二面角(2)
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立体几何专题:二面角的四种求法一、二面角1、二面角的概念:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角,这条直线叫做二面角的棱,这两个半平面叫做二面角的面.2、二面角的平面角的概念:平面角是指以二面角的棱上一点为端点,在两个半平面内分别做垂直于棱的两条射线,这两条射线所成的角就叫做该二面角的平面角。
3、二面角的大小范围:[0°,180°] 二、求二面角大小的步骤是: (1)作:找出这个平面角;(2)证:证明这个角是二面角的平面角;(3)求:将作出的角放在三角形中,解这个三角形,计算出平面角的大小. 三、确定二面角的平面角的方法:1、定义法(棱上一点双垂线法):提供了添辅助线的一种规律(1)方法:在二面角的棱上找一个特殊点,在两个半平面内分别过该点作垂直于棱的射线.(2)具体演示:如图所示,以二面角的棱a 上的任意一点O 为端点, 在两个面内分别作垂直于a 的两条射线OA ,OB ,则∠AOB 为此二面角的平面角2、三垂线法(面上一点双垂线法)----最常用(1)方法:自二面角的一个面上一点向另外一个面作垂线,再由垂足向棱作垂线得到棱上的点(即斜足),斜足和面上一点的连线与斜足和垂足的连线所夹的角,即为二面角的平面角(2)具体演示:在平面α内选一点A 向另一个平面β作垂线AB ,垂足为B ,再αβaOAB过点B 向棱a 作垂线BO ,垂足为O ,连接AO ,则∠AOB 就是二面角的平面角。
3、垂面法(空间一点垂面法)(1)方法:过空间一点作与棱垂直的平面,截二面角得两条射线,这两条射线所成的角就是二面角的平面角。
(2)具体演示:过二面角内一点A 作AB ⊥α于B ,作AC ⊥β于C , 面ABC 交棱a 于点O ,则∠BOC 就是二面角的平面角。
4、射影面积法求二面角coss S射影(1)方法:已知平面β内一个多边形的面积为S ,它在平面α内的射影图形的面积为S射影,平面α和平面β所成的二面角的大小为θ,则COSθ=S射影S.这个方法对于无棱二面角的求解很简便。
a O课题3:二面角求法总结一、知识准备1、二面角的概念:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角, 这条直线叫做二面角的棱, 这两个半平面叫做二面角的面.2、二面角的平面角的概念:平面角是指以二面角的棱上一点为端点,在两个半平面内分别做垂直于棱的两条射线,这两条射线所成的角就叫做该二面角的平面角。
3、二面角的大小范围:[0°,180°]4、 二面角的求解方法对二面角的求解通常是先定位二面角的平面角,从而将三维空间中的求角问题转化为二维空间并可以通过三角形的边角问题加以解决.定位出二面角为解题的关键环节,下面就二面角求解的步骤做初步介绍:一、“找”:找出图形中二面角,若不能直接找到可以通过作辅助线补全图形定位二面角的平面角二、“证”:证明所找出的二面角就是该二面角的平面角 三、“算”:计算出该平面角由于定位二面角的难度较大,对于求解二面角还有一种思路就是绕开定位二面角这一环节,通过一些等价的结论或公式或用空间向量等方法来直接求出二面角的大小.本文将根据这两种解题思路对二面角的解题方法做一一介绍. 5、二面角做法:做二面角的平面角主要的方法有: 6、 (1)、定义法:在棱上取一点,在两个半平面内作垂直于棱的2 条射线,这2条所夹 的角; 7、 (2)、三垂线法:过一个半平面内一点(记为A )做另一个半平面的一条垂线,过这个垂足(记为B )再做棱的垂线,记垂足为C ,连接AC ,则∠ACB 即为该二面角的平面角。
(3)射影法:凡二面角的图形中含有可求原图形面积和该图形在另一个半平面上的射影图形面积的都可利用射影面积公式(cos 斜射S S =θ)求出二面角的大小。
(4)、垂面法:做垂直于棱的一个平面,这个平面与2个半平面分别有一条交线,这2条交线所成的角;(5)无交线的二面角处理方法(6)向量法二、二面角的基本求法及练习1、定义法(从两面内引两条射线与棱垂直,这两条射线可以相交也可异面,从而面面角就转化为线线角来求)从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角, 这条直线叫做二面角的棱, 这两个半平面叫做二面角的面,在棱上取点,分别在两面内引两条射线与棱垂直,这两条垂线所成的角的大小就是二面角的平面角。
高二数学高效课堂资料
山东省昌乐一中2017级
高二数学翻转课堂课时学案
班级小组姓名________ 使用时间______年______月______日编号 2-1-32
3.已知正三棱锥ABC S -的棱长都为1,则侧面与底面ABC 夹角的余弦值为 4.在长方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中,AA 1=1,AD =DC =3,在线段A 1C 1上有
一点Q ,且1113
1A C Q C ,求平面QDC 与平面A 1DC 所成锐二面角的大小.
