(shí), 如圖2所示: ∵這四條直線兩兩相交,則設(shè)相交直線a,b確定一個(gè)平面α。 設(shè)直線c與a,b分別交于點(diǎn)H,K,則H,K∈α。 又 H,K∈c,∴cα。 同理可證dα。 ∴a,b,c,d四條直線在同一平面α內(nèi). 點(diǎn)評:證明若干條線(或若干個(gè)點(diǎn))共面的一般步驟是:首先根據(jù)公理3或推論,由題給條件中的部分線(或點(diǎn))確定一個(gè)平面,然后再根據(jù)公理1證明其余的線(或點(diǎn))均在這個(gè)平面內(nèi)。本題最容易忽視“三線共點(diǎn)”這一種情況。因此,在分析題意時(shí),應(yīng)仔細(xì)推敲問題中每一句話的含義。 題型2:異面直線

12、的判定與應(yīng)用 例3.已知:如圖所示,a b =a ,b b ,a b =A ,c a ,c ∥a 。求證直線b 、c 為異面直線 證法一:假設(shè)b 、c 共面于g .由A a ,a ∥c 知,A c ,而a b =A,a b =a , ∴ A g ,A a。 又c a ,∴ g 、a 都經(jīng)過直線c 及其外的一點(diǎn)A, ∴ g 與a 重合,于是a g ,又b b。 又g 、b 都經(jīng)過兩相交直線a 、b ,從而g 、b 重合。 ∴ a 、b 、g 為同一平面,這與a b =a 矛盾 ∴ b 、c 為異面直線. 證法二:假設(shè)b 、c 共面,則b ,c 相交或平行。 (1

13、)若b ∥c ,又a ∥c ,則由公理4知a ∥b ,這與a b =A 矛盾。 (2)若b c =P ,已知b b ,c a ,則P 是a 、b 的公共點(diǎn),由公理2,P a ,又b c =P ,即P c ,故a c =P ,這與a ∥c 矛盾 綜合(1)、(2)可知,b 、c 為異面直線。 證法三:∵ a b =a ,a b =A ,∴ A a 。 ∵ a ∥c ,∴ A c , 在直線b 上任取一點(diǎn)P(P 異于A),則P a(否則b a ,又a a ,則a 、b 都經(jīng)過兩相交直線a 、b ,則a 、b 重合,與a b =a 矛盾)。 又c a ,于是根據(jù)“過平面外一點(diǎn)與平

14、面內(nèi)一點(diǎn)的直線,和平面內(nèi)不經(jīng)過該點(diǎn)的直線是異面直線”知,b 、c 為異面直線。 點(diǎn)評:證明兩直線為異面直線的思路主要有兩條:一是利用反證法;二是利用結(jié)論“過平面外一點(diǎn)與平面內(nèi)一點(diǎn)的直線,和平面內(nèi)不經(jīng)過該點(diǎn)的直線是異面直線.。異面直線又有兩條途徑:其一是直接假設(shè)b 、c 共面而產(chǎn)生矛盾;其二是假設(shè)b 、c 平行與相交;分別產(chǎn)生矛盾。判定直線異面,若為解答題,則用得最多的是證法一、二的思路;若為選擇或填空題,則往往都是用證法三的思路。用反證法證題,一般可歸納為四個(gè)步驟:(1)否定結(jié)論;(2)進(jìn)行推理;(3)導(dǎo)出矛盾;(4)肯定結(jié)論. 宜用反證法證明的命題往往是(1)基本定理或某一知識系統(tǒng)的初始

15、階段的命題(如立體幾何中的線面、面面平行的判定定量的證明等);(2)肯定或否定型的命題(如結(jié)論中出現(xiàn)“必有”、“必不存在”等一類命題);(3)唯一型的命題(如“圖形唯一”、“方程解唯一”等一類命題);(4)正面情況較為繁多,而結(jié)論的反面卻只有一兩種情況的一類命題;(5)結(jié)論中出現(xiàn)“至多”、“不多于”等一類命題。 例4.(1)已知異面直線a,b所成的角為70,則過空間一定點(diǎn)O,與兩條異面直線a,b都成60角的直線有( )條 A.1 B.2 C.3 D.4 (2)異面直線a,b所成的角為,空間中有一定點(diǎn)

16、O,過點(diǎn)O有3條直線與a,b所成角都是60,則的取值可能是( ) A.30 B.50 C.60 D.90 解析:(1)過空間一點(diǎn)O分別作∥a,∥b。 將兩對對頂角的平分線繞O點(diǎn)分別在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),總能得到與 都成60角的直線。故過點(diǎn) O與a,b都成60角的直線有4條,從而選D。 (2)過點(diǎn)O分別作∥a、∥b,則過點(diǎn)O有三條直線與a,b所成角都為60,等價(jià)于過點(diǎn)O有三條直線與所成角都為60,其中一條正是角的平分線。從而可得選項(xiàng)為C。 點(diǎn)評:該題以學(xué)生對異面直線所成的角會(huì)適當(dāng)轉(zhuǎn)化,較好的考察了空間想象能力

