高三数学空间距离
高三数学
空间距离
1.两条异面直线间的距离
和两条异面直线分别垂直相交的直线，叫做这两条异面直线的公垂线；两条异面直线的公垂线在这两条异面直线间的线段的长度，叫做两条异面直线的距离.
2.点到平面的距离
从平面外一点引一个平面的垂线，这点和垂足之间的距离叫做这个点到这个平面的距离. 3.直线与平面的距离
如果一条直线和一个平面平行，那么直线上各点到这平面的距离相等，且这条直线上任意一点到平面的距离叫做这条直线和平面的距离.
4.两平行平面间的距离
和两个平行平面同时垂直的直线，叫做这两平行平面的公垂线，它夹在两个平行平面间的公垂线段的长叫做这两个平行平面的距离.
题型一：两条异面直线间的距离
【例1】 如图，在空间四边形ABCD 中，AB =BC =CD =DA =AC =BD =a ，E 、F 分别是AB 、CD 的中点.
(1)求证：EF 是AB 和CD 的公垂线； (2)求AB 和CD 间的距离；
(1)证明：连结AF ，BF ，由已知可得AF =BF . 又因为AE =BE ，所以FE ⊥AB 交AB 于E . 同理EF ⊥DC 交DC 于点F . 所以EF 是AB 和CD 的公垂线. (2)在Rt △BEF 中，BF =
a 23,BE =a 2
1
, 所以EF 2=BF 2-BE 2=a 2
1
2，即EF =a 22. 由(1)知EF 是AB 、CD 的公垂线段，所以AB 和CD 间的距离为
a 2
2
. 【解后归纳】 求两条异面直线之间的距离的基本方法：
（1）利用图形性质找出两条异面直线的公垂线，求出公垂线段的长度.
（2）如果两条异面直线中的一条直线与过另一条直线的平面平行，转化为求直线与平面的距离. （3）如果两条异面直线分别在两个互相平行的平面内，可以转化为求两平行平面的距离.
题型二：点到面的距离
【例2】 如图,正四面体ABCD 的棱长为1，求：A 到平面BCD 的距离； 过A 作AO ⊥平面BCD 于O ，连BO 并延长与CD 相交于E ，连AE . ∵AB =AC =AD ,∴OB =OC =OD .∴O 是△BCD 的外心.又BD ＝BC ＝CD ， ∴O 是△BCD 的中心，∴BO =32
BE =3
32332=?. 又AB ＝1，且∠AOB =90°,
∴AO
=363312
22=???
?
??-=-BO AB .
例1题图
∴A 到平面BCD 的距离是
3
6. 例3、在梯形ABCD 中,AD ∥BC ,∠ABC =
2
π
,AB =a ,AD =3a 且sin ∠ADC =55,又P A ⊥平面ABCD ,P A =a ,
求：(1)二面角P —CD —A 的大小; (2)点A 到平面PBC 的距离.
解：(1)作AF ⊥DC 于F ,连结PF ,
∵AP ⊥平面ABCD ,AF ⊥DC ,∴PF ⊥DC , ∴∠PF A 就是二面角P —CD —A 的平面角.
在△ADF 中,∠AFD =90°,∠ADF =arcsin 55
,AD =3a ,∴AF =5
3a , 在Rt △P AF 中tan ∠PF A =
3
535==a a AF PA ,∴∠PF A =arc tan 35
.
(2)∵P A ⊥平面ABCD ,∴P A ⊥BC ,又BC ⊥AB ,
∴BC ⊥平面P AB ,作AH ⊥PB ,则BC ⊥AH ,∴AH ⊥平面PBC ,∵P A ⊥AB ,P A =AB =a , ∴PB =2a ,∴AH =
a 2
2. 例4、如图，所示的多面体是由底面为ABCD 的长方体被截面AEC 1F 所截面而得到的，其中AB=4，BC=2，CC 1=3，BE=1.（Ⅰ）求BF 的长；（Ⅱ）求点C 到平面AEC 1F 的距离.
解法1：（Ⅰ）过E 作EH//BC 交CC 1于H ，则CH=BE=1，EH//AD ，且EH=AD. ∵AF ∥EC 1，∴∠FAD=∠C 1EH. ∴Rt △ADF ≌Rt △EHC 1.
