常见三种平移方法:直接平移:中位线平移(尤其是图中出现了中点):补形平移法:“补形法”是立体几何中一种常见的方法,通过补形,可将问题转化为易于研究的几何体来处理,利用“补形法”两异面直线所成的角也是常用的方法之一。
直角平移法:
1.在空间四边形ABCD中,AD=BC=2,E,F分别为AB、CD的中点,EF=,求AD、BC所成角的大小.
解:设BD的中点G,连接FG,EG。在△EFG中 EF= FG=EG=1
∴∠EGF=120° ∴AD与BC成60°的角。
2.正ABC的边长为a,S为ABC所在平面外的一点,SA=SB=SC=a,E,F分别是SC选址模型和AB的中点.求异面直线SA和EF所成角. 正确答案:45°
3.S是正三角形ABC所在平面外的一点,如图SA=SB=SC,且ASB=BSC=CSA=,M、N分别是AB和SC的中点.求异面直线SM与BN所成的角的余弦值.
证明:连结CM,设Q为CM的中点,连结QN ,则QN∥SM
∴∠QNB是SM与BN所成的角或其补角
连结BQ,设SC=a,在△BQN中
BN= NQ=SM=a BQ=
∴COS∠QNB=
4.如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BCA=90°,M、N分别是A1B1和A1C1的中点,若BC=CA=CC1,求BM与AN所成的角.
解:连接MN,作NG∥BM交BC于G,连接AG,
易证∠GNA是BM与AN所成的角.
设:BC=CA=CC1=2,则AG=AN=,GN=BM=,
cos∠GNA=。
5.如图,在正方体中,E、F分别是、CD的中点.求与所成的角。
证明:取AB中点G,连结A1G,食品安全在行动FG,
因为F是CD的中点,所以GF∥AD,
又A1D1∥AD,所以GF∥A1D1,
故四边形GFD1A1是平行四边形,A1G∥D1F。
设A1G与AE相交于H,则∠A1HA是AE与D1F所成的角。
因为E是BB1的中点,所以Rt△A1AG≌△ABE, ∠GA1A=∠GAH,从而∠A1HA=90°,
即直线AE与D1F所成的角为直角。
6.如图1—28的正方体中,E是A′D′的中点
(1)图中哪些棱所在的直线与直线BA′成异面直线;
(2)求直线BA′和CC′所成的角的大小;
(3)求直线AE和CC′所成的角的正切值;
(4)求直线AE和BA′所成的角的余弦值
解:(1)
∵ A 平面BC′,又点B和直线CC′都在平面BC′内,且B CC′,
∴ 直线BA′与CC′是异面直线 同理,正方体12条棱中的C′D′、DD′、DC、AD、B′C′所在的直线都和直线BA′成异面直线
(2)∵ CC′∥BB′,∴ BA′和BB′所成的锐角就是BA′和CC′所成的角
∵ ∠A′BB′=45° ∴ BA′和CC′所成的角是45°
(3)∵ AA′∥BB′∥CC′,故AE和AA′所成的锐角∠A′AE是AE和CC′ 所成的角
在Rt△AA′E中,tan∠A′AE==,所以AE和CC′所成角的正切值是
(4)取B′C′的中点F,连EF、BF,则有EF=A B =AB,
∴ ABFE是平行四边形,从而BF=AE, 即BF∥AE且BF=AE.
