空间向量二面角的余弦值公式

空间向量二面角的余弦值公式

空间向量夹角余弦值计算公式是:cos夹角=a向量点乘b向量/(a向量的模*b 向量的模)。

空间中具有大小和方向的量叫做空间向量。向量的大小叫做向量的长度或模(modulus)。规定:

1、长度为0的向量叫做零向量,记为0。

2、模为1的向量称为单位向量。

3、与向量a长度相等而方向相反的向量,称为a的相反向量,记为-a。

4、方向相等且模相等的向量称为相等向量。

相关公式还有:设直线l,m的方向向量分别为a,b,平面α,β的法向量分别为μ,ν则。

线线平行l∥m<=>a∥b <=> a=kb。

线面平行l∥α<=>a⊥μ<=>a·μ=0。

面面平行α∥β<=>μ∥ν<=>μ=kν。

线线垂直l⊥m<=>a⊥b<=>a·b=0。

线面垂直l⊥α<=>a∥μ<=> a=kμ。

面面垂直α⊥β<=> μ⊥ν<=>μ·ν=0。

利用空间向量求空间角考点与题型归纳

利用空间向量求空间角考点与题型归纳 一、基础知识 1.异面直线所成角 设异面直线a ,b 所成的角为θ,则cos θ=|a ·b | |a ||b | ? , 其中a ,b 分别是直线a ,b 的方向 向量. 2.直线与平面所成角 如图所示,设l 为平面α的斜线,l ∩α=A ,a 为l 的方向向量,n 为平面α的法向量, φ为l 与α所成的角,则sin φ=|cos 〈a ,n 〉|=|a ·n | |a ||n | ? . 3.二面角 (1)若AB ,CD 分别是二面角α-l -β的两个平面内与棱l 垂直的异面直线,则二面角(或其补角)的大小就是向量AB ―→与CD ―→ 的夹角,如图(1). (2)平面α与β相交于直线l ,平面α的法向量为n 1,平面β的法向量为n 2,〈n 1,n 2〉=θ,则二面角α -l -β为θ或π-θ.设二面角大小为φ,则|cos φ|=|cos θ|= |n 1·n 2| |n 1||n 2| ? ,如图(2)(3). 两异面直线所成的角为锐角或直角,而不共线的向量的夹角为(0,π),所以公式中要加绝对值. 直线与平面所成角的范围为????0,π 2,而向量之间的夹角的范围为[0,π],所以公式中要加绝对值. 利用公式与二面角的平面角时,要注意〈n 1,n 2〉与二面角大小的关系,是相等还是互

补,需要结合图形进行判断. 二、常用结论 解空间角最值问题时往往会用到最小角定理 cos θ=cos θ1cos θ2. 如图,若OA 为平面α的一条斜线,O 为斜足,OB 为OA 在平面α内的射影,OC 为平面α内的一条直线,其中θ为OA 与OC 所成的角,θ1为OA 与OB 所成的角,即线面角,θ2为OB 与OC 所成的角,那么cos θ=cos θ1cos θ2. 考点一 异面直线所成的角 [典例精析] 如图,在三棱锥P -ABC 中,P A ⊥底面ABC ,∠BAC =90°.点D ,E ,N 分别为棱P A ,PC ,BC 的中点,M 是线段AD 的中点,P A =AC =4,AB =2. (1)求证:MN ∥平面BDE ; (2)已知点H 在棱P A 上,且直线NH 与直线BE 所成角的余弦值为7 21 ,求线段AH 的长. [解] 由题意知,AB ,AC ,AP 两两垂直,故以A 为原点,分别以AB ―→,AC ―→,AP ―→ 方向为x 轴、y 轴、z 轴正方向建立如图所示的空间直角坐标系.依题意可得A (0,0,0),B (2,0,0),C (0,4,0),P (0,0,4),D (0,0,2),E (0,2,2),M (0,0,1),N (1,2,0). (1)证明:DE ―→=(0,2,0),DB ―→ =(2,0,-2). 设n =(x ,y ,z )为平面BDE 的法向量, 则????? n ·DE ―→=0,n ·DB ―→=0, 即????? 2y =0,2x -2z =0. 不妨取z =1,可得n =(1,0,1).