∴DF=C 1H=2. .6222=+=∴DF BD BF
（Ⅱ）延长C 1E 与CB 交于G ，连AG ， 则平面AEC 1F 与平面ABCD 相交于AG . 过C 作CM ⊥AG ，垂足为M ，连C 1M ，
由三垂线定理可知AG ⊥C 1M.由于AG ⊥面C 1MC ， 且AG ?面AEC 1F ，所以平面AEC 1F ⊥面C 1MC.
在Rt △C 1CM 中，作CQ ⊥MC 1，垂足为Q ，则CQ 的长即为C 到面AEC 1F 的距离.
.11
33
417
12317
123,17
121743cos 3cos 3,.
17,1,2
2
1
1
221=+
?
=
?=
∴=?
===∠=∠=+===MC CC CM CQ GAB MCG CM MCG GAB BG AB AG BG CG
BG
CC EB 知由从而可得由
解法2：（I ）建立如图所示的空间直角坐标系，则D （0，0，0），B （2，4，0）， A （2，0，0），C （0，4，0），E （2，4，1），C 1（0，4，3）.设F （0，0，z ）.
∵AEC 1F 为平行四边形，
B A
C
D
1A
1
B 1
C .62,62||).
2,4,2().2,0,0(.2),2,0,2(),0,2(,,
11的长为即于是得由为平行四边形由BF EF F z z EC F AEC =--=∴∴=∴-=-=∴∴
（II ）设1n 为面
AEC 1F 的法向量，
)1,,(,11y x n ADF n =故可设不垂直于平面显然
???=+?+?-=+?+??????=?=?02020140,0,011y x y x n AE n 得由??
?
??-==∴???=+-=+.41,1,022,014y x x y 即
111),3,0,0(n CC CC 与设又=的夹角为a
，则1111cos ||||
CC n CC n α?==?
∴C 到平面AEC 1F 的距离为.11
33
4333343cos ||1=?
==αCC d
例5、正三棱柱111C B A ABC -的底面边长为8，对角线101=C B ，D 是AC 的中点。
（1）求点1B 到直线AC 的距离.（2）求直线1AB 到平面BD C 1的距离．
解：（1）连结BD ，D B 1，由三垂线定理可得：AC D B ⊥1，
所以D B 1就是1B 点到直线AC 的距离。 在BD B Rt 1?中,6810222211=-=-=BC C B BB 34=BD ．
2122121=+=
∴B B BD D B ．
（2）因为AC 与平面BD 1C 交于ＡＣ的中点Ｄ， 设E BC C B =?11，则1AB //DE ，所以1AB //平面BD C 1， 所以1AB 到平面BD 1C 的距离等于Ａ点到平面BD 1C 的距离，等于Ｃ点到平面BD 1C 的距离，也就等于三棱 锥1BDC C -的高， B D C C B D C C V V --=11 ，
131311CC S hS BDC BDC ??=∴，13
1312=∴h ，即直线1AB 到平面BD 1C 的距离是131312． 【解后归纳】 求空间距离注意三点： 1．常规遵循一作二证三计算的步骤； 2．多用转化的思想求线面和面面距离； 3．体积法是一种很好的求空间距离的方法．
练习
一、选择题
1.把边长为a 的正△ABC 沿高线AD 折成60°的二面角，则点A 到BC 的距离是 ( )
A.a
B.
a 26 C.a 33 D.a 4
15 2.△ABC 中，AB =9，AC =15，∠BAC =120°.△ABC 所在平面外一点P 到三个顶点A 、B 、C 的
距离都是14，那么点P 到平面α的距离为 ( )
A.7
B.9
C.11
D.13
3.从平面α外一点P 向α引两条斜线P A ,PB .A ,B 为斜足,它们与α所成角的差是45°,它们在α内的射影长分别是2cm 和12cm ,则P 到α的距离是 ( )
A.4cm
B.3cm 或4cm
C.6cm
D.4cm 或6cm
4.空间四点A 、B 、C 、D 中，每两点所连线段的长都等于a ，动点P 在线段AB 上，动点Q 在线段CD 上，则P 与Q 的最短距离为 ( )
