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立体几何常见题型与解法
一、求空间角问题1.异面直线所成的角
ur ur
设异面直线l,l
1 2
的方向向量分别为m,m
1 2
。则l与l
1 2
所成的角?满足对应的锐角或直
ur ur
角即为直线a(AB)与b(CD)所成的角。cos??cos?m,m ?。
1 2
线面所成的角
n?
n
?P
A
?
O
设直线l的方向向量与平面?的法向量分别为m,n,则直线l的
? ? ?
urr
方向向量与平面
所成角
满足sin
?cos?m,n?。
二面角的求法
二面角??l??,平面?的法向量m,平面?的法向量n。二面角的大小为?,若将法向量的起点放在两个半平面上(不要选择起点在棱上),
当两个法向量的方向都向二面角内或外时,则?m,n?为二面角的平面角的补角;
urr
即:cos???cos?m,n?;
当两个法向量的方向一个向二面角内,另一个向外时,则?m,n?为二面角的平面角。
urr
即:cos??cos?m,n?;
?mn?
?
m
n
?
?
l
?
m
n
?
?
l
例1:在棱长为
a 的 正 方 体
ABCD?ABCD中,EF分别是BC,AD的中点,
求直线AC与DE所成角的余弦值;
求直线AD与平面BEDF所成角的余弦值;
求平面BEDF与平面ABCD 所成角的余弦值;
解:(1)如图建立坐标系,则A(0,0,a),C(a,a,0),D(0,a,0),E(a,
a
,0)
2
zAFDB
z
A
F
D
B
C
A
G
y
D
B
E
C
?AC?(a,a,?a),DE?(a,? ,0),
uuruur
uur
2
15uur
15
AC?DE
?cos?AC,DE??uur uur?
AC?DE 15
故AC与DE所成角的余弦值为 15。
15 x
(2)Q?ADE??ADF,所以AD在平面BEDF内的射影在?EDF的平分线上,又BEDF为菱形,?DB为?EDF的平分线,
故直线AD与平面BEDF所成的角为?ADB,
建立如图所示坐标系,则A(0,0,0),B(a,0,a),D(0,a,0),
uur
uur
uur
uur
uur uur
?DA?(0,?a,0),DB?(a,?a,a),
DA?DB
3?cos?DA,DB??uur uur?
3
DA?DB 3
故AD与平面BEDF所成角的余弦值为 3
3
a
(3)由A(0,0,0),A(0,0,a),B(a,0,a),D(0,a,0),E(a,
ur uur
,0),
2
所以平面ABCD 的法向量为m?AA?(0,0,a)下面求平面BEDF的法向量,
r uur a
uur a
设n?(1,y,z),由ED?(?a, ,0),EB?(0,? ,a),
?r uur
?
?n?ED?0
??r uur
?y?2
??
?
2 2
r
,?n?(1,2,1)
??n?EB?0 ?z?1
rur
ur r
m?n 6 6
?cos?n,m??ur r?
m?n
,所以平面BEDF与平面ABCD 所成角的余弦值为 。
6 6
(I)求证:平面EAC⊥平面PBC;(II)若二面角P-AC-E的余弦值为63,求直线PA与平面EAC所成角的正弦值.例2.如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥底面ABCD,ABCD是直角梯形,AB⊥AD,AB∥CD, AB=2AD
(I)求证:平面EAC⊥平面PBC;
(II)若二面角P-AC-E的余弦值为
6
3
,
求直线PA与平面EAC所成角的正弦值.
解:(Ⅰ)∵PC⊥平面ABCD,AC?平面ABCD,∴AC⊥PC,
∵AB=2,AD=CD=2,∴AC=BC= 2,
∴AC2+BC2=AB2,∴AC⊥BC,
又BC∩PC=C,∴AC⊥平面PBC,
∵AC?平面EAC,∴平面EAC⊥平面PBC.
(Ⅱ)如图,以C为原点,→DA、→CD、→CP分别为x轴、 z
y轴、z轴正向,建立空间直角坐标系, P
则C(0,0,0),A(1,1,0),B(1,-1,0).设P
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