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空间二面角是立体几何的重点内容, 也是高考常考知识.本文通过一道高考题说明二面角的平面角的作法及一般求法, 供大家参考.
图1【题目】 (2007全国Ⅱ·理·19题)如图1,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD为正方形,侧棱SD⊥底面ABCD,E、F分别是AB、SC的中点.
(Ⅰ)求证:EF∥平面SAD;(略)
(Ⅱ)设SD = 2CD,求二面角A-EF-D的大小.
一、二面角的平面角的作法
1. 定义法:在棱上任取一点O,过点O在两个半平面内分别引棱的垂线OA、OB,则∠AOB就是二面角的平面角.
2. 三垂线法: 自二面角的一个面上一点A,向另一个面引垂线AB,再由垂足B向棱作垂线得斜足O,连结OA,则∠AOB或其补角为二面角的平面角.
3. 垂面法:自空间一点,作与棱垂直的平面,交二面角得两条射线OA、OB (O是平面与棱的交点 ), 则就是二面角的平面角.
二、二面角的解法
1. 几何方法
图2【解法1】 综合法
如图2,不妨设DC=2,则SD=4,G为SD的中点,DG=2,△ADG为等腰直角三角形.
因AE⊥平面SAD,AE平面AEF,则平面SAD⊥平面AEF,交线为AG,
过D作DH⊥AG于H,则H为AG的中点,过H作HM ⊥ EF于M,
因 △DAE≌△DGF,则DE=DF, 则M为EF的中点,连结DM,由三垂线定理得,∠DMH为二面角A-EF-D的平面角.
在Rt△DHM中,DH=2,HM=1,
因tan∠DMH=DHHM=21=2.
所以二面角A-EF-D的大小为arctan2.
【解法2】 面积射影法
【解法3】 基向量法
利用空间向量基本定理,用一组基底把有关空间向量表示出来, 再通过向量的运算求二面角的平面角.
【解法4】 坐标法
建立适当的空间直角坐标系,通过向量的坐标运算求二面角的平面角.
【作者单位:甘肃省高台县第一中学】
责任编辑:刘彩霞
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
图1【题目】 (2007全国Ⅱ·理·19题)如图1,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD为正方形,侧棱SD⊥底面ABCD,E、F分别是AB、SC的中点.
(Ⅰ)求证:EF∥平面SAD;(略)
(Ⅱ)设SD = 2CD,求二面角A-EF-D的大小.
一、二面角的平面角的作法
1. 定义法:在棱上任取一点O,过点O在两个半平面内分别引棱的垂线OA、OB,则∠AOB就是二面角的平面角.
2. 三垂线法: 自二面角的一个面上一点A,向另一个面引垂线AB,再由垂足B向棱作垂线得斜足O,连结OA,则∠AOB或其补角为二面角的平面角.
3. 垂面法:自空间一点,作与棱垂直的平面,交二面角得两条射线OA、OB (O是平面与棱的交点 ), 则就是二面角的平面角.
二、二面角的解法
1. 几何方法
图2【解法1】 综合法
如图2,不妨设DC=2,则SD=4,G为SD的中点,DG=2,△ADG为等腰直角三角形.
因AE⊥平面SAD,AE平面AEF,则平面SAD⊥平面AEF,交线为AG,
过D作DH⊥AG于H,则H为AG的中点,过H作HM ⊥ EF于M,
因 △DAE≌△DGF,则DE=DF, 则M为EF的中点,连结DM,由三垂线定理得,∠DMH为二面角A-EF-D的平面角.
在Rt△DHM中,DH=2,HM=1,
因tan∠DMH=DHHM=21=2.
所以二面角A-EF-D的大小为arctan2.
【解法2】 面积射影法
【解法3】 基向量法
利用空间向量基本定理,用一组基底把有关空间向量表示出来, 再通过向量的运算求二面角的平面角.
【解法4】 坐标法
建立适当的空间直角坐标系,通过向量的坐标运算求二面角的平面角.
【作者单位:甘肃省高台县第一中学】
责任编辑:刘彩霞
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