4.空间的角和距离是空间图形中最基本的数量关系,空间的角主要研究射影以及与射影有关的定理、空间两直线所成的角、直线和平面所成的角、以及二面角和二面角的平面角等.解这类问题的基本思路是把空间问题转化为平面问题去解决.

空间的角,是对由点、直线、平面所组成的空间图形中各种元素间的位置关系进行定量分析的一个重要概念,由它们的定义,可得其取值范围,如两异面直线所成的角θ∈(0,],直线与平面所成的角θ∈,二面角的大小,可用它们的平面角来度量,其平面角θ∈0,π

对于空间角的计算,总是通过一定的手段将其转化为一个平面内的角,并把它置于一个平面图形,而且是一个三角形的内角来解决,而这种转化就是利用直线与平面的平行与垂直来实现的,因此求这些角的过程也是直线、平面的平行与垂直的重要应用.通过空间角的计算和应用进一步培养运算能力、逻辑推理能力及空间想象能力.

如求异面直线所成的角常用平移法(转化为相交直线)与向量法;求直线与平面所成的角常利用射影转化为相交直线所成的角;而求二面角a-l-b的平面角(记作q)通常有以下几种方法:

(1) 根据定义;

(2) 过棱l上任一点O作棱l的垂面g,设g∩a=OA,g∩b=OB,则∠AOBq

(3) 利用三垂线定理或逆定理,过一个半平面a内一点A,分别作另一个平面b的垂线AB(垂足为B),或棱l的垂线AC(垂足为C),连结AC,则∠ACBq 或∠ACB=p-q

(4) 设A为平面a外任一点,AB⊥a,垂足为BAC⊥b,垂足为C,则∠BACq或∠BAC=p-q

(5) 利用面积射影定理,设平面a内的平面图形F的面积为SF在平面b内的射影图形的面积为S¢,则cosq.

例1.已知,求(1);(2)的值.

解:(1)

   (2) 

     .

说明:利用齐次式的结构特点(如果不具备,通过构造的办法得到),进行弦、切互化,就会使解题过程简化。

例2.求函数的值域。

解:设,则原函数可化为

,因为,所以

时,,当时,

所以,函数的值域为

例3.已知函数

(1)求的最小正周期、的最大值及此时x的集合;

(2)证明:函数的图像关于直线对称。

解:

    

(1)所以的最小正周期,因为

所以,当,即时,最大值为

(2)证明:欲证明函数的图像关于直线对称,只要证明对任意,有成立,

因为

所以成立,从而函数的图像关于直线对称。

例4. 已知函数y=cos2x+sinx·cosx+1  (x∈R),

(1)当函数y取得最大值时,求自变量x的集合;

(2)该函数的图像可由y=sinx(x∈R)的图像经过怎样的平移和伸缩变换得到?

解:(1)y=cos2x+sinx·cosx+1= (2cos2x-1)+ +(2sinx·cosx)+1

=cos2x+sin2x+=(cos2x·sin+sin2x·cos)+

=sin(2x+)+

所以y取最大值时,只需2x+=+2kπ,(k∈Z),即  x=+kπ,(k∈Z)。

所以当函数y取最大值时,自变量x的集合为{x|x=+kπ,k∈Z}

(2)将函数y=sinx依次进行如下变换:

(i)把函数y=sinx的图像向左平移,得到函数y=sin(x+)的图像;

(ii)把得到的图像上各点横坐标缩短到原来的倍(纵坐标不变),得到函数y=sin(2x+)的图像;

(iii)把得到的图像上各点纵坐标缩短到原来的倍(横坐标不变),得到函数y=sin(2x+)的图像;

(iv)把得到的图像向上平移个单位长度,得到函数y=sin(2x+)+的图像。

综上得到y=cos2x+sinxcosx+1的图像。

说明:本题是2000年全国高考试题,属中档偏容易题,主要考查三角函数的图像和性质。这类题一般有两种解法:一是化成关于sinx,cosx的齐次式,降幂后最终化成y=sin (ωx+)+k的形式,二是化成某一个三角函数的二次三项式。本题(1)还可以解法如下:当cosx=0时,y=1;当cosx≠0时,y=+1=+1

化简得:2(y-1)tan2x-tanx+2y-3=0

∵tanx∈R,∴△=3-8(y-1)(2y-3) ≥0,解之得:≤y≤

∴ymax=,此时对应自变量x的值集为{x|x=kπ+,k∈Z}

例5.已知函数

  (Ⅰ)将f(x)写成的形式,并求其图象对称中心的横坐标;

  (Ⅱ)如果△ABC的三边a、b、c满足b2=ac,且边b所对的角为x,试求x的范围及此时函数f(x)的值域.

解:

(Ⅰ)由=0即

即对称中心的横坐标为

(Ⅱ)由已知b2=ac

  即的值域为.

综上所述,   ,      值域为 .

说明:本题综合运用了三角函数、余弦定理、基本不等式等知识,还需要利用数形结合的思想来解决函数值域的问题,有利于培养学生的运算能力,对知识进行整合的能力。

例6.在中,abc分别是角ABC的对边,且

(1)求的值;

(2)若,且a=c,求的面积。

解:(1)由正弦定理及,有

,所以

又因为,所以,因为,所以,又,所以

(2)在中,由余弦定理可得,又

所以有,所以的面积为

例7.已知向量

,且

(1)求函数的表达式;

(2)若,求的最大值与最小值。

解:(1),又

所以

所以,即

(2)由(1)可得,令导数,解得,列表如下:

t
-1
(-1,1)
1
(1,3)
导数
0

0
+

极大值
递减
极小值
递增

所以

例8.已知向量

(1)   求的值;

(2)   (2)若的值。

解:(1)因为

所以

又因为,所以

(2)

又因为,所以

,所以,所以

例9.平面直角坐标系有点

(1)    求向量的夹角的余弦用表示的函数

(2)    求的最值.

解:(1)

        即     

(2) ,  又  

    ,    ,  .

说明:三角函数与向量之间的联系很紧密,解题时要时刻注意。

 0  426675  426683  426689  426693  426699  426701  426705  426711  426713  426719  426725  426729  426731  426735  426741  426743  426749  426753  426755  426759  426761  426765  426767  426769  426770  426771  426773  426774  426775  426777  426779  426783  426785  426789  426791  426795  426801  426803  426809  426813  426815  426819  426825  426831  426833  426839  426843  426845  426851  426855  426861  426869  447090 

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