17、題型3:線線平行的判定與性質(zhì) 例5.(2020江蘇卷)設(shè)和為不重合的兩個(gè)平面,給出下列命題: (1)若內(nèi)的兩條相交直線分別平行于內(nèi)的兩條直線,則平行于; (2)若外一條直線與內(nèi)的一條直線平行,則和平行; (3)設(shè)和相交于直線,若內(nèi)有一條直線垂直于,則和垂直; (4)直線與垂直的充分必要條件是與內(nèi)的兩條直線垂直。 上面命題中,真命題的序號 (寫出所有真命題的序號). 【解析】 考查立體幾何中的直線、平面的垂直與平行判定的相關(guān)定理。 真命題的序號是(1)(2) 例6.兩個(gè)全等的正方形ABCD和ABEF所在平面相交于AB,M∈AC,N∈FB,且AM=FN,求證

18、:MN∥平面BCE。 證法一:作MP⊥BC,NQ⊥BE,P、Q為垂足,則MP∥AB,NQ∥AB。 ∴MP∥NQ,又AM=NF,AC=BF,∴MC=NB,∠MCP=∠NBQ=45° ∴Rt△MCP≌Rt△NBQ ∴MP=NQ,故四邊形MPQN為平行四邊形 ∴MN∥PQ ∵PQ平面BCE,MN在平面BCE外, ∴MN∥平面BCE。 證法二:如圖過M作MH⊥AB于H,則MH∥BC, ∴ 連結(jié)NH,由BF=AC,F(xiàn)N=AM,得 ∴ NH//AF//BE 由MH//BC, NH//BE得:平面MNH//平面BCE ∴MN∥平面BCE 。 題型4:線面平行的判定與性質(zhì)

19、 例7.(2020山東卷理)(本小題滿分12分) E A B C F E1 A1 B1 C1 D1 D 如圖,在直四棱柱ABCD-ABCD中,底面ABCD為等腰梯形,AB//CD,AB=4, BC=CD=2, AA=2, E、E、F分別是棱AD、AA、AB的中點(diǎn)。 (1) 證明:直線EE//平面FCC;

20、 (2) 求二面角B-FC-C的余弦值 E A B C F E1 A1 B1 C1 D1 D F1 O P 解法一:(1)在直四棱柱ABCD-ABCD中,取A1B1的中點(diǎn)F1, 連接A1D,C1F1,CF1,因?yàn)锳B=4, CD=2,且AB//CD,所以CDA1F1,A1F1CD為平行四邊形

21、,所以CF1//A1D, 又因?yàn)镋、E分別是棱AD、AA的中點(diǎn),所以EE1//A1D, 所以CF1//EE1,又因?yàn)槠矫鍲CC,平面FCC, 所以直線EE//平面FCC. (2)因?yàn)锳B=4, BC=CD=2, 、F是棱AB的中點(diǎn),所以BF=BC=CF,△BCF為正三角形,取CF的中點(diǎn)O,則OB⊥CF,又因?yàn)橹彼睦庵鵄BCD-ABCD中,CC1⊥平面ABCD,所以CC1⊥BO,所以O(shè)B⊥平面CC1F,過O在平面CC1F內(nèi)作OP⊥C1F,垂足為P,連接BP,則∠OPB為二面角B-FC-C的一個(gè)平面角, 在△BCF為正三角形中,,在Rt△CC1F中, △OPF∽△CC1F,∵∴,

22、 在Rt△OPF中,,,所以二面角B-FC-C的余弦值為. E A B C F E1 A1 B1 C1 D1 D x y z M 解法二:(1)因?yàn)锳B=4, BC=CD=2, F是棱AB的中點(diǎn),

23、 所以BF=BC=CF,△BCF為正三角形, 因?yàn)锳BCD為 等腰梯形,所以∠BAC=∠ABC=60°,取AF的中點(diǎn)M, 連接DM,則DM⊥AB,所以DM⊥CD, 以DM為x軸,DC為y軸,DD1為z軸建立空間直角坐標(biāo)系, ,則D(0,0,0),A(,-1,0),F(,1,0),C(0,2,0), C1(0,2,2),E(,,0),E1(,-1,1),所以,,設(shè)平面CC1F的法向量為則所以取,則,所以,所以直線EE//平面FCC. (2),設(shè)平面BFC1的法向量為,則所以,取,則, ,, 所以,由圖可知二面角B-FC-C為銳角,所以二面角B-FC-C

24、的余弦值為. 【命題立意】:本題主要考查直棱柱的概念、線面位置關(guān)系的判定和二面角的計(jì)算.考查空間想象能力和推理運(yùn)算能力,以及應(yīng)用向量知識解答問題的能力. 例8.(2020四川 19,理21) (本小題滿分12分) 如圖,平面平面,四邊形與都是直角梯形,,∥,∥. (Ⅰ)證明:、、、四點(diǎn)共面; (Ⅱ)設(shè),求二面角的大小. B A C D E F 解析:不是會(huì)不會(huì)的問題,而是熟不熟的問題,答題時(shí)間是最大問題. (Ⅰ)∵面面, ∴面. ∴以為原點(diǎn),以,,所在直線為軸,軸,軸, 建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系.

