(三)两条异面直线的距离

师:(出示模型)观察模型,思考问题:a与b,a′与b所成角相等,但是否就表示它们之间的相互位置也一样呢?

生:不是.它们之间的远近距离不一样,从而得到两条异面直线的相互位置除了用它们所成的角表示,还要用它们之间的距离表示.

师:那么如何表示两条异面直线之间的距离呢?我们来回忆在平面几何中,两条平行线间的位置关系是用什么来表示的?

生:用两平行线间的距离来表示.

师:对.如图1-50,要知道它们的距离,先要定义它们的公垂线,如图1-50:a∥b,a′∥b′,c⊥a,c′⊥a′,则a、b与a′、b′的公垂线分别为c、c′,且线段AB、A′B′的长度分别是a、b与a′、b′之间的距离.

对两条异面直线的距离,我们可以应用类似的方法先定义它们的公垂线.

定义:和两条异面直线都垂直相交的直线叫做两条异面直线的公垂线.

师:根据定义,思考问题.

问题1:和两条异面直线都垂直的直线有多少条?

答:无数条.因为两条异面直线互相垂直时,它们不一定相交,所以公垂线的定义要注意“相交”的含义.

问题2:两条异面直线的公垂线有几条?

答:有且只有一条(出示正方体骨架模型),能和AA′、 B′C′都垂直相交的只有A′B′一条;能和AB与面A′C′内过点A′的直线都垂直相交的直线只有一条AA′.

师:有了两条异面直线公垂线的概念,我们就可以定义两条异面生成的距离.

定义:两条异面直线的公垂线在这两条异面直线间的线段的长度,叫做两条异面直线的距离.

如图1-52中的线段AB的长度就是异面直线a、b间的距离.

下面,我们来完成练习和例题.

(二)异面直线所成的角

师:怎么定义两条异面直线所成的角呢?能否转化为用共面直线所成的角来表示呢?

生:可以把异面直线所成角转化为平面内两直线所成角来表示.如图1-47,异面直线a、b,在空间中任取一点O,过点O分别引a′∥a,b′∥b,则a′,b′所成的锐角(或直角)叫做两条异面直线所成的角.

师:针对这个定义,我们来思考两个问题.

问题1:这样定义两条异而直线所成的角,是否合理?对空间中的任一点O有无限制条件?

答:在这个定义中,空间中的一点是任意取的.若在空间中,再取一点O′,过点O′作a″∥a,b″∥b,根据等角定理,a″与b″所成的锐角(或直角)和a′与b′所成的锐角(或直角)相等.即过空间任意一点引两条直线分别平行于两条异面直线,它们所成的锐角(或直角)都是相等的,值是唯一的、确定的,而与所取的点位置无关,这表明这样定义两条异面直线所成角的合理性.注意:有时,为了方便,可将点O取在a或b上.

问题2:这个定义与平面内两相交直线所成角是否有矛盾?

答:没有矛盾.当a、b相交时,此定义仍适用,表明此定义与平面内两相交直线所成角的概念没有矛盾,是相交直线所成角概念的推广.

师:在定义中,两条异面直线所成角的范围是(0°,90°],若两条异面直线所成的角是直角,我们就说这两条异面直线互相垂直(出示模型:正方体).例如,正方体上的任一条棱和不平行于它的八条棱都是相互垂直的,其中有的和这条棱相交,有的和这条棱异面.

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