A.a 2
1 B.
a 22 C.a 2
3 D.a 5.在四面体P —ABC 中，P A 、PB 、PC 两两垂直.M 是面ABC 内一点，且点M 到三个面P AB 、
PBC 、PCA 的距离分别为2、3、6，则点M 到顶点P 的距离是 ( )
A.7
B.8
C.9
D.10
6.如图，将锐角为60°，边长为a 的菱形ABCD 沿较短的对角线折成60°的二面角，则AC 与BD 的距离是 ( )
A.a 43
B.a 43
C.a 23
D.a 4
6
7.如图，四棱锥P —ABCD 的底面为正方形，PD ⊥底面ABCD ，PD =AD ＝1，设点C 到平面P AB 的距离为d 1，点B 到平面P AC 的距离为d 2，则有 ( ) A.1 C.d 1<1 D.d 2 8.如图所示，在平面α的同侧有三点A 、B 、C ，△ABC 的重心为G . 如果A 、B 、C 、G 到平面α的距离分别为a 、b 、c 、d ， 那么a+b+c 等于 ( ) A.2d B.3d C.4d D.以上都不对 9.如图，菱形ABCD 边长为a ，∠A =60°，E 、F 、G 、H 分别是AB 、BC 、CD 、DA 上的点且 2====DG CG FB CF HD AH EB AE ，沿EH 和FG 把菱形的两锐角折起， 使A 、C 重合，这时点A 到平面EFGH 的距离是 ( ) A. 2 a B.a 22 C.a 23 D.a 615 第6题图 第7题图 二、填空 10.二面角α-MN-β等于60°，平面α内一点A到平面β的距离AB的长为4，则点B到α的距离为. 11.在60°的二面角α—l—β中，A∈α,AC⊥l于C，B∈β，BD⊥l于D，又AC=BD=a,CD=2a， 则A、B两点间距离为. 12.设平面α外两点A和B到平面α的距离分别为4cm和1cm，AB与平面α所成的角是60°，则线段AB的长是. 13.在直角坐标系中,已知A(3,2),B(-3,-2)沿y轴把直角坐标系折成平面角为α的二面角A—Oy—B后,∠AOB=90°，则cosα的值是. 三、解答 15.在直三棱柱ABC—A1B1C1中，∠ACB为直角，侧面AB1与侧面AC1所成的二面角为60°，M为AA1上的点.∠A1MC1=30°，∠BMC1=90°，AB=a. (1)求BM与侧面AC1所成角的正切值. (2)求顶点A到面BMC1的距离. 16.已知斜三棱柱ABC—A1B1C1的侧面A1ACC1与底面ABC垂直.∠ABC=90°,BC=2,AC=23,且AA1⊥A1C,AA1=A1C. （1）求侧棱A1A与底面ABC所成角的大小; （2）求侧面A1ABB1与底面ABC所成二面角的大小; （3）求顶点C到侧面A1ABB1的距离. 17.如图，在棱长为a 的正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，E 、F 分别为棱AB 与BC 的中点，EF 与 BD 交于H . (Ⅰ)求二面角B 1—EF —B 的大小. (Ⅱ)试在棱B 1B 上找一点M ，使D 1M ⊥面EFB 1，并证明你的结论. (Ⅲ)求点D 1到面EFB 1的距离. 18. 如图，在长方体ABCD -1111A B C D 中，AD=1AA =1， AB=2，点E 在棱AB 上移动。 （Ⅰ）证明：11D E A D ⊥； （Ⅱ）E 为AB 的中点时，求点E 到面1ACD 的距离； （Ⅲ）AE 等于何值时，二面角1D EC D --的大小为 4 π 。 空间的距离习题解答 1.D 折后BC =2a ,∴点A 到BC 的距离为41542 2a a a =?? ? ??-. 2.A BC =21120cos 159215922=???-+. ∴△ABC 外接圆半径R = 37120sin 221 =? , ∴点P 到α的距离为.7)37(1422=- 3.D 设PO ⊥α垂足为O ,|PO |=x cm ,∠OAP =β,∠OBP =γ,那么β-γ=45°, tan β= 2x ,tan γ=12 x ,tan (β-γ)=tan 45° 展开左边并整理得:x 2-10x +24=0,解得x 1=6,x 2=4. 