一条直线上有相异三个点AA、BB、CC到平面αα的距离相等,那么直线ll与平面αα的位置关系是()()
A. l/ ⁣/αl/\!/α
B. l⊥αl⊥α
C. ll与αα相交但不垂直
D. l/ ⁣/αl/\!/α或l⊂αl⊂α

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完整解法

1. 分析距离为0时的位置关系

设相异三个点 AA、BB、CC 到平面 α\alpha 的距离为 dd.
若 d=0d = 0,则 AA、BB、CC 三点都在平面 α\alpha 内.
因为 AA、BB、CC 是同一条直线 ll 上的三个不同点,根据公理可得整个直线都在平面内,即直线 l⊂αl \subset \alpha.

2. 分析距离不为0时的位置关系并证明其不可能相交

若 d>0d > 0,假设直线 ll 与平面 α\alpha 相交,设交点为 PP,直线 ll 与平面 α\alpha 所成的角为 θ\theta.
根据空间中点到平面的距离公式,点 AA、BB、CC 到平面 α\alpha 的距离分别为:
d(A,α)=PA⋅sin⁡θd(A, \alpha) = PA \cdot \sin\theta
d(B,α)=PB⋅sin⁡θd(B, \alpha) = PB \cdot \sin\theta
d(C,α)=PC⋅sin⁡θd(C, \alpha) = PC \cdot \sin\theta
由于 d>0d > 0,所以 sin⁡θ≠0\sin\theta \ne 0.
由 d(A,α)=d(B,α)=d(C,α)=dd(A, \alpha) = d(B, \alpha) = d(C, \alpha) = d 可得:
PA⋅sin⁡θ=PB⋅sin⁡θ=PC⋅sin⁡θ=dPA \cdot \sin\theta = PB \cdot \sin\theta = PC \cdot \sin\theta = d
从而得到 PA=PB=PC=dsin⁡θPA = PB = PC = \frac{d}{\sin\theta}.
但在直线 ll 上,到交点 PP 的距离等于定值 dsin⁡θ\frac{d}{\sin\theta} 的点最多只有两个(分别位于点 PP 的两侧).
这与 AA、BB、CC 是三个相异的点矛盾!
因此,当 d>0d > 0 时,直线 ll 与平面 α\alpha 不能相交,即直线与平面 α\alpha 的位置关系是 l//αl // \alpha.

3. 综合分类讨论结果得出结论并选择正确选项

综上所述,直线 ll 与平面 α\alpha 的位置关系是 l//αl // \alpha 或 l⊂αl \subset \alpha.
故正确选项为 D.

答案

D

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