用法向量求二面角的大小及其角度关系的确定

用法向量求二面角的大小及其角度关系的确定 我们都知道,向量知识在数学学科里有其非常广泛的应用,尤其是在立体几何求角和距离时,若利用向量知识求解会得到事半功倍的效果,也正体现了向量知识的工具性和灵活性。而在应用向量知识求解二面角的大小时,不是所有的二面角的两个半平面的法向量的夹角都和二面角相等,有时是互补,那么,什么时候相等,什么时候互补,如何确定其“角度之间的大小关系”一直以来是困扰很多教师和学生的一个难题。 向量有其自身的独特性质—自由性,当一个向量在空间的某一位置时,可以自由移动,只要满足其方向不变,其无论移动到任何位置,向量都是相等的。根据这一性质,当我们把二面角的某个半平面的法向量求出后,把它的起点放到坐标原点,然后确定其向量的方向的指向,从而确定其法向量的夹角和二面角的大小的关系,在确定了法向量的夹角与二面角的关系后,再利用向量的数量积求出二面角的大小,下面就来具体阐述一下这一做法。 一. 规定法向量的指向方向 1.当法向量的方向指向二面角的内部时称之为向里指, 如:图1中的1n 向量。 2.当法向量的方向指向二面角的外部时称之为向外指,如:图1中的2n 向量。 二. 法向量的夹角和二面角大小的关系 1.设 21,n n 分别为平面βα,的法向量,二面角βα-- l 的大小为θ,向量 21,n n 的夹角为ϕ,当两个法向量的方向都向里或都向外指时,则有πϕθ=+(图2); 2.当两个法向量的方向一个向里指一个向外指时ϕθ=(图3) 图2 图3

三、在坐标系中做出法向量,从而确定法向量的方向指向 1.已知二面角βα--l ,若平面α的法向量)3,4,4(=n ,由向量的相等条件知,坐标是(4,4,3)的向量n 有无数多个,根据向量的自由性,我们只需做出由原点出发的一个向量便可,如图4所示,从而,我们很容易的判断出平面α法向量的方向的指向,是指向二面角的里面。 2.若平面α法向量)1,3,4(--=,同理可做出从原点出发的法向量,如图5所示,显然,方向是指向二面角的外面。 四.应用举例 例题1. 如图6,在棱长为1的正方体ABCD-A 1B !C 1D 1中G 、E 、F 分别为AA 1、AB 、BC 的中点,求作二面角G —EF —D 半平面GEF 的法向量并判断其 (=

文档:空间向量求二面角的方法

空间向量求二面角的方法 方法一:先作出二面角的平面角,再利用向量的内积公式求解:设∠AOB 是二面角l αβ--的一个平面角,则向量与所成的角就是所求的二面角的大小. 例1 正四面体ABCD 中,求相邻两个面所成的二面角. 解析:如图1,取BC 边的中点E,连结AE 、DE ,则AE ⊥BC ,DE ⊥BC ,所以∠AED 就是正四面体的两个相邻面ABC 与DBC 所成二面角的平面角,且BC ⊥平面ADE , ∴BC ⊥AD ,∴0EC DA =. 设正四面体棱长为1. ∵()()ED EA EC CD EC CD DA =+++ 222EC EC CD EC DA CD DA CD ++++ 11121cos120011cos1201424 =+⨯⨯⨯++⨯⨯+=. 又在△ABC 与△BCD 中,可求得32ED EA == , ∴cos ED EA ED EA ED EA =,114 33322==⨯. 故正四面体的两个相邻面所成的二面角大小为1arccos 3 . 方法二:利用法向量求解:设是平面的法向量,是平面的法向量.①若两个平面的二面角如图2所示的示意图,则与之间的夹角就是欲求的二面角;②若两个平面的二面角如图3所示的示意图,设与之间的夹角为.则两个平面的二面角为. 例2 如图4,△ABC 是以∠B 为直角的直角三角形,SA ⊥平面ABC ,SA=BC=2,AB=4,D 、N 分别是BC 、AB 的中点.求二面角S-ND-A 的余弦值. 解析:平面ABC 的法向量是,设平面SND 的法向量为 BC AB AS λμ=++n . ∵SA ⊥平面ABC , ∴SA ⊥BC ,SA ⊥AB ,

