如何求二面角的大小

2022-05-07 23:45:08 字數 3019 閱讀 1566

二面角的度量問題是立幾中學生比較困難的乙個問題,課本上是通過它的平面角來進行度量的,關鍵在於充分利用平面角的定義。下面來介紹求二面角的大小的幾種方法:

直二面角情況:一般是通過幾何求證的方法,主要依據是直線與平面垂直的判定定理。

例1. 如圖 abcd是矩形,ab =a,bc =b (a >b),沿對角線ac把 △adc 折起,使 ad ⊥bc,證明:平面 abd ⊥平面bcd。

證明:由題意可知:

ad ⊥bc,ad⊥dc

∴ ad⊥面bcd

又 ad 面abd

∴ 平面abd⊥平面bcd

例2. 在四稜錐 a-bcde中,底面是直角梯形,其中 bc∥de,∠bcd =90°,且 de =cd =bc,又ab =ae =bc,ac =ad,

求證:面abe⊥面bcd。

證明:取be的中點m,cd的中點n,

鏈結 am,an,mn,

ab =ac (已知)

am⊥be

同理 ac =ad 有an⊥cd

在直角梯形bcde中,

m、n分別是be、cd的中點

mn ∥bc

又 ∠bcd =90°

mn⊥cd

cd⊥面amn

cd⊥am

又 am⊥be,cd、be 是梯形的兩個腰,即它們一定相交,

am ⊥面bcd, 又am面abe

面abe⊥面bcd。

當二面角不是直二面角時可以採用下面幾種方法。

1.充分利用二面角的定義,證明某角即為二面角的平面角,如找不到現成的,則可以通過三垂線定理或其逆定理把它作出來再計算。

例3.如圖三稜錐 p-abc中,pc⊥平面abc,pc = ,d是 bc的中點,且△adc是邊長為 2的正三角形,求二面角 p-ab-c的大小。

解:由已知條件,d是bc的中點

∴ cd =bd =2 又△adc是正三角形

∴ ad =cd =bd =2

∴ d是△abc之外心又在bc上

∴ △abc是以∠bac為直角的三角形,

∴ ab⊥ac, 又 pc⊥面abc

∴ pa⊥ab (三垂線定理)

∴∠pac即為二面角 p-ab-c之平面角,

易求 ∠pac =30°

例4.如圖在三稜錐 s-abc中,sa⊥底面abc,ab⊥bc,de 垂直平分sc,且分別交 ac、sc於d、e,又sa =ab,bs =bc, 求以bd為稜,bde與bdc為面的二面角的度數。

解:∵ bs =bc,又de垂直平分sc

∴ be⊥sc,sc⊥面bde

∴ bd⊥sc,又sa⊥面abc

∴ sa⊥bd,bd⊥面sac

∴ bd⊥de,且bd⊥dc

則 ∠edc就是所要求的平面角

設 sa =ab =a,

則 bc =sb =a 且 ac =

易證 △sac∽△dec

∴ ∠cde =∠sac =60°

例5. 如圖:abcd是矩形,ab =8,bc =4,ac 與 bd 相交於o點,p是平面 abcd外一點,po⊥面abcd,po =4,m 是 pc 的中點,求二面角 m-bd-c 大小。

解:取oc之中點n,則 mn∥po

∵ po⊥面abcd

∴ mn⊥面abcd 且 mn =po/2 =2,

過 n 作 nr⊥bd 於 r,連mr,

則 ∠mrn即為二面角 m-bd-c的平面角

過 c 作 ce⊥bd於s

則 rn =ce 在 rt△bcd中,cd·bc =bd·ce

∴2.利用

此方法的優點只要找出射影圖形及兩個面積,不需要找出兩面角的平面角,缺點是計算相對煩一些。

例6.如圖△abc與△bcd所在平面垂直,且ab =bc =bd,∠abc =∠dbc =,求二面角 a-bd-c的余弦值。

解:過 a作 ae⊥cb的延長線於e, 鏈結 de,

∵ 面abc⊥面bcd

∴ ae⊥面bcd

∴ e點即為點a在面bcd內的射影

∴ △ebd為△abd在面bcd內的射影設 ab =a 則ae =de =absin60°=

∴ ad =,

∴ sin∠abd =

又 ∴

∴ 考慮到我們求的是二面角 a-bd-e,而二面角 a-bd-c與a-bd-c互補

∴ 二面角 a-bd-c的余弦值為。

例7.已知正方體 ac',m、n分別是bb',dd'的中點,求截面 amc'n與面abcd,cc'd'd所成的角。

解:設邊長為a,易證 anc'n是菱形

且mn =,a'c =

∴s□amc'n =

由於amc'n在面abcd上的射影即

為正方形abcd

abcd =

∴∴取cc'的中點m',鏈結dm'

則平行四邊形dm'c'n是四邊形amc'n在cc'd'd上的射影,

dm'c'm =

∴ 3.利用公式

這個公式是異面直線上二點的距離公式,我們稍作改造便可以用於求二面角的大小。

事實上,以公垂線aa'與 a構成平面α,aa'與b 構成平面β,則θ是兩異面直線所成的角變成了二面角α-aa'-β的平面角或它的補角(要注意它們的範圍可能發生了變化)。

例8.如圖 ac⊥面bcd,bd⊥面acd,若ac =cd =1,∠abc =30°,求二面角的大小。

解:作df⊥ab於f,ce⊥ab於e,

∵ ac =cd =1 ∠abc =30°

∴ ad =,bc = ,

ab =2, bd =

在rt△abc中,

,同理∴∴∴即所求角的大小為。

例9. 三稜錐 a-bcd中,∠bac =∠bcd =90°,∠dbc =30°,ab =ac =,ad =4,求二面角 a-bc-d 的度數。

解:由已知條件∠bac =90°,ab =ac,

設bc的中點設為o,則oa =oc =

bc =

∴ 解之得:∴

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