高二数学《直线与平面所成的角与二面角》

我这章很搞不明白,希望高人提供诀窍!是诀窍是学习方法!不是无意义的书本知识!

一、直线和平面所成的角,即直线与它在平面内的射影所成的角。射影,顾名思义,也就是相对于平面,在直线的正上方所投的光线在平面上留下的影子。数学上自然是从直线上选取一点,向平面引垂线,垂足和斜足的连线就是射影了。所以,求直线与平面所成的角一般是来解直角三角形。在具体的题目中,这条垂线甚至无须作,因为有现成的了。所以在处理此类问题中,我们常说的一句话是欲求先作或先找,这和求异面直线所成的角的情况是一样的。有些问题则是,已知直线与平面所成的角来解决其他问题,如:
例1.在三棱锥P-ABC中,PA⊥AC,PB⊥BC,AC⊥BC,PA,PBA与平面ABC所成的角分别为30度,45度,直线PC与AB能否垂直?并证明所的结论!
借助于平面α我们画出三棱锥P-ABC。
∵PA⊥AC,PB⊥BC,AC⊥BC
∴△PAC,△PBC,△ABC都是直角三角形。
作PD⊥平面α,垂足为D,则∠PAD即为PA与平面ABC所成的角,∠PAD =30度。
作PE⊥AB于E,连DE,则∠PED即为面PBA与平面ABC所成的角,∠PED=45度。
当Rt△ABC为直角等腰三角形,Rt△PAC与Rt△PBC全等时,E为AB的中点,CD⊥AB,于是有PC⊥AB.
http://hi.baidu.com/zhyzydw740120/album/item/10bfd1dd78867b3d5882dd0d.html
二、平面和平面所成的角,即二面角,比起前面的直线与平面所成的角要复杂一些。这种复杂主要表现在找到或作出这个角,由于空间位置的不规则造成的。因为通常此类问题不是单一的一个二面角而是在一个多面体中。一般来说,1.在其中一个平面中,选取一个点(有时候这个点是现成的),向两平面的交线(棱)引垂线,找到垂足后,再在另一个平面内作棱的垂线,就作出了这个二面角的平面角;2.从一个平面内的一点,向另一个平面引垂线,找到垂足(有时候这条垂线也是现成的),从垂足向棱引垂线;3.作棱的垂直平面,与二面角的交线形成的角即为二面角的平面角。不外乎这些类型。当然了,这类题目也不仅仅是求二面角,不少情况下是已知二面角的大小再解决其他问题,这自然是要作出或找到二面角的平面角。
例1.矩形ABCD中,AB=2√2, BC=2,沿对角线BD将 向上折起,使A移至P且P在面BCD的射影O落在DC边上。
(1)求证:O是CD的中点 (2)求二面角P-BD-C的大小 (3)求点C到面PBD的距离
(1)如图(1),作PE⊥BD,连OE,则OE⊥BD.
此时,我们再将图形恢复到原处,则如图(2),P,A必重合。(为统一我们用P代A)
在矩形PBCD中,PO⊥BD于E,并与CD交于O。
PB=2√2,BC=2,则BD=2√3.
∵PD^2=DE*BD,∴DE=2/√3.
∵PE^2=PD^2-DE^2,∴PE=2√6/3.
∵DE^2=OE*PE,∴OE=√6/3.
∴OD^2=OE^2+DE^2=2,∴OD=√2.
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因CD=2√2,所以O为CD的中点。
(2)如图(1),
∵OE⊥BD,PE⊥BD,∴∠PEO即为二面角P-BD-C的平面角。在Rt△POD中,PO^2=PD^2-OD^2=2,∴PO=√2.
在△POE中,由余弦定理得:
cosPEO=(PE^2+OE^2-PO^2)/2PE*OE=1/2,
∴∠PEO=60°.
即二面角P-BD-C=60°.
(3)如图(1),PO=√2,即P到平面BCD的距离为√2.由对称性,C到平面PBD的距离也是√2.
http://hi.baidu.com/zhyzydw740120/album/item/734f112c637350e68b139930.html
例2.Rt△ABC中,Ac=BC= ,CD⊥AB,沿CD将△ABC折成60°的二面角A-CD-B,则折叠右点A到平面BCD的距离是多少?(图略)
在二面角A-CD-B中,连AB,则△ADB是等腰三角形,
又AD⊥CD,BD⊥CD,所以CD⊥面ADB,
所以角ADB即为二面角A-CD-B的平面角,
角ADB=60度,因此△ADB是等边三角形.
在△ADB中,作AE⊥BD,又CD⊥AE( CD⊥面ADB,AE属于面ADB),
所以,AE⊥面BDC,AE即为A点到面BCD的距离.
设Rt△ABC的边Ac=BC=a,
则AD=BD=(根下2)a/2,
AE=[(根下3)/2]* [(根下2)a/2]
=(根下6)a/4.
例3.直角三角形ABC在平面M内,角BAC=90度,AB=18cm,点P在平面M外,它到平面M的距离为40cm,且PA=PB=PC.
1)求证:平面PBC垂直平面M
2)求二面角P-AC-B的正切值
(1)设P在平面M内的投影为D,连结PA,PB,PC,因PA=PB=PC,所以这三条平面M的斜线在平面M内的射影必定相等.即D到A,B,C三点的距离相等.因此,D必是直角三角形ABC斜边BC的中点.
于是有,PD⊥平面M,而平面PBC经过PD,所以, 平面PBC⊥平面M.
(2)取AC的中点E,连DE,PE.因DE是直角三角形ABC的中位线,所以DE‖AB, DE⊥AC,且DE=1/2*AB=1/2*18=9 cm.
又在等腰三角形PCA中,E为AC的中点,所以PE⊥AC,又DE⊥AC,所以∠PED即为二面角P-AC-B的平面角.在直角三角形PED中,tanPED=PD/DE=40/9.
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如果你觉得看了上面的,不是越来越湖涂,我就感到十足了。
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第1个回答  2008-03-27
要结合图形来理解这两个概念,
这两个角画出来就是个平面角,关键是你怎么把他们在图形中表示出来,求就用三角形的知识,
所以关键是要多动手画图
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