25、不妨設(shè),,,則 ,, ,, ,. ∴, , ∴, ∴, ∵,∴,∴C、D、E、F四點(diǎn)共面. (Ⅱ)設(shè),則, ∴,,. 設(shè)平面的法向量為, 由,得, 設(shè)平面的法向量為 由,得, 由圖知,二面角為銳角, ∴其大小為. 點(diǎn)評:證共面就是證平行,求二面角轉(zhuǎn)為求法向量夾角,時(shí)間問題是本題的困惑處.心浮氣燥會(huì)在計(jì)算、書寫、時(shí)間上丟分.因建系容易,提倡用向量法.本時(shí)耗時(shí)要超過17題與18題用時(shí)之和. 題型5:面面平行的判定與性質(zhì) 例9.如圖,正方體ABCD—A1B1C1D1 的棱長為a。證明:平面ACD1 ∥平面A1C1B 。 證明:如圖,∵ A1BCD1

26、是矩形,A1B ∥D1C 。 又D1C 平面D1CA ,A1B 平面D1CA , ∴ A1B ∥平面D1CA。 同理A1C1 ∥平面D1CA ,又A1C1 A1B =A1 ,∴ 平面D1CA ∥平面BA1C1 . 點(diǎn)評:證明面面平行,關(guān)鍵在于證明A1C1 與A1B 兩相交直線分別與平面ACD1 平行。 例10.P是△ABC所在平面外一點(diǎn),A′、B′、C′分別是△PBC、△PCA、△PAB的重心。 (1)求證:平面A′B′C′∥平面ABC; (2)S△A′B′C′∶S△ABC的值。 解析:(1)取AB、BC的中點(diǎn)M、N, 則 ∴A′C′∥MNA′C′∥平面ABC。 同

27、理A′B′∥面ABC, ∴△A′B′C′∥面ABC. (2)A′C′=MN=·AC=AC , 同理 ∴ 五.【思維總結(jié)】 在掌握直線與平面的位置關(guān)系(包括直線與直線、直線與平面、平面與平面間的位置關(guān)系)的基礎(chǔ)上,研究有關(guān)平行的判定依據(jù)(定義、公理和定理)、判定方法及有關(guān)性質(zhì)的應(yīng)用;在有關(guān)問題的解決過程中,進(jìn)一步了解和掌握相關(guān)公理、定理的內(nèi)容和功能,并探索立體幾何中論證問題的規(guī)律;在有關(guān)問題的分析與解決的過程中提高邏輯思維能力、空間想象能力及化歸和轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想的應(yīng)用. 1.用類比的思想去認(rèn)識面的垂直與平行關(guān)系,注意垂直與平行間的聯(lián)系。 2.注意立體幾何問題向平面幾何問題的

28、轉(zhuǎn)化,即立幾問題平面化 3.注意下面的轉(zhuǎn)化關(guān)系: 4.直線和平面相互平行 證明方法:證明直線和這個(gè)平面內(nèi)的一條直線相互平行;證明這條直線的方向量和這個(gè)平面內(nèi)的一個(gè)向量相互平行;證明這條直線的方向量和這個(gè)平面的法向量相互垂直。 5.證明兩平面平行的方法: (1)利用定義證明。利用反證法,假設(shè)兩平面不平行,則它們必相交,再導(dǎo)出矛盾。 (2)判定定理:一個(gè)平面內(nèi)有兩條相交直線都平行于另一個(gè)平面,則這兩個(gè)平面平行,這個(gè)定理可簡記為線面平行則面面平行。用符號表示是:a∩b,a α,b α,a∥β,b∥β,則α∥β。 (3)垂直于同一直線的兩個(gè)平面平行。用符號表示是:a⊥α,a⊥β則α∥

29、β。 (4)平行于同一個(gè)平面的兩個(gè)平面平行。 兩個(gè)平面平行的性質(zhì)有五條: (1)兩個(gè)平面平行,其中一個(gè)平面內(nèi)的任一直線必平行于另一個(gè)平面,這個(gè)定理可簡記為:“面面平行,則線面平行”。用符號表示是:α∥β,a α,則a∥β。 (2)如果兩個(gè)平行平面同時(shí)與第三個(gè)平面相交,那么它們的交線平行,這個(gè)定理可簡記為:“面面平行,則線線平行”。用符號表示是:α∥β,α∩γ=a,β∩γ=b,則a∥b。 (3)一條直線垂直于兩平行平面中的一個(gè)平面,它也垂直于另一個(gè)平面。這個(gè)定理可用于證線面垂直。用符號表示是:α∥β,a⊥α,則a⊥β。 (4)夾在兩個(gè)平行平面間的平行線段相等 (5)過平面外一點(diǎn)只有一個(gè)平面與已知平面平行

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