二面角的求法

2022-10-31 12:12:06 字數 3564 閱讀 8514

方法一(定義法)即從二面角稜上一點在兩個麵內分別引稜的垂線。(適用兩邊三角形全等、或都為等腰三角形)

例1、如圖1-5所示,在四稜錐p-abcd中,底面是邊長為2的菱形,∠bad=120°,且pa⊥平面abcd,pa=2,m,n分別為pb,pd的中點.

(1)證明:mn∥平面abcd;

(2)過點a作aq⊥pc,垂足為點q,求二面角a-mn-q的平面角的余弦值.

方法二(三垂線法)在二面角的乙個面上一點p稜及另乙個面分別引垂線pa、pb,連線ab,根據三垂線定理(或逆定理),∠pab為所求的二面角的平面角.

例3.在稜長為1的正方體中,求平面與底面所成二面角的平面角大小

例4.如圖,平面,,若,求二面角的正弦值

方法三(投影面積法)乙個平面上的圖形面積為s,它在另乙個平面上的投影面積為s',這兩個平面的夾角為 ,則s'=scos 或cos =.

例5.在正方體ac1中,e是bc中點,f在aa1上,且a1f∶fa=1∶2,求平面b1ef與底面a1b1c1d1所成的二面角.

方法四(空間向量法)如圖5,設是二面角的兩個半平面的法向量,其方向乙個指向內側,另乙個指向外側,則二面角的平面角=。

例6、點是邊長為4的正方形的中心,點,分別是,的中點.沿對角線把正方形折成直二面角d-ac-b.

(ⅰ)求的大小;

(ⅱ)求二面角的大小.

練習題:

1. 在立體圖形p-abcd中,底面abcd是正方形,pa⊥底面abcd,pa=ab,q是pc中點.

ac,bd交於o點.

(ⅰ)求二面角q-bd-c的大小:

(ⅱ)求二面角b-qd-c的大小.

2. 已知平面α⊥平面β,交線為ab,c∈,d∈,,e為bc的中點,ac⊥bd,bd=8.

①求證:bd⊥平面;

②求證:平面aed⊥平面bcd;

③求二面角b-ac-d的正切值.

3. 如圖,△abc和△dbc所在的兩個平面互相垂直,且ab=bc=bd,∠abc=

∠dbc=120°,求

(1) a、d連線和直線bc所成角的大小;

(2) 二面角a-bd-c的大小

4. 如圖平面sac⊥平面acb,δsac是邊長為4的等邊三角形,δacb為直角三角形,∠acb=90°,bc=,求二面角s-ab-c的余弦值。

5、如圖,在正三稜柱abc-a1b1c1中,ab=3,aa1=4,m為aa1的中點,p是bc上一點,且由p沿稜柱側面經過稜cc1到m點的最短路線長為,設這條最短路線與c1c的交點為n。求:

該三稜柱的側面展開圖的對角線長;

pc和nc的長;

平面nmp和平面abc所成銳二面角大小的余弦值

6、如圖,在四稜錐p-abcd中,pa⊥平面abcd,ab=4,bc=3,ad=5,∠dab=∠abc=90°,e是cd的中點

(1)證明:cd⊥平面pae;

(2)若直線pb與平面pae所成的角和pb與平面abcd所成的角相等,

求四稜錐p-abcd的體積.

【解析】

1. 在立體圖形p-abcd中,底面abcd是正方形,pa⊥底面abcd,pa=ab,q是pc中點.

ac,bd交於o點.

(ⅰ)求二面角q-bd-c的大小:

(ⅱ)求二面角b-qd-c的大小.

2. 已知平面α⊥平面β,交線為ab,c∈,d∈,,e為bc的中點,ac⊥bd,bd=8.

①求證:bd⊥平面;

②求證:平面aed⊥平面bcd;

③求二面角b-ac-d的正切值.