求解二面角的四种基本方法

求解二面角的四种基本方法 高中数学学习过程中,求解二面角是高考理科高考的必考题型,多种角度,多种方法处理这类问题是一项重要的基本能力,是落实数学核心素养培养的基本方法,在教学过程中有必要对本类型习题进行详尽的介绍和广泛的探索,提升本类问题的处理方式和方法,是多种知识交汇,处理问题的能力的体现,本文根据近年高考题与模拟题中的常见题型,对常用的处理方法进行探究和总结,希望能够找到本类题型的常见处理方法,帮助学生建立良好的处理策略. 一、利用定义求解 例1. 如图,在直四棱柱1111ABCD A B C D -中,底面ABCD 为菱形, 23AC =,12A A BD ==,E 为1BD 中点. 求二面角E DC A --的余弦值. 分析 过O 作OF CD ⊥,垂足为F ,连OF ,则EFO ∠是二面 角E OC A --的平面角. 解答过O 作OF CD ⊥,垂足为F ,连OF , ∵1DD ⊥面ABCD ,1//OE DD ,∴OE ⊥面ABCD . ∴EFO ∠是二面角E OC A --的平面角. ∵1112OE DD ==,3OF =,∴7EF =,217 cos EFO ∠=. 故二面角E DC A --的余弦值为 217. 说明 二面角是规则图形的面与面之间的角是,采用二面角的定义,直接做出角,利用边长的长度关系找到二面角的平面角之间的边长长度关系,进而求解二面角大小. 变式训练1 (2019年天津高考题)如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为平 行四边形,PCD △为等边三角形,平面PAC ⊥平面PCD ,PA CD ⊥,2CD =,3AD =, D C O A B

法向量二面角的求法

法向量二面角的求法 法向量是空间几何中一个重要的概念。它可以用来描述平面或曲面在某一点上垂直于该点的线段或直线。在几何学中,我们经常用法向量来判断两个平面的关系,例如判断两个平面是否相交,或者判断一个点是否在一个平面上。而法向量的角度也是一个重要的问题,我们需要知道如何计算法向量的角度,以便我们可以更好地理解空间中的曲面和平面。 首先,让我们来看看什么是法向量。在空间几何中,一个平面可以由一个点和一个法向量来定义。法向量垂直于平面,并且与平面上的所有点的连线方向都相同。对于一个平面P,我们可以用一个法向量n来表示,记作P: n。法向量n的模长为1,且与平面P垂直。 在空间几何中,两个平面的夹角可以通过它们的法向量的角度来计算。设平面P1和P2的法向量分别为n1和n2,则两个平面的夹角θ可以通过下面的公式计算得到: θ = arccos(n1 · n2) 其中,·表示向量的数量积,也叫点积。公式中的arccos函数表示反余弦函数,可以通过计算得到夹角的大小。值得注意的是,由于反余弦函数的定义域是[0,π],所以计算得到的夹角θ的范围也是[0,π]。 有了两个平面的夹角,我们可以进一步计算法向量的二面角。二面角指的是两个切平面的夹角,也可以通过两个切平面的法向量的角度来计算。设切平面T1和T2的法向量分别为n1和n2,切平面T1和T2同时通过一个公共的切线,则两个切平面的二面角α可以通过下面的公式计算得到: α = arccos(n1 · n2) 公式中的·同样表示向量的数量积,arccos函数表示反余弦函数。计算得到的二面角α的范围是[0,π]。 在实际中,我们可以通过计算得到的二面角来判断两个切平面的

用空间向量研究夹角问题

用空间向量研究夹角问题 课程标准 学习目标 1.能用向量方法解决 简单夹角问题. 2.体会向量方法在研 究几何问题中的作用 1.知道两个相交平面夹角的含义,借助直线的方向向量和平面的法 向量,能求直线与直线、直线与平面、平面与平面所成的角或夹角. 2.能分析和解决一些立体几何中的角度问题,体会向量方法与综合 几何方法的共性和差异,体会直线的方法向量和平面的法向量的作 用,感悟向量是研究几何问题的有效工具 知识点一 空间角 空间图形 范围 向量法 几何法 异面直线所成的角 0°< θ≤90° cos θ=|cos |= 平移交于一点,解三角形 直线与平面所成 的角 sin θ=|cos |= 过直线上一点作平 面的垂线,解三角形 平面与平面的夹 角 cos θ=|cos |= 作两平面的垂面解 三角形 【诊断分析】 判断正误.(请在括号中打“√”或“×”) (1)异面直线所成的角与其方向向量的夹角相等. ( ) (2)若平面α的法向量为u ,直线l 的方向向量为v ,直线l 与平面α所成的角为θ,则cos θ=|u ·v ||u ||v | . ( ) (3)二面角的大小等于平面与平面的夹角. ( ) 知识点二 解决立体几何中空间角问题的步骤 用空间向量解决立体几何问题的“三步曲”可以概括为“一化二算三译”六字诀.“一化”就是把立体几何问题转化为向量问题;“二算”就是通过向量运算,研究点、线、面之间的位置关系以及它们之间的角度问题;“三译”就是把向量的运算结果“翻译”成相应的几何意义. 探究点一 异面直线所成角的求法