∴ BF与BA′所成的锐角∠A′BF就是AE和BA′所成的角
设正方体各棱长为2,连A′F,利用勾股定理求出△A′BF的各边长分别为
A′B=2,A′F=BF=,由余弦定理得:
cos∠A′BF=
7. 长方体ABCD—A1B1C1D1中,若AB=BC=3,AA1=4,求异面直线B1D与BC1所成角的大小。
解法一:如图④,过B1点作B1E∥BC1交CB的延长线于E点。
则∠DB1E或其补角就是异面直线DB1与BC1力月西所成角,连结DE交AB于M,DE=2DM=3,
∠DB1E= ∴∠DB1E=。
解法二:如图⑤,在平面D1DBB1中过B点作BE∥DB1交D1B1的延长线于E,则∠C1BE就是异面直线DB1与BC1所成的角,连结C1E,在△B1C1E中,
∠C1B1E=135°,C1E=3,∠C1BE=,∴∠C1BE=。
练习:
8. 如图,PA矩形ABCD,已知PA=AB=8,BC=10,求AD与PC所成角的余切值?
9. 在长方体ABCD- A1B1C1D1中,若棱B B1=BC=1,AB=,求D B和AC所成角的余弦值.?
中位线平移法:构造三角形中位线,然后利用中位线的性质,将异面直线所成的角转化为平面问题,解三角形求之。
解法一:如图①连结B1C交BC1于0,过0点作OE∥DB1,则∠BOE为所求的异面直线DB1与BC1所成的角。连结EB,由已知有B1D=,BC1=5,BE=,∴∠BOE= ∴∠BOE=
解法二:如图②,连DB、AC交于O点,过O点作OE∥DB1,过E点作EF∥C1B,则∠OEF或其补角就是两异面直线所成的角,过O点作OM∥DC,连结MF、OF。则OF=,∠OEF=,∴异面直线B1D与BC1所成的角为。
解法三:如图③,连结D1B交DB1于O,连结D1A,则四边形ABC1D1为平行四边形。在平行四边形ABC1D1中过点O作EF∥BC1交AB、D1C1于E、F,则∠DOF或其补角就是异面直线DB1与BC1所成的角。在△ADF中DF=,∠DOF=,∴∠DOF=。
课堂练习
10. 在正四面体ABCD中,已知E是棱BC的中点,求异面直线AE和BD所成角的余弦值。
补形平移法:在已知图形外补作一个相同的几何体,以例于出平行线。
解法一:济南1875如图⑥,以四边形ABCD为上底补接一个高为4的长方体ABCD-A2B2C2D2,连结D2B,则DB1∥D2B,∴∠C1BD2或其补角就是异面直线DB1与BC1所成的角,连C1D2,则△C1D2C2为Rt△,∠C1BD2=-,∴异面直线DB1与BC1所成的角是。
课堂练习:
11. 求异面直线A1C1与BD1所成的角的余弦值。
在长方体ABCD-A1B1C1D1的面BC1上补上一个同样大小的长方体,将A1C1平移到BE,则∠D1BE或其补角就是异面直线A1C1与BD1所成的角,在王羽西△BD1E中,BD1=3,
二、利用模型求异面直线所成的角
模型1 引理:已知平面α的一条斜线a与平面α所成的角为θ1,平面α内的一条直线b与斜线a所成的角为θ,与它的射影a′所成的角为θ2。求证:cosθ= cosθ1·cosθ2。
在平面 的斜线a上取一点P,过点P分别作直线c、b的垂线PO、PB,垂足为O、B
连接OB,则OB⊥b.
在直角△AOP中,.
在直角△ABC中,.
在直角△ABP中,.
所以
筹备好2022年冬奥会体现了我国哪项战略措施所以
证明:设PA是α的斜线,OA是PA在α上的射影,
OB//b,如图所示。则∠PAO=θ1,∠PAB=θ,∠OAB=θ2,
过点O在平面α内作OB⊥AB,垂足为B,连结PB。
可知PB⊥AB。所以cosθ1=, cosθ=,cosθ2=。
所以cosθ= cosθ1·cosθ2。
利用这个模型来求两条异面直线a和b所成的角,即引理中的角θ。
需:过a的一个平面α,以及该平面的一条斜线b以及b在α内的射影。
12. 如图,MA⊥平面ABCD,四边形ABCD是正方形,且MA=AB=a,试求异面直线MB与AC所成的角。