3. 如圖,△abc和△dbc所在的兩個平面互相垂直,且ab=bc=bd,∠abc=

∠dbc=120°,求

(1) a、d連線和直線bc所成角的大小;

(2) 二面角a-bd-c的大小

4. 如圖平面sac⊥平面acb,δsac是邊長為4的等邊三角形,δacb為直角三角形,∠acb=90°,bc=,求二面角s-ab-c的余弦值。

5、正解:①正三稜柱abc-a1b1c1的側面展開圖是乙個長為9,寬為4的矩形,其對角線長為

②如圖1,將側面bc1旋轉使其與側面ac1在同一平面上,點p運動到點p1的位置,連線mp1,則mp1就是由點p沿稜柱側面經過cc1到點m的最短路線。

設pc=,則p1c=,

在③連線pp1(如圖2),則pp1就是nmp與平面abc的交線,作nh於h,又cc1平面abc,鏈結ch,由三垂線定理得,。

,所以余弦值為

6、解:解法1:(1)如下圖(1),鏈結ac.

由ab=4,bc=3,∠abc=90°得ac=5.又ad=5,e是cd的中點,所以cd⊥ae.因為pa⊥平面abcd,cd平面abcd,所以pa⊥cd.

而pa,ae是平面pae內的兩條相交直線,所以cd⊥平面pae.

(2)過點b作bg∥cd,分別與ae、ad相交於點f,g,鏈結pf.

由(1)cd⊥平面pae知,bg⊥平面pae.於是∠bpf為直線pb與平面pae所成的角,

且bg⊥ae.由pa⊥平面abcd知,∠pba為直線pb與平面abcd所成的角.

由題意∠pba=∠bpf,因為sin∠pba=,sin∠bpf=,所以pa=bf.

由∠dab=∠abc=90°知,ad∥bc,又bg∥cd,所以四邊形bcdg是平行四邊形.

故gd=bc=3.於是ag=2.

在rt△bag中,ab=4,ag=2

bg⊥af,所以bg==2,bf===.於是pa=bf=.

又梯形abcd的面積為s=×(5+3)×4=16,所以四稜錐p-abcd的體積為v=×s×pa=

×16×=.

解法2:如上圖(2),以a為座標原點,ab,ad,ap所在直線分別為x軸,y軸,z軸建立空間直角座標系.設pa=h,則相關各點的座標為:a(0,0,0),b(4,0,0),c(4,3,0),d(0,5,0),e(2,4,0),p(0,0,h).(1)易知=(-4,2,0),=(2,4,0),=(0,0,h).

因為·=-8+8+0=0,·=0,所以cd⊥ae,cd⊥ap.

而ap,ae是平面pae內的兩條相交直線,所以cd⊥平面pae.

(2)由題設和(1)知,,分別是平面pae,平面abcd的法向量.

而pb與平面pae所成的角和pb與平面abcd所成的角相等,所以|cos〈,〉|=|cos〈,〉|,即=.

由(1)知,=(-4,2,0),=(0,0,-h),又=(4,0,-h),

故=.解得h=.

又梯形abcd的面積為s=×(5+3)×4=16

,所以四稜錐p-abcd的體積為v=×s×pa=×16×=.

1、如圖,正方體abcd-a1b1c1d1的稜長為1,o是底面a1b1c1d1的中心,則o到平面ab c1d1的距離為

a.  b.  c.  d.

2、如圖(20)圖,為平面, ab=5,a,b在稜l上的射影分別為a′,b′,aa′=3,bb′=2.若二面角的大小為,

求:(1)點b到平面的距離;

(2)異面直線l與ab所成的角(用反三角函式表示).

(3)求異面直線l與ab的距離

變式題:

已知為平面,,a,b在稜l上的射影分別為a′、b′,aa′=3,bb′=2 , 3,若二面角的大小為

(1) 求ab的長

(2) 異面直線l與ab所成的角

(3) 求異面直線l與ab的距離

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peq pef aef,那麼在圖2 2 中,有a1q a1f.作fm a1p於m,連線qh qf,則易得 a1qp a1fp,qmp fmp,所以 pmq pmf 90o,qmf為二面角b a1p f的平面角,使題解取得了突破性的進展.設正三角形的邊長為3,依次可求得a1p qm fm 在 qmf中...

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