专题13 立体几何中有关异面直线夹角、线面角、二面角的计算问题-【备考先锋必刷题】2022-2023学年高一数学下学期期中期末复习(人教A版2019必修第二册)

2023-04-18
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立体几何中有关异面直线夹角、线面角、二面角的计算问题 专 题 体系搭建 (一)异面直线所成的角 定义:已知,是两条异面直线,经过空间任意一点作直线,我们把直线和所成的锐角(或直角)叫做异面直线,所成的角. (1)异面直线所成的角与点的位置无关. (2)如果两条异面直线所成角是直角,则说这两条异面直线互相垂直,记作. (3)异面直线所成角的范围是. 求异面直线所成角的步骤: (1)恰当选点,由平移构造出一个交角; (2)证平行关系成立; (3)把角放入三角形或其它平面图形中求出; (4)作结论:若求出的角是锐角或直角,则它就是所求异面直线所成的角;若求出的角是钝角,则它的补角才是所求异面直线所成的角. (二)、直线与平面所成的角 1.直线与平面所成角的定义 一条直线和一个平面相交,但不和这个平面垂直,这条直线叫做这个平面的斜线.过斜线上斜足外的一点向平面引垂线,过垂足和斜足的直线叫做斜线在这个平面内的射影.平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角,叫做这条直线和这个平面所成的角. 要点诠释: (1)直线与平面平行,直线在平面上的射影是一条直线. (2)直线与平面垂直时射影是点. (3)斜线上任一点在平面内的射影一定在斜线的射影上. 2.直线与平面所成的角的范围: 直线和平面相交 不垂直时,0°<<90° 垂直时,=90° 直线和平面平行或直线在平面内,=0°。. 直线和平面所成角的范围是0°≤≤90°. 3.求斜线与平面所成角的一般步骤: (1)确定斜线与平面的交点即斜足; (2)经过斜线上除斜足外任一点作平面的垂线,确定垂足,进而确定斜线在平面内的射影; (3)解由垂线、斜线及其射影构成的直角三角形,求出线面角. (三)、二面角 1.二面角定义 平面内的一条直线把平面分成两部分,这两部分通常称为半平面.从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角.这条直线叫二面角的棱,这两个半平面叫做二面角的面. 表示方法:棱为、面分别为的二面角记作二面角.有时为了方便,也可在内(棱以外的半平面部分)分别取点,将这个二面角记作二面角.如果棱记作,那么这个二面角记作二面角或. 2.二面角的平面角 (1) 二面角的平面角的定义:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂直于棱的射线,则这两条射线构成的角叫做二面角的平面角. (2)二面角的平面角的范围:0°≤≤180°.当两个半平面重合时,=0°;当两个半平面相交时,0°<<180°;当两个半平面合成一个平面时,=180°. 二面角的大小可以用它的平面角来度量,二面角的平面角是多少度,就说这个二面角是多少度.平面角是直角的二面角叫做直二面角. (3) 二面角与平面角的对比 角 二面角 图形 定义 从半面内一点出发的两条射线(半直线)所组成的图形 从空间内二直线出发的两个半平面所组成的图形 表示法 由射线、点(顶点)、射线构成, 表示为∠AOB 由半平面、线(棱)、半平面构成,表示为二面角 (4) 二面角的平面角的确定方法 方法1:(定义法)在二面角的棱上找一特殊点,在两个半平面内分别作垂直于棱的射线. 如右图,在二面角的棱a上任取一点O,在平面内过点O作OA⊥a,在平面内过点O作BO⊥a,则∠AOB为二面角的平面角. 方法2:(垂面法)过棱上一点作棱的垂直平面,该平面与二面角的两个半平面产生交线,这两条交线所成的角,即为二面角的平面角. 如下图(左),已知二面角, 过棱上一点O作一平面,使,且,。 ∴,,且⊥OA,⊥OB, ∴∠AOB为二面角的平面角. 方法3:(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,利用线面垂直可找到二面角的平面角或其补角,此种方法通常用于求二面角的所有题目,具体步骤:一找,二证,三求. 如上图(右),已知二面角A-BC-D,求作其平面角. 过点A作AE⊥平面BCD于E,过E在平面BCD中作EF⊥BC于F,连接AF. ∵AE⊥平面BCD,BC平面BCD,∴AE⊥BC. 又EF⊥BC,AE∩EF=E, ∴BC⊥平面AEF,∴BC⊥AF 由垂面法可知,∠AFE为二面角A-BC-D的平面角。 例题分析 考点1 异面直线夹角问题 【例1】.如图,在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,AC⊥BC,AC=3,AB=5,AA1=4,则异面直线AC1与B1C所成角的余弦值为(  ) A. B. C. D. 变式训练 【变1-1】.在如图的正方体中,M、N分别为棱BC和棱CC1的中点,则异面直线A1D和MN所成的角为(  ) A.30° B.45° C.90° D.60

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