内容正文:
第四课时
立体几何中的综合问题
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第四课时 立体几何中的综合问题
[解题微点]
[方法技巧]
解决空间角与翻折相结合问题的关键
一是盯住量,即看翻折前后线面位置关系的变化情况,根据翻折过程,把翻折前后没有变化和发生变化的量准确找出来,因为它们反映了翻折后空间图形的特征;二是会转化,根据需要解决的立体几何问题,确立转化目标;三是得结论,对转化后的问题,用定义、判定定理、性质定理、基本事实、公式等解决.
[方法技巧]
空间几何体中的某些对象,如点、线、面,在约束条件下运动,带动相关的线段长度、几何体体积等发生变化,进而就有了面积与体积及角度的最值问题.
定性分析 在空间几何体的变化过程中,通过观察运动点的位置变化,确定其相关量的变化规律,进而发现相关面积或体积等的变化规律,求得其最大值或最小值
定量分析 将所求问题转化为某一个相关量的问题,即转化为关于其中一个量的函数,求其最大值或最小值的问题.根据具体情况,有函数法、不等式法、三角函数法等多种方法可供选择
[方法技巧]
空间角存在性问题的解题策略
借助于空间直角坐标系,把几何对象上动态点的坐标用参数(变量)表示,将几何对象坐标化,这样根据所要满足的题设要求得到相应的方程或方程组.若方程或方程组在题设范围内有解,则通过参数的值反过来确定几何对象的位置;若方程或方程组在题设范围内无解,则表示满足题设要求的几何对象不存在.
“课时跟踪检测”见“课时跟踪检测(五十四)”
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考法一 翻折问题
[典例] (2022·烟台三模)如图,在平面五边形PABCD中,△PAD为正三角形,AD∥BC,∠DAB=90°且AD=AB=2BC=2.将△PAD沿AD翻折成如图所示的四棱锥P-ABCD,使得PC=.F,Q分别为AB,CE的中点.
(1)求证:FQ∥平面PAD;
(2)若=,求平面EFC与平面PAD夹角的余弦值.
切入点
(1)取DC的中点M,连接MF,MQ.可得平面MQF∥平面PAD,从而可证FQ∥平面PAD;
(2)取AD的中点O,连接OP,OC, 以O为坐标原点,分别以,,的方向为x,y,z轴的正方向,建立空间直角坐标系,用向量法求解即可
关键点
(1)找到一个直线FQ所在的平面,且该平面与平面PAD平行;
(2)求出两个平面的法向量
隐藏点
根据翻折后的数量关系求出线面的位置关系
[解] (1)证明:取DC的中点M,连接MF,MQ.
则MQ∥PD,MF∥DA.
因为MQ⊄平面PAD,
MF⊄平面PAD,
AD⊂平面PAD,PD⊂平面PAD,
所以MQ∥平面PAD,
MF∥平面PAD,
因为MQ∩MF=M,所以平面MQF∥平面PAD,
因为FQ⊂平面MQF,所以FQ∥平面PAD.
(2)取AD的中点O,连接OP,OC,
因为△PAD为正三角形,AD=2,
所以OP⊥AD且OP=,
在直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠DAB=90°,AB=2BC=2,
所以OC⊥AD且OC=2,
又因为PC=,
所以在△POC中,OP2+OC2=PC2,即OP⊥OC,
所以,以O为坐标原点,分别以,,的方向为x,y,z轴的正方向,建立如图所示的空间直角坐标系,
则D(1,0,0),C(0,2,0),F(-1,1,0),P(0,0,),=(-1,0,).
因为=,即==,
所以E,
所以=,=.
设n=(x1,y1,z1)为平面EFC的一个法向量,
则即
取n=(3,-3,-8).
又平面PAD的一个法向量m=(0,1,0),
设平面EFC与平面PAD的夹角为α,
则cos α===.
故平面EFC与平面PAD夹角的余弦值为.
[针对训练]
(2022·威海三模)如图所示,在等边△ABC中,AB=6,M,N分别是AB,AC上的点,且AM=AN=4,E是BC的中点,AE交MN于点F.以MN为折痕把△AMN折起,使点A到达点P的位置(0<∠PFE<π),连接PB,PE,PC.
(1)证明:MN⊥PE;
(2)设点P在平面ABC内的射影为点Q,若二面角P-MN-B的大小为,求直线QC与平面PBC所成角的正弦值.
解:(1)证明:因为△ABC是等边三角形,E是BC的中点,
所以AE⊥BC,因为AM=AN=4,
所以MN∥BC,所以MN⊥AE,
可得MN⊥PF,MN⊥FE,又PF∩FE=F,
所以MN⊥平面PFE,又PE⊂平面PFE,
所以MN⊥PE.
(2)因为MN⊥PF,MN⊥FE,
所以二面角P-MN-B的平面角为∠PFE,
所以∠PFE=,可得∠PFA=,
由第(1)问知,MN⊥平面PFE,MN⊂平面ABC,所以平面ABC⊥平面PFE,
又因为平面PFE∩平面ABC=AE,
所以点P在平面ABC内的射影Q在AE上,
因为PF=2,所以Q