例1 (1)已知在棱长为2的正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,E 是DC 的中点,建立如图1-4-27所示的空间直角坐标系, 图1-4-27 则AB 1与D 1E 所成角的余弦值为 ( ) A .√10 10 B . √10 5 C .-√1010 D .- √105 (2)如图1-4-28所示,在三棱柱OAB-O 1A 1B 1中,平面OBB 1O 1⊥平面OAB ,∠O 1OB=60°,∠AOB=90°,且OB=OO 1=2,OA=√3,求异面直线A 1B 与AO 1所成角的余弦值. 图1-4-28 [素养小结] 用向量法求异面直线的夹角时,常在两异面直线a 与b 上分别取点A ,B 和C ,D ,则AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 与CD ⃗⃗⃗⃗⃗ 分别为a ,b 的方向向量,若异面直线a ,b 的夹角为θ,则cos θ=|AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·CD ⃗⃗⃗⃗⃗ | |AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ||CD ⃗⃗⃗⃗⃗ |. 运用向量法常有两种途径: ①基底法:在一些不适合建立坐标系的题型中,经常采用取基底的方法.在由公式 cos =a ·b |a ||b |求向量a ,b 的夹角时,关键是求出a ·b ,|a|与|b|,一般是把a ,b 用基向量表示出来,再求有关的量. ②坐标法:根据题目条件建立恰当的空间直角坐标系,写出相关各点的坐标,利用坐标法求线 线角,避免了传统找角或作角的步骤,使过程变得简单.

二面角的计算方法精讲

(2)求面VAD与面VDB 丄平面 二面角的计算方法精讲 二而角是高中数学的主要内容之一,是每年高考数学的一个必考内容,本文主要通过一些典型的例子说明二面角的三种基本计算方法,供同学们学习参考。 一>直接法:即先作出二面角的平面角,再利用解三角形知识求解之。通常作二面角 的平面角的途径有: ⑴定义法:在二面角的棱上取一个特殊点,由此点出发在二面角的 两个面内分别作檢的垂线; ⑵三垂线法:如图1, C是二面角a-AB-p的面0内的一个点,CO 丄平面a于0,只需作0D丄AB 于D,连接CD,用三垂线定理 可证明ZCDO就是所求二面角的平面角。 ⑶垂面法:即在二面角的稜上取一点,过此点作平面了,使了垂直于二面角的棱,则厂与二面角的两个面的交线所成的角就是该二面角的平面角。 例1如图2.在四棱锥V-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面VAD是正三角形, 平面VAD丄底面ABCD. (1)证明AB丄平面VAD: 解:(1)证明: 平面VXD丄平面ABCD AB 丄AD AB u 平面ABCD AD =平面VADC\平面ABCD (2)解:取VD的中点E,连结AF, BE, •「△VAD是正三形,四边形ABCD为正方形, •••由勾股定理可知,BD = y/AB2+AD2 =y/AB2+VA2 =VB9 •••AE丄VD, BE丄VD, ••• ZAEB就是所求二面角的平面角. 又在RtAABE 中,ZBAE=90°, AE=^AD=^AB, 2 2 怪I2

因此,5ZAEB二也二空 AE 3 即得所求二面角的大小为arctan二』. 3 例2 如图3, AB丄平面BCD, DC丄CB, AD与平面BCD 成30° 的角,且AB二BC. (1) 求AD与平面ABC所成的角的大小: (2) 求二面角C-AD-B的大小; (3) 若AB二2,求点B到平面ACD的距离。 解:(1) TAB丄平面BCD , ••• ZADB就是AD与平面BCD所成的角,即Z ADB二30°,且CD丄AB, 又TDC丄BC, = A CD丄平面ABC, ••• AD与平面ABC所成的角为ZD AC , 设AB二BC二a,則AC二y[la , BD=acot30°=怎ci, AD二2a, CD = Q BD'一BC,=迈a,•: tan Z DAO 竺== 1, /. ZDAC = 45°, CD 、伍a 即.AD与平面ABC所成的角为45°. ⑵作CE丄BD于E,取AD的中点F,连CF. V AB丄面BCD, ABu面ABD, 面ABD丄面BCD, 又T 面ABD"面BCD二BD, CEu面BCD,CE丄BD, •I CE丄面ABD, 又TAC二BC二"a, AF=FD, ••.ADIEF. 有三垂线定理的逆定理可知,ZCFE就是所求二面角的平面角. 计算可知,CE」© °)=並口, AD = si AC2 + CD2 =2a t CF = -AD = a. BD 32 sin Z.CFE = -Z CFE=arcs i n . CF 3 3 故,所求的二面角为arcsin^E 3