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B 组
4.如图,直二面角中,四边形是边长为2的正方形,
AE=EB,F 为CE 上的点,且平面
.
(1)求证平面
; (2)求二面角的余弦值.
5.如图所示,在正三棱柱111ABC A B C -中,1E BB ∈,截面1A EC ⊥侧面1AC .(1)求证:1BE EB =;
(2)若111AA A B =,求平面1A EC 与平面111A B C
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1.2.4 二面角(1)本节课选自《2019人教B 版高中数学选择性必修第一册》第一章《空间向量与立体几何》,本节主要学习二面角。
学生在学习了异面直线所成角的概念及线面角的基础上,对空间角的问题有了一定的经验,二面角的问题,依然按照将空间问题化为平面问题、将立体几何问题化为空间向量运算问题的基本思路展开。
为培养学生直观想象、数学抽象、逻辑推理、数学建模和数学运算的核心素养提供舞台。
1.教学重点:会用向量法解决二面角的计算问题2.教学难点:二面角的概念.多媒体般于水平面呈一定角度,如图(2)所示,很多屋顶都是二面角的形象,你能找到日常生活中更多类似的例子吗?怎样刻画平面与平面所成的角呢?1.二面角及其度量1.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,平面B1C1DA与平面BCDA所成二面角的大小为.答案:45°2.两个平面相交时,它们所成角的取值范围是什么?提示:(0°,90°]问题2:如图所示,设S为二面角α−AB−β的半平面α上一点,过点S 做半平面β的垂线SS′,设O为棱AB上一点(1)判断SO⊥AB是S′O⊥AB的什么条件;(2)由二面角的作法,你能得到什么启发?提示:(1)充要条件(2)若二面角α−AB−β的大小为θ,则ΔS′AB的面积与ΔSAB的面积比就是二面角的余弦,即:SΔS′ABSΔSAB=cosθ问题3:如果n1, n2分别是平面α1, α2的一个法向量,设α1与α2所成角的大小为θ,通过作图讨论θ与<n1, n2>的关系.2.用空间向量求二面角的大小(1)如果n1,n2分别是平面α1,α2的一个法向量,设α1与α2所成角的大小为θ,则有θ=<n1,n2>或θ=π-<n1,n2>,特别地,sin θ=sin<n1,n2>.(2)设二面角α-l-β为θ,平面α,β的法向量分别为n1,n2,有|cos θ|=|cos <n 1,n 2>|=|n ·n 2||n1||n 2|成立.点睛: 利用公式cos <n 1,n 2>=n 1·n 2|n 1||n 2|(n 1,n 2分别为两平面的法向量)进行求解,注意<n 1,n 2>与二面角大小的关系,是相等还是互补,需结合图形进行判断.如图(2)(4)中<n 1,n 2>就是二面角α-l -β的平面角的补角;如图(1)(3)中<n 1,n 2>就是二面角α-l -β的平面角.3.判断(1)二面角的大小就是该二面角两个半平面的法向量的夹角.( ) (2)若二面角两个半平面的法向量的夹角为120°,则该二面角的大小等于60°或120°.( ) 答案:(1)× (2)√4.在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点E 为BB 1的中点,则平面A 1ED 与平面ABCD 所成的角的余弦值为( ) A .12 B .23 C .√33 D .√22解:以A 为原点建立如图所示的空间直角坐标系Axyz ,设棱长为1,则A 1(0,0,1),E (1,0,12),D (0,1,0),∴A 1D ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(0,1,-1),A 1E ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(1,0,-12),设平面A1ED的一个法向量为n1=(x,y,z),则{y-z=0,x-12z=0,令x=1,则y=2,z=2, ∴n1=(1,2,2).