求关于求二面角正余弦值的题目,可以训练例如射影面积法,向量法等等的题目。 30
2014-05-01
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用射影面积法求二面角
立体几何中的二面角是一个非常重要的数学概念,求二面角的大小更是历年高考的热点问题,在每年全国各省市的高考试题的大题中几乎都出现. 求二面角的方法很多,但是,对无棱二面角,或者不容易作出二面角的平面角时,如何求这个二面角的大小呢?用射影面积法是解决这类问题的捷径.
定理 已知平面内一个多边形的面积为S,它在平面内的射影图形的面积为,平面和平面所成的二面角的大小为,则.
本文仅对多边形为三角形为例证明,其它情形请读者自证.
证明:如图,平面内的△ABC在平面的射影为△,作于D,连结AD.
于,,
在内的射影为.
又,
(三垂线定理的逆定理).
为二面角—BC—的平面角.
设△ABC和△的面积分别为S和,,则.
.
练习
1 如图, 已知正方体ABCD—A1B1C1D1中,E是A A1棱的中点,则
面BE C1与面AC所成的二面角的余弦值( )
A. B. C. D.
2如图, 已知四棱锥S—ABCD的底面是边长为1的正方形, SD⊥面AC,SB = .
(1) 求证:BC⊥SC;
(2) 求面ASD与面BSC所成的二面角的大小;
(3) 设棱SA的中点为M, 求异面直线DM与SB所成的角的大小.
3如图,已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面
互相垂直,AB = ,AF = 1,M是线段EF的中点.
(1) 求证:AM∥平面BDE;
(2) 求证:面AE⊥平面BDF;
(3) 求二面角A—DF—B的大小.
4如图,在四棱锥P—ABCD中,底面ABCD是矩
形,已知AB = 3,AD = 2,PA= 2,.
(1)证明:AD⊥平面PAB;
(2)求异面直线PC与AD所成的角的大小;
(3)求二面角P—BD—A的余弦值.
5.如图,在四棱锥V—ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面VAD是正三角形,平面VAD⊥底面ABCD.
(1)证明:AB⊥平面VAD;
(2)求面VAD与面VDB所成二面角的余弦值.
6.如图,在直三棱柱ABC—中,AB = BC ,D、E分别为、的中点.
(1)证明:ED为异面直线和的公垂线;
(2)设,求二面角的大小.
7.如图,在底面为直角梯形的四棱锥P—ABCD中,AD∥BC,,PA⊥平面ABCD,PA= 4,AD = 2,,BC = 6.
(1)求证:BD⊥平面PAC;
(2)求二面角A—PC—D的余弦值.
8.如图,四棱柱S—ABCD的底面是正方形,SD⊥平面ABCD,SD= AD = a ,点E是SD上的点,且(0<).
(1)求证:对任意,都有AC⊥BE;
(2)若二面角C—AE—D的大小为,求的值.
立体几何中的二面角是一个非常重要的数学概念,求二面角的大小更是历年高考的热点问题,在每年全国各省市的高考试题的大题中几乎都出现. 求二面角的方法很多,但是,对无棱二面角,或者不容易作出二面角的平面角时,如何求这个二面角的大小呢?用射影面积法是解决这类问题的捷径.
定理 已知平面内一个多边形的面积为S,它在平面内的射影图形的面积为,平面和平面所成的二面角的大小为,则.
本文仅对多边形为三角形为例证明,其它情形请读者自证.
证明:如图,平面内的△ABC在平面的射影为△,作于D,连结AD.
于,,
在内的射影为.
又,
(三垂线定理的逆定理).
为二面角—BC—的平面角.
设△ABC和△的面积分别为S和,,则.
.
练习
1 如图, 已知正方体ABCD—A1B1C1D1中,E是A A1棱的中点,则
面BE C1与面AC所成的二面角的余弦值( )
A. B. C. D.
2如图, 已知四棱锥S—ABCD的底面是边长为1的正方形, SD⊥面AC,SB = .
(1) 求证:BC⊥SC;
(2) 求面ASD与面BSC所成的二面角的大小;
(3) 设棱SA的中点为M, 求异面直线DM与SB所成的角的大小.
3如图,已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面
互相垂直,AB = ,AF = 1,M是线段EF的中点.
(1) 求证:AM∥平面BDE;
(2) 求证:面AE⊥平面BDF;
(3) 求二面角A—DF—B的大小.
4如图,在四棱锥P—ABCD中,底面ABCD是矩
形,已知AB = 3,AD = 2,PA= 2,.
(1)证明:AD⊥平面PAB;
(2)求异面直线PC与AD所成的角的大小;
(3)求二面角P—BD—A的余弦值.
5.如图,在四棱锥V—ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面VAD是正三角形,平面VAD⊥底面ABCD.
(1)证明:AB⊥平面VAD;
(2)求面VAD与面VDB所成二面角的余弦值.
6.如图,在直三棱柱ABC—中,AB = BC ,D、E分别为、的中点.
(1)证明:ED为异面直线和的公垂线;
(2)设,求二面角的大小.
7.如图,在底面为直角梯形的四棱锥P—ABCD中,AD∥BC,,PA⊥平面ABCD,PA= 4,AD = 2,,BC = 6.
(1)求证:BD⊥平面PAC;
(2)求二面角A—PC—D的余弦值.
8.如图,四棱柱S—ABCD的底面是正方形,SD⊥平面ABCD,SD= AD = a ,点E是SD上的点,且(0<).
(1)求证:对任意,都有AC⊥BE;
(2)若二面角C—AE—D的大小为,求的值.
追问
只有射影面积法这一种吗?
追答
暂时没有
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