内容正文:
与距离类似,角度是立体几何中另一个重要的度量. 下面我们用向量方法研究直线与直线所成角、直线与平面所成角及平面与平面所成角.
1.4.2 用空间向量研究夹角问题
学校:仁寿县第一中学北校区
姓名:周扬
1、用向量法求线线角
一般地,两条异面直线所成的角,可以转化为两条异面直线的方向向量的夹角来求得. 也就是说,若异面直线l1,l2所成的角为θ ,其方向向量分别是 , ,则
例1:在棱长为1的正四面体(四个面都是正三角形)ABCD中,M、N分别为BC、AD的中点,求直线AM与CN夹角的余弦值
(1)几何法
解决此类问题,关键是通过平移求解.过某一点作平行线,将异面直线所成的角转化为平面角,最后通过解三角形求解.主要以“作,证,算”来求异面直线所成的角,同时,要注意异面直线所成角的范围.
(2)向量法
利用数量积或坐标方法将异面直线所成的角θ 转化为两直线的方向向量所成的角 ,若求出的两向量的夹角为钝角,则异面直线的夹角应为两向量夹角的补角,即 .
求异面直线所成的角的两种方法
2、用向量法求线面角
设直线AB与平面α相交于点B,直线AB与平面α所成角为θ ,直线AB的方向向量为 ,平面α的法向量为 ,则
5. 如图,在正方体ABEF-DCE′F′中,M,N分别为AC,BF的中点,求
(1)求直线MN与直线AC的夹角余弦值
(2)求直线EN与平面MNB的夹角余弦值
练习巩固
(1)几何法
找直线在平面内的射影,充分利用面与面垂直的性质及解三角形知识可求得夹角(或夹角的某一三角函数值).
(2)向量法
①建立空间直角坐标系;
②求直线的方向向量 ;
③求平面的法向量 ;
④计算:设线面角为θ,则 .
求直线与平面的夹角的方法与步骤
3、用向量法求面面角
若平面α、β的法向量分别是 , ,则平面α 与平面β 的夹角即为向量 和 的夹角或其补角. 设平面α 与平面β 的夹角为θ ,则
5. 如图,在正方体ABEF-DCE′F′中,M,N分别为AC,BF的中点,求
平面MNA与平面MNB的夹角的余弦值.
练习巩固
(1)几何法
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,把平面角放到三角形中求解.
(2)向量法
①建立空间直角坐标系;
②求出两个半平面的法向量 , ;
③设二面角的平面角为θ,则 ;
④根据图形判断θ为钝角还是锐角,从而求出θ(或其三角函数).
求平面与平面的夹角的方法与步骤
向量求法 图形语言
线线角 设两异面直线所成的角为θ,它们的方向向量为 , ,则
小 结:
向量求法 图形语言
线面角 设直线l 与平面α 所成的角为θ,l 的方向向量为 ,平面α的法向量为 ,
则
向量求法 图形语言
面面角 设二面角α-l-β的平面角
为θ,平面α、β的法向量为
, ,则
[典例2] 如图,四边形ABCD为正方形,E,F分别为AD,BC的中点,以DF为折痕把△DFC折起,使点C到达点P的位置,且PF⊥BF.
(1)求证:平面PEF⊥平面ABFD;
(2)求DP与平面ABFD所成角的正弦值.
[解] (1)证明:由已知可得BF⊥PF,BF⊥EF,
又PF∩EF=F,
所以BF⊥平面PEF.
又BF⊂平面ABFD,
所以平面PEF⊥平面ABFD.
(2)如图,作PH⊥EF,垂足为H.
由(1)得,PH⊥平面ABFD.
以H为坐标原点,eq \o(HF,\s\up15(―→))的方向为y轴正方向,|4|为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系Hxyz.
[典例2] 如图,四边形ABCD为正方形,E,F分别为AD,BC的中点,以DF为折痕把△DFC折起,使点C到达点P的位置,且PF⊥BF.
(1)求证:平面PEF⊥平面ABFD;
(2)求DP与平面ABFD所成角的正弦值.
$$