第5讲 空间向量求夹角学生

第5讲 空间向量求夹角 [玩前必备] 1.两条异面直线所成角的求法 设a ,b 分别是两异面直线l 1,l 2的方向向量,则 l 1与l 2所成的角θ a 与 b 的夹角β 范围 (0,π2] [0,π] 求法 cos θ=|a ·b | |a ||b | cos β= a ·b |a ||b | 2.设直线l 的方向向量为a ,平面α的法向量为n ,直线l 与平面α所成的角为θ,a 与n 的夹角为β,则sin θ=|cos β|=|a ·n | |a ||n | . 3.求二面角的大小 (1)如图①,AB ,CD 是二面角α-l -β的两个面内与棱l 垂直的直线,则二面角的大小θ=〈AB →,CD →〉. (2)如图②③,n 1,n 2分别是二面角α-l -β的两个半平面α,β的法向量,则二面角的大小θ满足|cos θ|=|cos 〈n 1,n 2〉|,二面角的平面角大小是向量n 1与n 2的夹角(或其补角). [玩转典例] 题型一 求异面直线所成的角 例1 如图,在四棱锥P ­ABCD 中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 是菱形,AB =2,∠BAD =60°.

(1)求证:BD ⊥平面PAC ; (2)若PA =AB ,求PB 与AC 所成角的余弦值. [玩转跟踪] 1.(2014·课标全国Ⅱ)直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,∠BCA =90°,M ,N 分别是A 1B 1,A 1C 1的中点,BC =CA =CC 1,则BM 与AN 所成角的余弦值为( ) A.110 B.25 C.3010 D.22 2.(2018江苏)如图,在正三棱柱111ABC A B C -中,12AB AA ==,点P ,Q 分别为11A B , BC 的中点. (1)求异面直线BP 与1AC 所成角的余弦值; 题型二 求直线与平面所成的角 例2 (2018全国卷Ⅰ)如图,四边形ABCD 为正方形,E ,F 分别为AD ,BC 的中点, 以DF 为折痕把DFC △折起,使点C 到达点P 的位置,且PF BF ⊥. (1)证明:平面PEF ⊥平面ABFD ; (2)求DP 与平面ABFD 所成角的正弦值. A B C Q P A 1 C 1 B 1

空间向量与立体几何知识点归纳总结

空间向量与立体几何知识点归纳总结 在空间直角坐标系中,一个向量可以用其在三个坐标轴上的投影来表示。设向量为 a=(a1,a2,a3) 则其在x轴、y轴、z轴上的投影分别为 a1、a2、a3 即 a=(a1,a2,a3) 2)空间向量的模长:向量的模长是指其长度,即 a|=√(a1²+a2²+a3²) 3)向量的单位向量:一个向量的单位向量是指其方向相同、模长为1的向量。设向量 a 的模长为 a| 则其单位向量为 a/|a|

4)向量的方向角:向量在空间直角坐标系中与三个坐标轴的夹角分别称为其方向角。设向量 a=(a1,a2,a3) 则其方向角为 α=cos⁻¹(a1/|a|)、β=cos⁻¹(a2/|a|)、γ=cos⁻¹(a3/|a|) 5)向量的方向余弦:向量在空间直角坐标系中与三个坐标轴的夹角的余弦值分别称为其方向余弦。设向量 a=(a1,a2,a3) 则其方向余弦为 cosα=a1/|a|、cosβ=a2/|a|、cosγ=a3/|a| 一、知识要点 1.空间向量的概念:在空间中,向量是具有大小和方向的量。向量通常用有向线段表示,同向等长的有向线段表示同一或相等的向量。向量具有平移不变性。 2.空间向量的运算:空间向量的加法、减法和数乘运算与平面向量运算相同。运算法则包括三角形法则、平行四边形法则和平行六面体法则。

3.共线向量:如果表示空间向量的有向线段所在的直线平 行或重合,那么这些向量也叫做共线向量。共线向量定理指出,空间任意两个向量a、b(b≠0),a//b存在实数λ,使a=λb。 4.共面向量:能平移到同一平面内的向量叫做共面向量。 5.空间向量基本定理:如果三个向量a、b、c不共面,那 么对空间任一向量p有唯一的有序实数组x、y、z,使 p=xa+yb+zc。若三向量a、b、c不共面,则{a,b,c}叫做空间的 一个基底,a、b、c叫做基向量。 6.空间向量的直角坐标系:在空间直角坐标系中,一个向 量可以用其在三个坐标轴上的投影来表示。向量的模长是指其长度,向量的单位向量是指其方向相同、模长为1的向量。向量的方向角是指其在空间直角坐标系中与三个坐标轴的夹角,向量的方向余弦是指其在空间直角坐标系中与三个坐标轴的夹角的余弦值。 二、改写后的文章 空间向量与立体几何是高中数学中的重要内容。本文将对空间向量的基本概念、运算法则、共线向量、共面向量、基本定理和直角坐标系进行总结和归纳。

