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学生在写作文时,老师总是要求发散思维,我们在解题时,也应该充分发散思维,产生想象、联想以便于帮助我们有效的解决问题.在教学中,我们有意识的强调一些常见几何体——正方体和长方体,在正方体中,面的对角线连接成为一个正四面体,很容易求出该正四面体的体积,如试题1,线线角,线面角等;在长方体中,应让学生探究出体对角线与棱或面所成角的余弦值的平方和为定值,此结论要让学生能分离出来,能达到举一反三的效果,命题者以此命制的试题,我们可以把它还原回去,问题便游忍而解——即揣摩命题人的命题思路.请看下列几道试题:
1. 给定依次排列的四个相互平行的平面α1,α2,α3,α4,其中每相邻两个平面间的距离都为1,若一个正四面体A1A2A3A4的四个顶点满足:Ai∈αi(i=1,2,3,4),求该正四面体A1A2A3A4的体积.
解析:(补形)因为正四面体可由正方体连接相应面的对角线而得,如图所示,由题意可知,不妨设A1到面EFA2的距离为1,即A1到EF的距离为1,令A1E=α,在Rt△A1EF中,A1E·A1FEF=1,a·a2a2+a22=1,a=5,
V四面体A1A2A3A4=V正方体-4VEA1A2A4=a3-4×13×12×a3=553
2. 空间一条直线n与一个长方体的各个面所成的角都为α,而另一条直线与这个长方体的各条棱所成的角都为β,则cos2α+cos2β=()
A. 12 B. 34
C. 43 D. 1
解析:以长方体的一个顶点为一正方体的一个顶点构造一个正方体,则是该正方体的对角线与原长方体的各个面所成的角都为α,与长方体的各条棱所成的角都为β,设正方体的棱长为a,则cos2α+cos2β=2a3a2+a3a2=1,选D.
3. (第四届“希望杯”)三棱锥PABC中,∠APB=∠BPC=∠CPA=90°,M为底面ABC内的任意点,∠APM=α,∠BPM=β,sinα=63,cosβ=66,则∠CPM的值是()
A. 30°B. 45°
C. 60°D. 75°
解析:我们可以以PA,PB,PC为边构造长方体,PM为长方体的一条体对角线,在长方体中,体对角线与棱所成角的余弦值的平方的和为1,即有cos2α+cos2β+cos2∠CPM=1,代入数据得∠CPM=45°,即选B.
评述:对于2、3两题,解决问题的思想方法,来源于在长方体中,体的对角线与或面所成角的余弦值的平方和为定值.
4. 已知平面及以下四个几何体:
① 长、宽、高皆不相等的长方体;
② 底面为平行四边形但不是矩形和菱形的四菱柱;
③ 正四面体;
④ 各棱长皆不相等三棱锥.
则这几个几何体在平面上的射影可以是正方形的是(把所有正确的序号都填上)
说明:初看此题,选③,因为在正方体里可以作出一个正四面体;投影在底面是一个正方形,其他的呢?不敢保证正确,不可能只有③正确?应该还有其他选项,于是从选③的思想出发,既然正四面体是可以从正方体中产生,而其他的几何体就不能产生投影是一个正方形吗?所以我只须作出一个正四棱柱,在正四棱柱内能放以上几何体就可以了.
解析:我们只须画出一个正四棱柱,在正四棱柱内能画出以上几何体说可以了,
故填①②③④.
5. 在四面体ABCD中AB=CD=10,AC=BD=5,AD=BC=13,则四面体ABCD的外接球的表面积为.
分析:从题意看,有三对是相等的,我们会联想到长方体面的对角线刚好有三对相等,因此,对于选择题,我们只要能构造一个长方体,问题就好解了.
解析:构造一个长方体,问题就转化为一个长方体外接球的问题,AB=10,AC=5,AD=13,设长方体的棱长为a,b,c,外接球的半径为R,则四面体ABCD的外接球的球心是长方体的中心,则
a2+b2=5a2+c2=10b2+c2=132R=a2+b2+c2=14
R=142,S球=4πR2=14π
结语:以上试题不是很难,我们在审题时,一定要细心,逐字逐句,甚至于一个标点符号也不放过,充分产生想象和联想,这样我们才能准确地理解和把握命题者给我们的信息,有效地解决问题.如果我们在平时的教学中不作拓展,那么在考试时,我们的一部分学生会吃亏的,只要谈到正四面体,正方形我们就可以把它通过补形或是放在正方体(或长方体)中求解更方便、更直观、让人一目了然.