∵平面ABCD的一个法向量为n2=(0,0,1),∴cos<n1,n2>=23×1=23,即平面A1ED与平面ABCD所成角的余弦值为23.答案:B二、典例解析例1 如图所示,PC⊥平面ABC,AB=BC=CA=PC,求二面角B-P A-C的平面角的正切值.分析由PC⊥平面ABC,知平面ABC⊥平面P AC,从而B在平面P AC上的射影在AC上,由此可用三垂线定理作出二面角的平面角.解:∵PC⊥平面ABC,∴平面P AC⊥平面ABC,交线为AC.作BD⊥AC于D点,据面面垂直性质定理,BD⊥平面P AC,作DE⊥P A于E点,连接BE,据三垂线定理,则BE⊥P A,从而∠BED是二面角B-P A-C的平面角.设PC=a,依题意知△ABC是边长为a的正三角形,∴D是AC的中点,且BD=√32a.∵PC=CA=a,∠PCA=90°,∴∠P AC=45°,∴在Rt△DEA中,ED=AD·sin 45°=a2·√22=√24a,则在Rt△BED中,tan∠BED=BDED =2√3√2=√6.故二面角B-P A-C的平面角的正切值为√6.1.本题解法使用了三垂线定理来作出二面角的平面角后,再用解三角形的方法来求解.2.二面角的定义求法主要有:(1)由定义作出二面角的平面角;(2)利用三垂线定理(逆定理)作出二面角的平面角;(3)作二面角棱的垂面,则垂面与二面角两个面的交线所成的角就是二面角的平面角.跟踪训练1 如图,已知二面角α-a-β等于120°,P A⊥α,A∈α,PB⊥β,B∈β,求∠APB的大小.解:设平面P AOB∩α=OA,平面P AOB∩β=OB.∵P A⊥α,a⊂α,∴P A⊥a.同理PB⊥a.∴a⊥平面P AOB.又∵OA⊂平面P AOB,∴a⊥OA.同理a⊥OB.∴∠AOB是二面角α-a-β的平面角.在四边形P AOB中,∠AOB=120°,∠P AO=∠PBO=90°,所以∠APB=60°.例2:如图所示,已知直三棱柱ABC−A1B1C1中,∠ABC=900,AB=BC=1,AA1=2,且D是AA1的中点.求平面BDC与平面BD C1所成角的大小.解:以题意,CA,CB,C C1两两相互垂直。
9.6.2二面角(2)
一.复习回顾 二面角的求法:
二.例题讲解
1.垂面法求二面角
例1.空间的点P 到二面角βα--l 的面α、β及棱l 的距离分别为4、3、
3
39
2,求二面角βα--l 的大小.
方法小结:作一个垂直于棱的平面,此平面与两个半平面的交线所成的角就是二面角的平面角,此所谓垂面法。
垂面法一样是扎根于二面角的定义。
2.射影面积法求二面角
例2.如图所示,点O 为A 在平面α上的射影,二面
角A BC O --的大小为θ,求证:cos OBC ABC
S
S θ∆∆=
例3.如图,在三棱锥P ABC -中,2AC BC ==,90ACB ∠=, AP BP AB ==,PC AC ⊥. (Ⅰ)求证:PC AB ⊥;
(Ⅱ)求二面角B AP C --的大小;
A C
B P
方法小结:凡二面角的图形中含有可求原图形面积和该图形在另一个半平面上的射影
图形面积的都可利用射影面积公式(cos 斜射
S S =θ)求出二面角的大小。
3.“无棱”二面角的求法
例 4.如图所示,ABCD 是直角梯形,AB BC ⊥,SA ⊥底面ABCD ,1SA AB BC ===,1
2
AD =,求面SCD 与面SBA 所成二
面角的大小。
方法小结:严格地说,任何二面角都是有棱的,“无棱”其实是指二面角的棱处于隐含的状态.对于这样的问题,有两种处理办法: (1)用面积法,见例4;
(2)找出隐含的棱,此法可称为“找棱法”. 三.课后作业:
1. 过正方形ABCD 的顶点A 作PA ABCD ⊥平面,设PA AB a ==。
(1)求二面角B PC D --的大小;
(2)求平面PAB 和平面PCD 所成二面角的大小。
2. 平面α外的△A 1B 1C 1在α内的射影是边长为1的正三角形ABC ,且AA 1=2,BB 1=3,CC 1=4,求△A 1B 1C 1所在的平面与平面α所成锐二面角的余弦值
C D P C
A
B。