高二数学空间向量试题答案及解析

高二数学空间向量试题答案及解析 1.如图,将边长为2,有一个锐角为60°的菱形,沿着较短的对角线对折,使得 ,为的中点. (Ⅰ)求证: (Ⅱ)求三棱锥的体积; (Ⅲ)求二面角的余弦值. 【答案】(1)见解析;(2)1;(3) 【解析】(1)利用线面垂直的判断定理证明线面垂直,条件齐全.(2)利用棱锥的体积公式求体积.(3)证明线面垂直的方法:一是线面垂直的判定定理;二是利用面面垂直的性质 定理;三是平行线法(若两条平行线中的一条垂直于这个平面,则另一条也垂直于这个平面.解题时,注意线线、线面与面面关系的相互转化.(4)在求三棱柱体积时,选择适当的底作为底面, 这样体积容易计算.(5)空间向量将空间位置关系转化为向量运算,应用的核心是要充分认识形 体特征,建立恰当的坐标系,实施几何问题代数化.同时注意两点:一是正确写出点、向量的坐标,准确运算;二是空间位置关系中判定定理与性质定理条件要完备. 试题解析:(Ⅰ)连接,由已知得和是等边三角形,为的中点, 又边长为2, 由于,在中, , (Ⅱ), (Ⅲ)解法一:过,连接AE, , 即二面角的余弦值为. 解法二:以O为原点,如图建立空间直角坐标系,则

显然,平面的法向量为 设:平面的法向量, 由,, ∴二面角的余弦值为. 【考点】(1)空间中线面垂直的判定;(2)三棱锥的体积公式;(3)利用空间向量证明线线垂直和求夹角. 2.如图,在三棱柱中,平面,,为棱上的动点, . ⑴当为的中点,求直线与平面所成角的正弦值; ⑵当的值为多少时,二面角的大小是45. 【答案】(1),(2). 【解析】(1)此小题考查用空间向量解决线面角问题,只需找到面的法向量与线的方向向量,注意用好如下公式:,且线面角的范围为:;(2)此小题考查的是用空 间向量解决面面角问题,只需找到两个面的法向量,但由于点坐标未知,可先设出,利用二面角的大小是45,求出点坐标,从而可得到的长度,则易求出其比值. 试题解析: 如图,以点为原点建立空间直角坐标系,依题意得,

高考大题规范解答立体几何大题(空间向量)

高考大题规范解答——立体几何(理) 考点1 线面的位置关系与空间角 例1 (2018·课标Ⅲ,19)如图,边长为2的正方形ABCD 所在的平面与半圆弧CD ︵ 所在平面垂直,M 是CD ︵ 上异于C ,D 的点. (1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ; (2)当三棱锥M -ABC 体积最大时,求面MAB 与面MCD 所成二面角的正弦值. 【分析】 ①在题目所给的两个平面中选择一条直线,证明该直线垂直于另一个平面; ②建立空间直角坐标系,求得几何体体积最大时点M 的位置,利用两个平面的法向量的夹角求解即可. 【标准答案】——规范答题 步步得分 (1)由题设知,平面CMD ⊥平面ABCD ,交线为CD . 因为BC ⊥CD ,BC ⊂平面ABCD , 所以BC ⊥平面CMD ,故BC ⊥DM . 2分得分点① 因为M 为CD ︵ 上异于C ,D 的两点, 且DC 为直径,所以DM ⊥CM . 3分得分点② 又BC ∩CM =C ,所以DM ⊥平面BMC . 4分得分点③ 而DM ⊂平面AMD ,故平面AMD ⊥平面BMC . 5分得分点④ (2)以D 为坐标原点,DA → 的方向为x 轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系D -xyz . 当三棱锥M -ABC 体积最大时,M 为CD ︵ 的中点. 由题设得D (0,0,0),A (2,0,0),B (2,2,0),C (0,2,0),M (0,1,1), AM →=(-2,1,1),AB →=(0,2,0),DA → =(2,0,0). 7分得分点⑤

