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摘要:求异面直线所成的角,是高考常考的一个知识点。本文通过对"异面直线所成角"求解的探讨,对"异面直线所成角"求解的两种通法的基本思路、关键点进行分析,以达到灵活运用它们。
关键词:异面直线所成的角,传统几何法, 直角坐标向量法
【中图分类号】G633.6一、 两种求"异面直线所成角"的通法。1.传统几何法
依据:两异面直线所成角的定义
步骤: 作角--证明--求角
关键点:异面直线所成角的顶点的选取。
取点技巧:在图形中选定两个平面,使这两个平面各自含有一条异面直线,则两异面直线所成角的顶点可在两平面交线上选取。2.直角坐标向量法
依据:异面直线所成的角与这两条异面直线方向向量所成的角相等或互补。
步骤:
1.建立空间直角坐标系
2.求相关点的坐标,并求出两异面直线的方向向量。
3.两异面直线所成角θ满足:二、 举例说明 例1.如图,正三角形ABC的边长为3,过其中心G作BC边的平行线,分别交AB、AC于B1、C1.将ΔAB1C1沿B1C1折起到ΔA1B1C1的位置,使点A1在平面BB1C1C上的射影恰是线段BC的中点M.求:
(1)二面角A1-B1C1-M的大小;
(2)异面直线A1B1与CC1所成角的大小(用反三角函数表示).
解(1)(略)
(2)解法一
分析:取平面A1B1C1与平面BCC1B1,它们的交线为B1C1,故可在B1C1和选取一恰当的点作为两异面直线所成角的顶点。
详解:过B1作C1C的平行线交BC于P,则∠A1B1P等于异面直线A1B1与CC1所成的角.由PB1C1C是平行四边形得B1P=C1C=1=BP,PM=BM-BP=A1B1=AB1=2.∵A1M⊥面BB1C1C于M.∴A1M⊥BC,∠A1MP=90°.在Rt△A1GM中,A1M=A1G·在Rt△A1MP中,在△A1B1P中,由余弦定理得,∴异面直线A1B1与CC1所成角的大小为arccos
方法二.
分析:建立空间直角坐标系,利用向量求解.
详解:如图,以M为坐标原点O,MA1为Z轴,BC所在直线x轴,AM所在直线为y轴建立空间直角坐标系.并设异面直线A1B1与CC1所成角为θ. ∵G为等边△ABC的中心,B1C1//BC.∴∴∴∴异面直线A1B1与CC1所成角的大小为arccos
剖析:技巧性大,灵活性强是使用传统几何法求异面直线所成的角的特征,体现在如何在空间中选取恰当的点作为两异面直线所成角的顶点,很多学生对此都无所适从,所以點的选取是解决此类问题的关键,也是难点之一。依据定义,作出异面直线所成的角,主要是通过平移两异面直线来实现,所以应在图形中选取各包含一条异面直线的两个相交平面,则我们就在两平面的交线上选取所需要的点。如例题中,A1B1、CC1分别是平面A1B1C1各平面BCC1B1内的直线,平面A1B1C1∩平面BCC1B1= B1C1,因此,选取点B1 ,并过B1作CC1的平行线,则∠A1B1P为异面直线A1B1与CC1所成的角(或补角)。
相对于传统几何法,空间直角坐标向量法避开了作出两异面直线所成的角,从而降低了解决问题的思维性。当然,这取决能否建立适当的空间直角坐标系并可求出相关点的坐标。例题中的直线A1M垂直于平面ABC,直线AM垂直于直线BC,这两个条为我们提供了建立空间直角坐标系的条件。
传统几何法与向量法相辅相成,各有所长,在应用时要依据题设来灵活选用。
习题:
如图,棱长为a的正四面体A-BCD中,E,F分别为AD,BC的中点,连接AF,CE,求异面直线AF和CE所成角的余弦值。(答案:cosα=)
