2.求二面角的方法是:
①找(或作)平面角,②用射影法: cosθ=;
③用异面直线上两点间距离公式.
1.注意线线垂直、线面垂直、面面垂直之间的转化和应用.
[例1] 如下图,在三棱锥S-ABC中,SA⊥平面ABC,平面SAB⊥平面SBC.
(1)求证:AB⊥BC;
(2)若设二面角S-BC-A为45°,SA=BC,求二面角A-SC-B的大小.
证明(1):作AH⊥SB于H,
∵平面SAB⊥平面SBC,
∴AH⊥平面SBC. ,又SA⊥平面ABC,
∴SA⊥BC.SA∩SB=S,
∴BC⊥平面SAB. ∴BC⊥AB.
解(2):∵SA⊥平面ABC,∴SA⊥BC.
∴平面SAB⊥BC,∠SBA为二面角S-BC-A的平面角.
∴∠SBA=45°.设SA=AB=BC=a.作AE⊥SC于E,连结EH.
由(1)知AH⊥平面SBC, ∴AE在面SBC内的射影EH⊥SC,∠AEH为二面角A-SC-B的平面角,
AH=a,AC=a,SC=a,AE=a,
∴sin∠AEH=,二面角A-SC-B为60°.
[例2] 已知正三棱柱ABC-A1B1C1,若过面对角线AB1且与另一面对角线BC1平行的平面交上底面A1B1C1的一边A1C1于点D.
(1)确定D的位置,并证明你的结论;
(2)证明:平面AB1D⊥平面AA1D;
(3)若AB∶AA1=,求平面AB1D与平面AB1A1所成角的大小.
分析:本题结论不定,是“开放性”的,点D位置的确定如果仅凭已知条件推理难以得出.由于AB1与BC1这两条面对角线是相邻二侧面上的异面直线,于是可考虑将BC1沿BA平行移动,BC1取AE1位置,则平面AB1E1一定平行BC1,问题可以解决.
(1)解:如下图,将正三棱柱ABC-A1B1C1补成一直平行六面体ABCE-A1B1C1E1,由AE1∥BC1,AE1平面AB1E1,知BC1∥平面AB1E1,故平面AB1E1应为所求平面,此时平面AB1E1交A1C1于点D,由平行四边形对角线互相平行性质知,D为A1C1的中点.
(2)证明:连结B1D,则B1D⊥A1C1;从直三棱柱定义知AA1⊥底面A1B1C1,
∴AA1⊥B1D, 又A1D∩AA1=A1,
∴B1D⊥平面AA1D,又B1D平面AB1D,
∴平面AB1D⊥平面AA1D.
(3)解:因为平面AB1D∩平面AA1D=AD,所以过A1作A1H⊥AD于点H.作HF⊥AB1于点F,连结A1F,从三垂线定理知A1F⊥AB1.
故∠A1FH是二面角A1-AB1-D的平面角.
设侧棱AA1=1,侧棱AB=.
于是AB1== .
在Rt△AB1A1中,A1F===,
在Rt△AA1D中,AA1=1,A1D=A1C1=,
AD== .
∴A1H==.
在Rt△A1FH中,sin∠A1FH==,∴∠A1FH=45°.
因此知平面AB1D与平面AB1A1所成角为450或1350.
[例3]在四棱锥P-ABCD中,已知ABCD为矩形,PA ⊥平面ABCD,设PA=AB=1,BC=2,求二面角B-PC-D的大小.
解析1.定义法 过D作DE ⊥PC于E,
过E作EF ⊥PC,交BC于F,连接
FD,则 是所求二面角B-PC-D
的平面角.求解二面角B-PC-D的大小,只需解△DEF即可.所求角为
解析2.垂面法 易证面PAB⊥面PBC,过A作AM ⊥BP于M,显然AM ⊥面PBC,从而有AM ⊥PC,同法可得AN ⊥PC,再由AM与AN相交与A得PC ⊥面AMN.设面AMN交PC于Q,
则为二面角B-PC-D的平面角;
∠MAN为它的补角,在三角形AMN中可解.计算较繁.
