内容正文:
1.2 空间向量在立体几何中的应用
第一章 空间向量与立体几何
1.2.4 二面角
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高中数学 选择性必修 第一册(B)
第一章 空间向量与立体几何
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第一章 空间向量与立体几何
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课程标准
核心素养目标
能用向量方法解决简单的二面角问题
1.掌握二面角的概念.(数学抽象)
2.理解二面角的平面角的含义.(直观想象、逻辑推理)
3.会用向量法解决二面角的计算问题.(数学运算)
[微练1]在正方体ABCDA1B1C1D1中,平面
B1C1DA与平面BCDA所成的二面角的大小为
_________.
1.二面角及其度量
2.用空间向量求二面角的大小
(1)如果n1,n2分别是平面α1,α2的一个法向量,设α1与α2所成角的大小为θ,则有θ=〈n1,n2〉或θ=π-〈n1,n2〉,特别地,sin θ=sin 〈n1,n2〉.
(2)设二面角αlβ为θ,平面α,β的法向量分别为n1,n2,有|cos θ|=|cos 〈n1,n2〉|= eq \f(|n1·n2|,|n1||n2|) 成立.
利用公式cos 〈n1,n2〉= eq \f(n1·n2,|n1||n2|) (n1,n2分别为两平面的法向量)进行求解,注意〈n1,n2〉与二面角大小的关系,是相等还是互补,需结合图形进行判断.
如图(2)(4)中〈n1,n2〉就是二面角αlβ的平面角的补角;如图(1)(3)中〈n1,n2〉就是二面角αlβ的平面角.
[微练2]在三棱锥ABCD中,平面ABD与平面BCD的法向量分别为n1,n2,若〈n1,n2〉= eq \f(π,3) ,则二面角ABDC的大小为( )
A. eq \f(π,3)
B. eq \f(2π,3)
C. eq \f(π,3) 或 eq \f(2π,3)
D. eq \f(π,6) 或 eq \f(π,3)
解析:∵二面角的范围是[0,π],且〈n1,n2〉= eq \f(π,3) ,∴二面角ABDC的大小为 eq \f(π,3) 或 eq \f(2π,3) .故选C.
知识点一
定义法求二面角
如图所示,PC⊥平面ABC,AB=BC=CA=PC,求二面角BPAC的平面角的正切值.
解:∵PC⊥平面ABC,∴平面PAC⊥平面AB,
交线为AC.作BD⊥AC于点D,
据面面垂直性质定理,BD⊥平面PAC,作DE⊥PA于点E,连接BE,据三垂线定理,则BE⊥PA,
从而∠BED是二面角BPAC的平面角.
设PC=a,依题意知△ABC是边长为a的正三角形,
∴D是AC的中点,且BD= eq \f(\r(3),2) a.
∵PC=CA=a,∠PCA=90°,∴∠PAC=45°,
∴在Rt△DEA中,ED=AD·sin 45°= eq \f(a,2) · eq \f(\r(2),2) = eq \f(\r(2),4) a,
则在Rt△BED中,