参考文献[1]罗增儒.《中学数学解题方法与技巧》[2]吴雷霆,聂文喜,异面直线所成角的向量求法《数学通讯》2003年第08期[3]楼海文,异面直线所成角的向量求法《中学生数学》2004年11期
关键词:异面直线所成的角,传统几何法, 直角坐标向量法
【中图分类号】G633.6一、 两种求"异面直线所成角"的通法。1.传统几何法
依据:两异面直线所成角的定义
步骤: 作角--证明--求角
关键点:异面直线所成角的顶点的选取。
取点技巧:在图形中选定两个平面,使这两个平面各自含有一条异面直线,则两异面直线所成角的顶点可在两平面交线上选取。2.直角坐标向量法
依据:异面直线所成的角与这两条异面直线方向向量所成的角相等或互补。
步骤:
1.建立空间直角坐标系
2.求相关点的坐标,并求出两异面直线的方向向量。
3.两异面直线所成角θ满足:二、 举例说明 例1.如图,正三角形ABC的边长为3,过其中心G作BC边的平行线,分别交AB、AC于B1、C1.将ΔAB1C1沿B1C1折起到ΔA1B1C1的位置,使点A1在平面BB1C1C上的射影恰是线段BC的中点M.求:
(1)二面角A1-B1C1-M的大小;
(2)异面直线A1B1与CC1所成角的大小(用反三角函数表示).
解(1)(略)
(2)解法一
分析:取平面A1B1C1与平面BCC1B1,它们的交线为B1C1,故可在B1C1和选取一恰当的点作为两异面直线所成角的顶点。
详解:过B1作C1C的平行线交BC于P,则∠A1B1P等于异面直线A1B1与CC1所成的角.由PB1C1C是平行四边形得B1P=C1C=1=BP,PM=BM-BP=A1B1=AB1=2.∵A1M⊥面BB1C1C于M.∴A1M⊥BC,∠A1MP=90°.在Rt△A1GM中,A1M=A1G·在Rt△A1MP中,在△A1B1P中,由余弦定理得,∴异面直线A1B1与CC1所成角的大小为arccos
方法二.
分析:建立空间直角坐标系,利用向量求解.
详解:如图,以M为坐标原点O,MA1为Z轴,BC所在直线x轴,AM所在直线为y轴建立空间直角坐标系.并设异面直线A1B1与CC1所成角为θ. ∵G为等边△ABC的中心,B1C1//BC.∴∴∴∴异面直线A1B1与CC1所成角的大小为arccos
剖析:技巧性大,灵活性强是使用传统几何法求异面直线所成的角的特征,体现在如何在空间中选取恰当的点作为两异面直线所成角的顶点,很多学生对此都无所适从,所以點的选取是解决此类问题的关键,也是难点之一。依据定义,作出异面直线所成的角,主要是通过平移两异面直线来实现,所以应在图形中选取各包含一条异面直线的两个相交平面,则我们就在两平面的交线上选取所需要的点。如例题中,A1B1、CC1分别是平面A1B1C1各平面BCC1B1内的直线,平面A1B1C1∩平面BCC1B1= B1C1,因此,选取点B1 ,并过B1作CC1的平行线,则∠A1B1P为异面直线A1B1与CC1所成的角(或补角)。
相对于传统几何法,空间直角坐标向量法避开了作出两异面直线所成的角,从而降低了解决问题的思维性。当然,这取决能否建立适当的空间直角坐标系并可求出相关点的坐标。例题中的直线A1M垂直于平面ABC,直线AM垂直于直线BC,这两个条为我们提供了建立空间直角坐标系的条件。
传统几何法与向量法相辅相成,各有所长,在应用时要依据题设来灵活选用。
习题:
如图,棱长为a的正四面体A-BCD中,E,F分别为AD,BC的中点,连接AF,CE,求异面直线AF和CE所成角的余弦值。(答案:cosα=)
参考文献[1]罗增儒.《中学数学解题方法与技巧》[2]吴雷霆,聂文喜,异面直线所成角的向量求法《数学通讯》2003年第08期[3]楼海文,异面直线所成角的向量求法《中学生数学》2004年11期