直线与平面所成角范围
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浅谈线线角、线面角、面面角的定义方式北京市顺义区第九中学101300高中阶段在学习空间线、面位置关系的时候,会给出线线角、线面角及面面角的定义,本文以角形成的定义方式及蕴含的基本思想为主,进行研究。
1、直线与直线所成的角:(1)共面:同一平面内的两直线所成角,是利用两直线位置关系,平行、重合所成角为0度,如果相交就取交线所构成的锐角(或直角)。
(2)异面:如图所示,已知两条异面直线a和b,经过空间任一点O分别作直线a′∥a,b′∥b,我们把直线a′与b′所成的角叫做异面直线a与b所成的角(或夹角)。
θ定义方式:是发生定义法(即构造定义方式)定义中的“空间中任取一点O”,意味着:角的大小与O 点选取的位置无关;通过平移把异面直线所成角转化成两相交直线,是将空间图形问题转化成平面图形问题的定义方式,体现了定义的纯粹性和完备性。
2、直线和平面所成的角:如图,一条直线和一个平面相交,但不与这个平面垂直,这条直线叫做这个平面的斜线,斜线和平面的交点A叫做斜足.过斜线上斜足以外的一点P向平面引垂线PO,过垂足O和斜足A的直线AO叫做斜线在这个平面上的射影.平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的角,叫做这条直线和这个平面所成的角。
规定:一条直线垂直于平面,我们说它们所成的角是直角;一条直线和平面平行,或在平面内,我们说它们所成的角是0°的角。
3、面面所成的角:(1)在二面角的棱l上任取一点O,以该点O为垂足,在半平面和内分别作垂直于棱l的射线OA和OB,则射线OA和OB构成的角称为二面角的平面角.( 2)作二面角的平面角的方法方法一:(定义法)在二面角的棱上找一个特殊点,在两个半平面内分别作垂直于棱的射线.如图所示,∠AOB为二面角αaβ的平面角.方法二:(垂线法)过二面角的一个面内一点作另一个平面的垂线,过垂足作棱的垂线,连接该点与垂足,利用线面垂直可找到二面角的平面角或其补角.如图所示,∠ACB为二面角αmβ的平面角.4、线线、线面、面面所成角的定义方式线线、线面、面面所成角的定义方式是“属加种差定义法”。
空间角的几何求法一、 异面直线所成角(线线角)范围:(0,]2πθ∈先通过其中一条直线或者两条直线的平移,找出这两条异面直线所成的角,然后通过解三角形去求得。
【典例分析】例1. 已知多面体ABCDE 中,AB ⊥平面ACD ,DE ⊥平面ACD ,AC = AD = CD = DE = 2,AB = 1,F 为CD 的中点. (1)求证:AF ⊥平面CDE ; (2)求异面直线AC ,BE 所成角余弦值;【变式】在长方体中,,,则异面直线与所成角的余弦值为。
二、直线与平面所成角(线面角)范围:[0,]2πθ∈【典例分析】例1.如图,已知多面体ABCA 1B 1C 1,A 1A ,B 1B ,C 1C 均垂直于平面ABC ,∠ABC =120°,A 1A =4,C 1C =1,AB =BC =B 1B =2.(1)证明:AB 1⊥平面A 1B 1C 1;(2)求直线AC 1与平面ABB 1所成的角的正弦值.【变式】如图,四边形ABCD 是正方形,PB ⊥平面ABCD ,MA//PB ,PB=AB=2MA , (1)证明:AC//平面PMD ;(2)求直线BD 与平面PCD 所成的角的大小;1111ABCD A B C D -1AB BC ==13AA =1AD 1DB例2. 如图所示,四棱锥P —ABCD 中,AB ⊥AD ,CD ⊥AD ,PA ⊥底面ABCD ,PA=AD=CD=2AB=2, M 为PC 的中点。
