谈立体几何中辅助线的添加

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  立体几何中添加辅助线的主要策略:一是把定义或者定理中缺少的线、面、体补完整;二是要把已知量和未知量统一在一个图形中,如统一在一个三角形中,这样可以用解三角形的方法求得一些未知量,再如也可以统一在平行四边形或其他几何体中。下面加以说明。
  1 添加垂线策略
  因为立体几何的许多定义或定理是与垂线有关的,如线面角、二面角的定义,点到平面、线到平面、平面到平面距离的定义,三垂线定理,线面垂直、面面垂直的判定及性质定理,正棱柱、正棱锥的性质,球的性质等,所以运用这些定义或定理,就需要把没有的垂线补上。尤其要注意平面的垂线,因为有了平面的垂线,才能建立空间直角坐标系,才能使用三垂线定理或其逆定理。
  例1.在三棱锥O-ABC中,三条棱OA、OB、OC两两互相垂直,且OA=OB=OC,M是AB边的中点,则OM与平面ABC所成的角的大小是________(用反三角函数表示)。
  点评:本题添加面ABC的垂线OD,正是三棱锥的性质所要求的,一方面它构造出了正三棱锥里面的Rt△ODM,Rt△ODC,另一方面也构造出了OM与平面ABC所成的角。
  2 添加平行线策略
  其目的是把不在一起的线集中在一个图形中,构造出三角形、平行四边形、矩形、菱形,这样就可以通过解三角形等,求得要求的量,或者利用三角形、梯形的中位线来作出所需要的平行线。
  点评:求异面直线所成角常采用平移法。
  3 向中心对称图形对称中心添加连线策略
  这主要是因为对称中心是整个图形的“交通”枢纽,它可以与周围的点、线、面关联起来,常见的有对平行四边形连对角线,对圆的问题向圆心连线,对球体问题向球心连线。
  例3.如图3,O是半径为1的球的球心,点A、B、C在球面上,OA、OB、OC两两垂直,E、F分别是大圆弧AB与AC的中点,则点E、F在该球面上的球面距离是( )。
  点评:本题抓住了球心,抓住了弧中点,利用这些特殊点作辅助线是解题的关键。
  4 名线策略
  即添加常用的、重要的线,如中位线、高、角平分线、面对角线和体对角线等。尽管这些线上面也有提到,但还是要在这里强化一下,这些线有着广泛的联系。尤其是添加三角形中位线或者梯形中位线,这主要是因为中位线占据了两个边的中点,并且中位线平行于底边,且是底边长的一半,它可以把底边与其他线面的角度关系平移,使已知和未知集中在一个三角形中。
  例4.如图4,正三棱柱ABC-A1B1C1的各棱长都为2,E、F分别是AB、A1C1的中点,则EF的长是( )。
  点评:本题充分体现了中位线的重要性。
  5 割补策略
  分割成常见规则图形,或者补形成典型几何体。
  点评:把一些线面关系放到正方体中思考,能给问题一个更好的参照,使各种线面关系易于理解。
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