2.如图,正三角形ABC与直角三角形BCD成直二面角,且∠BCD=90°,∠CBD=30°.

(1)求证:AB⊥CD;

(2)求二面角D-AB-C的大小;

答案与提示:(2)arctan

3  空间角

例1、如图1,设ABC-ABC是直三棱柱,F是AB的中点,且

 

(1)求证:AF⊥AC;  (2)求二面角C-AF-B的大小.

解:(1)如图2,设E是AB的中点,连接CE,EA.由ABC-ABC是直三棱柱,知AA⊥平面ABC,而CE平面ABC,所以CE⊥AA,

∵AB=2AA=2a,∴AA=a,AA⊥AE,知AAFE是正方形,从而AF⊥AE.而AE是AC在平面AAFE上的射影,故AF⊥AC;

(2)设G是AB与A1E的中点,连接CG.因为CE⊥平面AABB,AF⊥AE,由三垂线定理,CG⊥AF,所以∠CGE就是二面角C-AF-B的平面角.∵AAFE是正方形,AA=a,

∴,  ∴,

∴tan∠CGE=,∠CGE=,从而二面角C-AF-B的大小为。

例2、 一条长为2的线段夹在互相垂直的两个平面a、b之间,AB与a成45o角,与b成角,过A、B两点分别作两平面交线的垂线AC、BD,求平面ABD与平面ABC所成的二面角的大小.

 

       以CD为轴,将平         以AB为轴,将平 

       面BCD旋转至与          面ABD旋转至与

       平面ACD共面           平面ABC共面

图 1             图 2           图 3     

解法1、过D点作DE⊥AB于E,过E作EF⊥AB交BC于F(图1),连结DF,则∠DEF即为二面角D-AB-C的平面角.

为计算△DEF各边的长,我们不妨画出两个有关的移出图.在图2中,可计算得DE=1,EF=,BF==.在移出图3中,

∵  cosB==,

在△BDF中,由余弦定理:

DF 2=BD 2+BF 2-2BD ﹒ BF ﹒ cosB

  =()2+()2 -2﹒﹒ =.

(注:其实,由于AB⊥DE,AB⊥EF,∴  AB⊥平面DEF,∴  AB⊥DF.

又∵  AC⊥平面b, ∴ AC⊥DF.  ∴ DF⊥平面ABC,  ∴  DF⊥BC,即DF是Rt△BDC斜边BC上的高,于是由BC ﹒ DF=CD ﹒BD可直接求得DF的长.)

在△DEF中,由余弦定理:

cos∠DEF===.

∴  ∠DEF=arccos.此即平面ABD与平面ABC所成的二面角的大小.

解法2、过D点作DE⊥AB于E,过C作CH⊥AB于H,则HE是二异面直线CH和DE的公垂线段,CD即二异面直线上两点C、D间的距离.运用异面直线上两点间的距离公式,得:

 CD 2=DE 2+CH 2+EH 2-2DE  CH  cosq        (*)

(注:这里的q是平面ABD与平面ABC所成的二面角的大小,当0<q o≤90o,q 亦即异面直线CH与DE所成的角;当90o<q <180o,异面直线所成的角为180o-q .)

∵  CD=DE=1,CH=,HE=,

从而算得  cosq=,  ∴  q=arccos.

例3、如图1,直三棱柱ABC-ABC的各条棱长都相等,

D为棱BC上的一点,在截面ADC中,若∠ADC=,

求二面角D-AC­1-C的大小.

解:由已知,直三棱柱的侧面均为正方形,           图 7

∵ ∠ADC1=90o,即AD⊥C1D.又CC1⊥平面ABC,

∴ AD⊥CC1. ∴ AD⊥侧面BC1,∴ AD⊥BC,           图1

∴ D为BC的中点.                       

过C作CE⊥C1D于E,∵  平面ADC1⊥侧面BC1,

∴ CE⊥平面ADC1.取AC1的中点F,连结CF,则CF⊥AC1.

连结EF,则EF⊥AC1(三垂线定理)

∴ ∠EFC是二面角D-AC1-C的平面角.

在Rt△EFC中,sin∠EFC=.  ∵ BC=CC1=a

易求得  CE=,CF=.

∴ sin∠EFC=, ∴  ∠EFC=arcsin.

∴ 二面角D-AC1-C的大小为arcsin.

例4、(2004年北京春季高考题)如图,

四棱锥的底面是边长为1的正方形,             图(1)

SD垂直于底面ABCD,SB=√3。

   (I)求证;  

(II)求面ASD与面BSC所成二面角的大小;

(III)设棱SA的中点为M,求异面直线DM与SB所成角的大小。

(Ⅳ)求SD与面SAB所成角的大小。

分析:本小题主要考查直线与平面的位置关系等基本知识,考查空间想象能力、逻辑思维能力和运算能力。

   (I)证明:如图1

    ∵底面ABCD是正方形  

SD⊥底面ABCD   DC是SC在平面ABCD上的射影

 由三垂线定理得

(II)解:SD⊥底面ABCD,且ABCD为正方形

   可以把四棱锥补形为长方体,如图2

   面ASD与面BSC所成的二面角就是面与面所成的二面角,

  

又   为所求二面角的平面角

   在中,由勾股定理得   在中,由勾股定理得

     即面ASD与面BSC所成的二面角为

      

图2                  图3

   (III)解:如图3  

   是等腰直角三角形   又M是斜边SA的中点

 

面ASD,SA是SB在面ASD上的射影

由三垂线定理得   异面直线DM与SB所成的角为

(Ⅳ) 45°

练习:1.设△ABC和△DBC所在的两个平面互相垂直,且AB=BC=BD,∠ABC=

∠DBC=120º.求:

(1).直线AD与平面BCD所成角的大小.

(2).异面直线AD与BC所成的角.

(3) .二面角A-BD-C的大小.

答案:(1)45°(2)90°(3)180°-arctan2

 0  445636  445644  445650  445654  445660  445662  445666  445672  445674  445680  445686  445690  445692  445696  445702  445704  445710  445714  445716  445720  445722  445726  445728  445730  445731  445732  445734  445735  445736  445738  445740  445744  445746  445750  445752  445756  445762  445764  445770  445774  445776  445780  445786  445792  445794  445800  445804  445806  445812  445816  445822  445830  447348 

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