(1)求证:BM∥平面PAD ;(2)在侧面PAD 内找一点N ,使MN ⊥平面PBD ; (3)求直线PC 与平面PBD 所成角的正弦。
【变式】如图,在三棱锥V ABC -中,VC ABC ⊥底面,AC BC ⊥,D 是AB 的中点,且AC BC a ==,π02VDC θθ⎛⎫=<< ⎪⎝⎭∠.(1)求证:平面VAB ⊥平面VCD ;(2)试确定角θ的值,使得直线BC 与平面VAB 所成的角为π6.三、平面与平面所成角(面面角)范围:[0,]θπ∈(1)定义法:当点A 在二面角α- -β的棱 上时,可过A 分别在α、β内作棱 的垂线,AB 、AC ,由定义可知∠BAC 即为二面角α- -β的平面角。
直线和平面所成的角与二面角知识要点1.直线与平面所成角的范围若θ表示直线与平面所成的角,则0°≤θ≤90°。
2.公式cosθ=cosθ1·cosθ2。
斜线AB与平面α所成的角为θ1,A为斜足,AC在α内,且与AB的射影成θ2角,∠BAC=θ, 则有cosθ=cosθ1·cosθ2。
3.公式。
如图所示,在二面角α-l-β中,A∈平面β,B∈平面α,AD⊥l于D,BC⊥l于C,AD=m,BC=n, CD=d, AB=l, 二面角α-l-β的平面角为φ,则有:。
4.公式S'=Scosθ。
如果平面多边形所在平面与平面所成角为,这个平面多边形及其在平面内的射影的面积分别为S、S',那么S'=Scosθ。
5. 向量知识(1);(2)(3)a·b=|a|·|b|cosθ (其中θ是a与b的夹角)(4)若a=(x1,y1,z1), b=(x2,y2,z2), 则:a·b=x1x2+y1y2+z1z2。
典型题目例1.如图,在棱长为a的正方体OABC-O'A'B'C'中,E、F分别是棱AB、BC上的动点,且AE=BF。
(1)求证:A'F⊥C'E;(2)当三棱锥B'-BEF的体积取得最大值时,求二面角B'-EF'B的大小。
(结果用反三角函数表示)。
(1)证明:如图所示,以O为原点建立空间直角坐标系,设AE=BF=x, 则A'(a,0,a), F(a-x,a,0), C'(0,a,a,), E(a,x,0)。
∵,∴ A'F⊥C'E。
(2)解:记BF=x, BE=y, 则x+y=a, 三棱锥B'-BEF的体积,当且仅当,时,取得最大值。
过B作BD⊥EF交EF于D,连B'D,B'D⊥EF,∴∠B'DB是二面角B'-EF-B的平面角。
直线与平面所成角范围
一条直线和一个平面所形成的角的范围是0°到180°。
0°表示这条直线和平面平行,而180°表示这条直线和平面垂直。
两条直线之间的角可以用很多不同的方法来描述,其中之一就是角范围。
它表示两条直线之间从0°到180°所形成的角,也就是说两条直线之间最大可能形成的角就是180°。
当一条直线和一个平面相交时,它们之间也可能形成角。
两条直线之间的角范围仍然是0°到180°。
当它们交叉时,这个角就被称为交叉角,其角度可以是90°。
如果两条直线平行,则它们之间的角度将为0°。
另一方面,当它们垂直时,它们之间的角度则为180°。
因此,一条直线与平面之间的角范围从0°到180°。
这种形式的角范围在几何学以及物理学中都非常重要,因为它被用来描述不同物体之间的关系。
比如,物理学家研究电磁学时,就需要了解直线与平面的角的范围,以确定电磁波的性质。
几何学家也有类似的用途,比如当他们研究空间结构时,几何形状之间的各种角的范围便可以得出一个准确的结论。
因此,一条直线和一个平面所形成的角的范围是0°到180°。
它们可以交叉,并形成一个90°的交叉角,也可以平行或垂直,分别形成0°和180°的角。
无论它们之间形成何种角度,都将在0°到180°范围内。