设n =(x ,y ,z )是平面MAB 的法向量, 则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·AM →=0,n ·AB →=0, 即⎩⎪⎨⎪⎧ -2x +y +z =0,2y =0. 可取n =(1,0,2). 9分得分点⑥ DA → 是平面MCD 的法向量, 因此cos n ,DA → =n ·DA →|n |·|DA → | =55, 11分得分点⑦ sin n ,DA → =255 . 所以面MAB 与面MCD 所成二面角的正弦值是25 5. 12分得分点⑧ 【评分细则】 ①由面面垂直得到线面垂直,进一步得到线线垂直,给2分,直接得出不给分. ②由直径所对角为直角得到DM ⊥CD ,给1分. ③写出结论DM ⊥平面BMC ,给1分. ④得到平面AMD ⊥平面BMC ,给1分. ⑤建立适当坐标系,写出相应的坐标及向量,给2分(酌情). ⑥正确求出平面的法向量,给2分. ⑦写出公式cos n 1,n 2 =n 1·n 2|n 1||n 2| ,并正确求出余弦值,给2分. ⑧求出正弦值,并写好结论,给1分. 【名师点评】 1.核心素养:本题主要考查面面垂直的证明以及空间二面角的求解,考查考生的逻辑推理能力与空间想象力,考查的核心素养是数学抽象、逻辑推理、直观想象、数学运算. 2.解题技巧:(1)得步骤分:对于解题过程中得分点的步骤,有则给分,无则没分,所以对于得分点步骤一定要写,如第(1)问中写出平面AMD ⊥平面BMC 成立的条件,写不全则不能得全分. (2)得关键分:第(1)问中,面面垂直性质定理的转化是关键,在一个平面内作交线的垂线,转化为线面垂直,再转化为线线垂直.第(2)问一定要正确算出cos n 1,n 2 = n 1·n 2 |n 1||n 2| 的结果才能得2分.

立体几何中的向量方法及二面角的平面角求法总结

讲义:立体几何中的向量方法及二面角的平面角求法总结 一、几种角的范围 1、 _________________________________ 二面角平面角的范围: 2、 _________________________________ 线面角的范围: 3、 _________________________________ 直线倾斜角范围: 4、异面直线夹角范围:_______________ 5、向量夹角范围:_________________ 二、立体几何中的向量方法 1.三个重要向量 (1)直线的方向向量:直线的方向向量是指和这条直线平行(或重合)的向量,一条直线的方向向量有 ______ . (2)平面的法向量:直线I丄平面a取直线I的方向向量,则这个向量叫做平面a的法向量.显然一个平面的法向量有 ____ ,它们是共线向量. (3)直线的正法向量:直线L:Ax+By+C=O的正法向量为n=(A,B). 2.直线的方向向量与平面的法向量在确定直线和平面位置关系中的应用 (1)直线l i的方向向量为u 1= (a i, b i, c i),直线l2的方向向量为比=(a2, b2, C2). 女口果丨1 //丨2,那么U1 // U2? 5=右2? _____________________________ ; 女口果丨1丄l2, 那么U1丄U2? U1 U2= 0? ________________ ⑵直线I的方向向量为u= (a1, b1, C1),平面a的法向量为n= (a2, b2, C2). 若I // a 贝U u 丄n? u n = 0? _________________ 若I 丄a 贝U u // n? u = k n? _____________________ (3)平面a的法向量为U1 = (a1, b1, C1),平面B的法向量为u2= (a2, b2, C2). 若all B U1 / U2? U1 = k u2? (a1, b1, G)=_________ ; 若a丄B 贝y U1 丄U2? U1 U2= 0? ____________________ 3.利用空间向量求空间角 (1)求两条异面直线所成的角:设a, b分别是两异面直线I1, I2的方向向量,则

直线和平面所成的角与二面角

直线和平面所成的角与二面角知识要点 1.直线与平面所成角的范围 若θ表示直线与平面所成的角,则0°≤θ≤90°。 2.公式cosθ=cosθ1·cosθ2。 斜线AB与平面α所成的角为θ1,A为斜足,AC在α内,且与AB的射影成θ2角,∠BAC=θ, 则有cosθ=cosθ1·cosθ2。 3.公式。 如图所示,在二面角α-l-β中,A∈平面β,B∈平面α,AD⊥l于D,BC⊥l于C,AD=m, BC=n, CD=d, AB=l, 二面角α-l-β的平面角为φ,则有:。 4.公式S'=Scosθ。 如果平面多边形所在平面与平面所成角为,这个平面多边形及其在平面内的射影的面积分别为S、S',那么S'=Scosθ。 5. 向量知识 (1); (2) (3)a·b=|a|·|b|cosθ (其中θ是a与b的夹角) (4)若a=(x1,y1,z1), b=(x2,y2,z2), 则:a·b=x1x2+y1y2+z1z2。 典型题目 例1.如图,在棱长为a的正方体OABC-O'A'B'C'中,E、F分别是棱AB、BC上的动点, 且AE=BF。

