[例1] 如下图,在三棱锥S-ABC中,SA⊥平面ABC,平面SAB⊥平面SBC.

(1)求证:AB⊥BC;

(2)若设二面角S-BC-A为45°,SA=BC,求二面角A-SC-B的大小.

证明(1):作AH⊥SB于H,

 ∵平面SAB⊥平面SBC,

 ∴AH⊥平面SBC.  ,又SA⊥平面ABC, 

 ∴SA⊥BC.SA∩SB=S,

∴BC⊥平面SAB.  ∴BC⊥AB.

解(2):∵SA⊥平面ABC,∴SA⊥BC.

∴平面SAB⊥BC,∠SBA为二面角S-BC-A的平面角.

∴∠SBA=45°.设SA=AB=BC=a.作AE⊥SC于E,连结EH.

由(1)知AH⊥平面SBC, ∴AE在面SBC内的射影EH⊥SC,∠AEH为二面角A-SC-B的平面角,

AH=a,AC=a,SC=a,AE=a,

∴sin∠AEH=,二面角A-SC-B为60°.

[例2] 已知正三棱柱ABC-A1B1C1,若过面对角线AB1且与另一面对角线BC1平行的平面交上底面A1B1C1的一边A1C1于点D.

(1)确定D的位置,并证明你的结论;

(2)证明:平面AB1D⊥平面AA1D;

(3)若AB∶AA1=,求平面AB1D与平面AB1A1所成角的大小.

分析:本题结论不定,是“开放性”的,点D位置的确定如果仅凭已知条件推理难以得出.由于AB1与BC1这两条面对角线是相邻二侧面上的异面直线,于是可考虑将BC1沿BA平行移动,BC1取AE1位置,则平面AB1E1一定平行BC1,问题可以解决.

(1)解:如下图,将正三棱柱ABC-A1B1C1补成一直平行六面体ABCE-A1B1C1E1,由AE1∥BC1,AE1平面AB1E1,知BC1∥平面AB1E1,故平面AB1E1应为所求平面,此时平面AB1E1交A1C1于点D,由平行四边形对角线互相平行性质知,D为A1C1的中点.

(2)证明:连结B1D,则B1D⊥A1C1;从直三棱柱定义知AA1⊥底面A1B1C1,

∴AA1⊥B1D, 又A1D∩AA1=A1,

∴B1D⊥平面AA1D,又B1D平面AB1D,

∴平面AB1D⊥平面AA1D.

(3)解:因为平面AB1D∩平面AA1D=AD,所以过A1作A1H⊥AD于点H.作HF⊥AB1于点F,连结A1F,从三垂线定理知A1F⊥AB1.

故∠A1FH是二面角A1-AB1-D的平面角.

设侧棱AA1=1,侧棱AB=.

于是AB1== .

在Rt△AB1A1中,A1F===,

在Rt△AA1D中,AA1=1,A1D=A1C1=,

AD== .

 ∴A1H==.

在Rt△A1FH中,sin∠A1FH==,∴∠A1FH=45°.

因此知平面AB1D与平面AB1A1所成角为450或1350.

[例3]在四棱锥P-ABCD中,已知ABCD为矩形,PA ⊥平面ABCD,设PA=AB=1,BC=2,求二面角B-PC-D的大小.

解析1.定义法 过D作DE ⊥PC于E,

过E作EF ⊥PC,交BC于F,连接

FD,则 是所求二面角B-PC-D

的平面角.求解二面角B-PC-D的大小,只需解△DEF即可.所求角为

解析2.垂面法 易证面PAB⊥面PBC,过A作AM ⊥BP于M,显然AM ⊥面PBC,从而有AM ⊥PC,同法可得AN ⊥PC,再由AM与AN相交与A得PC ⊥面AMN.设面AMN交PC于Q,

则为二面角B-PC-D的平面角;

∠MAN为它的补角,在三角形AMN中可解.计算较繁.

解析3.利用三垂线求解把四棱锥P-ABCD补成如图的直三棱柱PAB-EDC,显然二面角E-PC-D与二面角D-PC-B互补,转化为求二面角E-PC-D.

易证面PEDA ⊥PDC,过E作EF ⊥ PD

于F,显然PF ⊥面PDC,在面PCE内,

过E作EG ⊥PC于G,连接GF,由三

线得GF⊥ PC 即为二面角E-PC-D的平面角,只需解△EFG即可.

解析4. 射影面积法。由解析3知,△PFC为△ PEC

在面PDC上的射影,由射影面积公式得 ,所求角为

解析5.在面PDC内,分别过D、B作DE ⊥PC于E,BF ⊥PC于F,连接EF即可.利用平面知识求BF、EF、DE的长度,再利用空间余弦定理求出q 即可.

◆思悟提炼:想一想求二面角都用了哪些方法:

[例4]由一点S引不共面的三条射线SA、SB、SC,设ÐASB=a,ÐBSC=b,ÐASC=g,其中a,b,g均为锐角,则平面ASB^平面BSC的充要条件是cosa×cosb=cosg.

证明:必要性.如图(1), 过点A作AD^SB于D.

∵平面ASB^平面BSC, ∴AD^平面BSC.

过D作DE^SC于E,连AE,则AE^SC.

在Rt△ADS中,cosa=;

在Rt△DES中,cosb=;

例3.

在Rt△AES中,cosg=,由此可得

cosa×cosb=×==cosg. 必要性得证.

充分性.如图2,过点A作AA1^SB于A1,过点A1作A1C1^SC于C1.

在Rt△AA1S中,cosa=;

在Rt△A1C1S中,cosb=;

∵cosg=cosa×cosb=×=,

∴SC1=SA×cosg.

过A作AC1¢^SC,垂足为C1¢,在Rt△AC1¢S中,SC1¢=SA×cosg.

由此得SC1¢=SC1,即C1¢与C1重合,故SC^AC1.

而SC^A1C1,且AC1IA1C1=C1,

∴SC^平面AA1C1,∴SC^AA1.

又∵SB^AA1,SBISC=S,

∴AA1^平面BSC,而AA1Ì平面ASB,

∴平面ASB^平面BSC.充分性得证.

 0  398401  398409  398415  398419  398425  398427  398431  398437  398439  398445  398451  398455  398457  398461  398467  398469  398475  398479  398481  398485  398487  398491  398493  398495  398496  398497  398499  398500  398501  398503  398505  398509  398511  398515  398517  398521  398527  398529  398535  398539  398541  398545  398551  398557  398559  398565  398569  398571  398577  398581  398587  398595  447090 

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