解析3.利用三垂线求解把四棱锥P-ABCD补成如图的直三棱柱PAB-EDC,显然二面角E-PC-D与二面角D-PC-B互补,转化为求二面角E-PC-D.
易证面PEDA ⊥PDC,过E作EF ⊥ PD
于F,显然PF ⊥面PDC,在面PCE内,
过E作EG ⊥PC于G,连接GF,由三
线得GF⊥ PC 即为二面角E-PC-D的平面角,只需解△EFG即可.
解析4. 射影面积法。由解析3知,△PFC为△ PEC
在面PDC上的射影,由射影面积公式得 ,所求角为
解析5.在面PDC内,分别过D、B作DE ⊥PC于E,BF ⊥PC于F,连接EF即可.利用平面知识求BF、EF、DE的长度,再利用空间余弦定理求出q 即可.
◆思悟提炼:想一想求二面角都用了哪些方法:
[例4]由一点S引不共面的三条射线SA、SB、SC,设ÐASB=a,ÐBSC=b,ÐASC=g,其中a,b,g均为锐角,则平面ASB^平面BSC的充要条件是cosa×cosb=cosg.
证明:必要性.如图(1), 过点A作AD^SB于D.
∵平面ASB^平面BSC, ∴AD^平面BSC.
过D作DE^SC于E,连AE,则AE^SC.
在Rt△ADS中,cosa=;
在Rt△DES中,cosb=;
例3. |
在Rt△AES中,cosg=,由此可得
cosa×cosb=×==cosg. 必要性得证.
充分性.如图2,过点A作AA1^SB于A1,过点A1作A1C1^SC于C1.
在Rt△AA1S中,cosa=;
在Rt△A1C1S中,cosb=;
∵cosg=cosa×cosb=×=,
∴SC1=SA×cosg.
过A作AC1¢^SC,垂足为C1¢,在Rt△AC1¢S中,SC1¢=SA×cosg.
由此得SC1¢=SC1,即C1¢与C1重合,故SC^AC1.
而SC^A1C1,且AC1IA1C1=C1,
∴SC^平面AA1C1,∴SC^AA1.
又∵SB^AA1,SBISC=S,
∴AA1^平面BSC,而AA1Ì平面ASB,
∴平面ASB^平面BSC.充分性得证.
5. MD⊥PC或MB⊥PC ; 6. a
6.夹在互相垂直的两个平面之间长为2a的线段和这两个平面所成的角分别为45°和30°,过这条线段的两个端点分别向这两个平面的交线作垂线,则两垂足间的距离为_____________.
◆答案提示:1-4.CBBB;
5.如图在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面各边都相等,M是PC上的一动点,当点M满足__________时,平面MBD⊥平面PCD.
4.P为△ABC所在平面外的一点,则点P在此三角形所在平面上的射影是△ABC垂心的充分必要条件是
A.PA=PB=PC B.PA⊥BC,PB⊥AC ( )
C.点P到△ABC三边所在直线距离相等
D.平面PAB、平面PBC、平面PAC与△ABC所在的平面所成的角相等
3.设两个平面α、β,直线l ,下列三个条件:① l ⊥α; ② l∥β;③α⊥β,若以其中两个作为条件,另一个作为结论,可构成正确命题的个数是 ( )
A.3 B.2 C. 1 D. 0
2.设、是两条不同的直线,、是两个不同的平面.考查下列命题,其中正确的命题是 ( )
1.在三棱锥A-BCD中,若AD⊥BC,BD⊥AD,△BCD是锐角三角形,那么必有( )
A.平面ABD⊥平面ADC
B.平面ABD⊥平面ABC
C.平面ADC⊥平面BCD
D.平面ABC⊥平面BCD
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