(1)求证:A'F⊥C'E; (2)当三棱锥B'-BEF的体积取得最大值时,求二面角B'-EF'B的大小。(结果用反三角函数表示)。 (1)

证明:如图所示,以O为原点建立空间直角坐标系,设AE=BF=x, 则A'(a,0,a), F(a-x,a,0), C'(0,a,a,), E(a,x,0)。 ∵,∴ A'F⊥C'E。 (2)解:记BF=x, BE=y, 则x+y=a, 三棱锥B'-BEF的体积 ,当且仅当,时,取得最大值。 过B作BD⊥EF交EF于D,连B'D,B'D⊥EF, ∴∠B'DB是二面角B'-EF-B的平面角。 在RtΔBEF中,直角边, 则斜边上高, 故二面角B'-EF-B的大小为。 例2.如图,在四面体ABCD中,AB⊥平面BCD,BC=CD,∠BCD=90°,∠ADB=30°,E、F分别是AC,AD的中点。(1)求证:平面BEF⊥平面ABC;(2)求平面BEF和平面BCD所成的角。 分析:证明两个平面互相垂直,就是要证明一个平面过另一个平面的一条垂线,这 样就需证明一直线与平面上两相交直线垂直,而证明两直线互相垂直,证明向量的数量 积为0就可以了。 解:(1)建立如图所示的空间直角坐标系,取A(0,0,a)。 由∠ADB=30°可得: B(0,0,0),。 ∴

空间向量知识点归纳(期末复习)

空间向量期末复习 知识要点: 1. 空间向量的概念:在空间,我们把具有大小和方向的量叫做向量。 注:(1)向量一般用有向线段表示同向等长的有向线段表示同一或相等的向量。 (2)空间的两个向量可用同一平面内的两条有向线段来表示。 2. 空间向量的运算。 定义:与平面向量运算一样,空间向量的加法、减法与数乘运算如下(如图)。 OB OA AB a b =+=+;BA OA OB a b =-=-;()OP a R λλ=∈ 运算律:⑴加法交换律:a b b a +=+ ⑵加法结合律:)()(c b a c b a ++=++ ⑶数乘分配律:b a b a λλλ+=+)( 3. 共线向量。 (1)如果表示空间向量的有向线段所在的直线平行或重合,那么这些向量也叫做共线 向量或平行向量,a 平行于b ,记作b a //。 当我们说向量a 、b 共线(或a //b )时,表示a 、b 的有向线段所在的直线可能是同 一直线,也可能是平行直线。 (2)共线向量定理:空间任意两个向量a 、b (b ≠0 ),a //b 存在实数λ,使a =λb 。 4. 共面向量 (1)定义:一般地,能平移到同一平面内的向量叫做共面向量。 说明:空间任意的两向量都是共面的。 (2)共面向量定理:如果两个向量,a b 不共线,p 与向量,a b 共面的条件是存在实数 ,x y 使p xa yb =+。 5. 空间向量基本定理:如果三个向量,,a b c 不共面,那么对空间任一向量p ,存在一个唯一的有序实数组,,x y z ,使p xa yb zc =++。 若三向量,,a b c 不共面,我们把{,,}a b c 叫做空间的一个基底,,,a b c 叫做基向量,空间任意三个不共面的向量都可以构成空间的一个基底。 推论:设,,,O A B C 是不共面的四点,则对空间任一点P ,都存在唯一的三个有序实数 ,,x y z ,使OP xOA yOB zOC =++。 6. 空间向量的数量积。 (1)空间向量的夹角及其表示:已知两非零向量,a b ,在空间任取一点O ,作 ,OA a OB b ==,则AOB ∠叫做向量a 与b 的夹角,记作,a b <>;且规定0,a b π≤<>≤, 显然有,,a b b a <>=<>;若,2 a b π <>= ,则称a 与b 互相垂直,记作:a b ⊥。 (2)向量的模:设OA a =,则有向线段OA 的长度叫做向量a 的长度或模,记作:||a 。 (3)向量的数量积:已知向量,a b ,则||||cos ,a b a b ⋅⋅<>叫做,a b 的数量积,记

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