1. 给定依次排列的四个相互平行的平面α1,α2,α3,α4,其中每相邻两个平面间的距离都为1,若一个正四面体A1A2A3A4的四个顶点满足:Ai∈αi(i=1,2,3,4),求该正四面体A1A2A3A4的体积.
解析:(补形)因为正四面体可由正方体连接相应面的对角线而得,如图所示,由题意可知,不妨设A1到面EFA2的距离为1,即A1到EF的距离为1,令A1E=α,在Rt△A1EF中,A1E·A1FEF=1,a·a2a2+a22=1,a=5,
V四面体A1A2A3A4=V正方体-4VEA1A2A4=a3-4×13×12×a3=553
2. 空间一条直线n与一个长方体的各个面所成的角都为α,而另一条直线与这个长方体的各条棱所成的角都为β,则cos2α+cos2β=()
A. 12 B. 34
C. 43 D. 1
解析:以长方体的一个顶点为一正方体的一个顶点构造一个正方体,则是该正方体的对角线与原长方体的各个面所成的角都为α,与长方体的各条棱所成的角都为β,设正方体的棱长为a,则cos2α+cos2β=2a3a2+a3a2=1,选D.
3. (第四届“希望杯”)三棱锥PABC中,∠APB=∠BPC=∠CPA=90°,M为底面ABC内的任意点,∠APM=α,∠BPM=β,sinα=63,cosβ=66,则∠CPM的值是()
A. 30°B. 45°
C. 60°D. 75°
解析:我们可以以PA,PB,PC为边构造长方体,PM为长方体的一条体对角线,在长方体中,体对角线与棱所成角的余弦值的平方的和为1,即有cos2α+cos2β+cos2∠CPM=1,代入数据得∠CPM=45°,即选B.
评述:对于2、3两题,解决问题的思想方法,来源于在长方体中,体的对角线与或面所成角的余弦值的平方和为定值.
4. 已知平面及以下四个几何体:
① 长、宽、高皆不相等的长方体;
② 底面为平行四边形但不是矩形和菱形的四菱柱;
③ 正四面体;
④ 各棱长皆不相等三棱锥.
则这几个几何体在平面上的射影可以是正方形的是(把所有正确的序号都填上)
说明:初看此题,选③,因为在正方体里可以作出一个正四面体;投影在底面是一个正方形,其他的呢?不敢保证正确,不可能只有③正确?应该还有其他选项,于是从选③的思想出发,既然正四面体是可以从正方体中产生,而其他的几何体就不能产生投影是一个正方形吗?所以我只须作出一个正四棱柱,在正四棱柱内能放以上几何体就可以了.
解析:我们只须画出一个正四棱柱,在正四棱柱内能画出以上几何体说可以了,
故填①②③④.
5. 在四面体ABCD中AB=CD=10,AC=BD=5,AD=BC=13,则四面体ABCD的外接球的表面积为.
分析:从题意看,有三对是相等的,我们会联想到长方体面的对角线刚好有三对相等,因此,对于选择题,我们只要能构造一个长方体,问题就好解了.
解析:构造一个长方体,问题就转化为一个长方体外接球的问题,AB=10,AC=5,AD=13,设长方体的棱长为a,b,c,外接球的半径为R,则四面体ABCD的外接球的球心是长方体的中心,则
a2+b2=5a2+c2=10b2+c2=132R=a2+b2+c2=14
R=142,S球=4πR2=14π
结语:以上试题不是很难,我们在审题时,一定要细心,逐字逐句,甚至于一个标点符号也不放过,充分产生想象和联想,这样我们才能准确地理解和把握命题者给我们的信息,有效地解决问题.如果我们在平时的教学中不作拓展,那么在考试时,我们的一部分学生会吃亏的,只要谈到正四面体,正方形我们就可以把它通过补形或是放在正方体(或长方体)中求解更方便、更直观、让人一目了然.