二面角三类问题六种解题策略方法导引

二面角三类问题六种解题策略方法导引 二面角大小的求法中知识的综合性较强，方法的灵活性较大，一般而言，二面角的大小往往转化为其平面角的大小，从而又化归为三角形的内角大小，在其求解过程中，主要是利用平面几何、立体几何、三角函数等重要知识。求二面角大小的关键是，根据不同问题给出的几何背景，恰在此时当选择方法，我们分为三类问题六种解题方法。从而给出二面角的通性通法。 第一类：有棱二面角的平面角的方法 方法1、定义法： 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。 本定义为解题提供了添辅助线的一种规律。如例1中从二面角S—AM—B中半平面ABM上的一已知点（B）向棱AM作垂线，得垂足（F）；在另一半平面ASM内过该垂足（F）作棱AM的垂线（如GF），这两条垂线（BF、GF）便形成该二面角的一个平面角，再在该平面角内建立一个可解三角形，然后借助直角三角函数、正弦定理与余弦定理解题。 例1、（全国卷Ⅰ理）如图，四棱锥中，底面为矩形，底面，，，点M在侧棱上，=60° （I）证明：M在侧棱的中点 （II）求二面角的余弦值。 证（I）略 ( F G )解（II）：利用二面角的定义。在等边三角形中过点作交于点，则点为AM的中点，过F点在平面ASM内作，GF交AS于G， 连结AC，∵△ADC≌△ADS，∴AS-AC，且M是SC的中点， ∴AM⊥SC， GF⊥AM，∴GF∥AS，又∵为AM的中点， ∴GF是△AMS的中位线，点G是AS的中点。则即为所求二面角. ( F G ) ∵，则，又∵，∴ ∵，∴△是等边三角形，∴ 在△中，，，，∴ ∴二面角的大小为 ( P B α C A E F D )举一反三：空间三条射线CA、CP、CB，∠PCA=∠PCB=60o，∠ACB=90o，求二面角B-PC-A的大小。 解：过PC上的点D分别作DE⊥AC于E，DF⊥BC于F，连EF. ∴∠EDF为二面角B-PC-A的平面角，设CD=a，∵∠PCA=∠PCB=600， ∴CE=CF=2a，DE=DF=，又∵∠ACB=900，∴EF=， ∴∠EDF= 方法2、三垂线法 三垂线定理：在平面内的一条直线，如果和这个平面的一条斜线的射影垂直，那么它也和这条斜线垂直．通常当点P在一个半平面上则通常用三垂线定理法求二面角的大小。 本定理亦提供了另一种添辅助线的一般规律。如（例2）过二面角B-FC-C中半平面BFC上的一已知点B作另一半平面FC1C的垂线，得垂足O；再过该垂足O作棱FC1的垂线，得垂足P，连结起点与终点得斜线段PB，便形成了三垂线定理的基本构图（斜线PB、垂线BO、射影OP）。再解直角三角形求二面角的度数。 例2．(山东卷理) 如图，在直四棱柱ABCD-ABCD中，底面ABCD为等腰梯形，AB//CD，AB=4, BC=CD=2, AA=2, E、E、F分别是棱AD、AA、AB的中点。 （1） ( E A B C F E 1 A 1 B 1 C 1 D 1 D )证明：直线EE//平面FCC； （2） 求二面角B-FC-C的余弦值。 证（1）略 解 ( E A B C F E 1 A 1 B 1 C 1 D 1 D F 1 O P )（2）因为AB=4, BC=CD=2, 、F是棱AB的中点,所以BF=BC=CF,△BCF为正三角形,取CF的中点O,则OB⊥CF,又因为直四棱柱ABCD-ABCD中,CC1⊥平面ABCD,所以CC1⊥BO,所以OB⊥平面CC1F,过O在平面CC1F内作OP⊥C1F,垂足为P,连接BP,则∠OPB为二面角B-FC-C的一个平面角, 在△BCF为正三角形中,,在Rt△CC1F中, △OPF∽△CC1F,∵∴, 在Rt△OPF中,,,所以二面角B-FC-C的余弦值为. 举一反三：在四棱锥P-ABCD中，ABCD是平行四边形，PA⊥平面ABCD，PA=AB=a，∠ABC=30°，求二面角P-BC-A的大小。 解：如图，PA⊥平面B