4.B P 、Q 的最短距离即为异面直线AB 与CD 间的距离，当P 为AB 的中点，Q 为CD 的中点时符合题意. 5.A PM =7632222=++. 6.C 取BD 的中点O 连AO 、OC ，作OE ⊥AC 于E ，则OE 为所求，∴AO =CO =AC =2 3a . 7.D 点C 到平面P AB 的距离d 1= 2 2, 点B 到平面P AC 的距离d 2= 332 1 1221=+ ? ， ∵ 12 233<<,∴d 2 312 2=+-+- c b a c b d .∴a +b + c =3 d . 9.A 设BD 的中点为O ， ∴EO =6760cos 232232 2a a a a a =???-?? ? ??+??? ??，点A 到平面EFGH 的距离为23679422a a a =-. 10.2 作AC ⊥MN 于C ，连BC ，则BC ⊥MN ， ∴∠ACB =60°，又MN ⊥平面ABC ， ∴平面ABC ⊥平面α，作BD ⊥AC 于D ，则BD ⊥α， ∴BD 的长即为所求，得BD =2． 11.a 3 AB =a a a a a a 360cos 2)2(222=????-++. 12.23cm 或 3 3 10cm 当点A 、B 在α同侧时，AB = 3260sin 3 =? ; 当点A 、B 在α异侧时，AB =3 3 1060sin 5=? 13. 9 4 如图,AB ″=26)32(22222=+=+OB OA ∵BC ⊥y 轴,B ′C ⊥y 轴, ∴∠B ′CB ″为二面角A —Oy —B 的平面角. ∠B ′CB ″=α,在△B ′CB ″中,B ′C =B ″C =3, B ′B ″=104262=-,由余弦定理易知cos α= 9 4. 14.如图，将点E 到平面PBC 的距离转化成线面距，再转化成点面距. 连AC 、BD ，设AC 、BD 交于O ，则EO ∥平面PBC ， ∴OE 上任一点到平面PBC 的距离相等． ∵平面PBC ⊥平面ABCD ， 过O 作OG ⊥平面PBC ，则G ∈BC ， 又∠ACB=60°，AC=BC=AB=a ， ∴OC =2 a ,OG =OC sin60°=43a . 15.(1)∵三棱柱ABC —A 1B 1C 1为直三棱柱，∴∠BAC 为二面角B 1—AA 1—C 1的平面角， ∴∠BAC =60°. 又∵∠ACB 为直角，∴BC ⊥侧面AC 1. 连MC ，则MC 是MB 在侧面AC 1上的射影. ∴∠BMC 为BM 与侧面AC 1所成的角. 且∠CMC 1=90°，∠A 1MC 1=30°，所以∠AMC =60°. 设BC =m ，则AC =m 33，MC =3 2 m ， 所以tan ∠BMC = 2 3. 即BM 与侧面AC 1所成的角的正切值为 2 3. (2)过A 作AN ⊥MC ，垂足为N ，则AN ∥面MBC 1. ∵面MBC ⊥面MBC 1，且过N 作NH ⊥MB ，垂足为H ， 则NH 是N 到面MBC 1的距离，也就是A 到面MBC 1的距离. ∵AB =a ,AC =2 a ,且∠ACN =30°， ∴AN = 4 a 且∠AMN =60°，∴MN =a 123. ∴NH =MN sin ∠BMC =a 123×a 52 39(本题还可用等积法). 16.(1)如图所示,作A 1D ⊥AC ,垂足为D ,由面A 1ACC 1⊥面ABC ,得A 1D ⊥面ABC ∴∠A 1AD 为A 1A 与面ABC 所成的角 ∵AA 1⊥A 1C ,AA 1=A 1C ∴∠A 1AD =45°为所求. (2)作DE ⊥AB 垂足为E ,连A 1E ,则由A 1D ⊥面ABC ,得A 1E ⊥AB , ∴∠A 1ED 是面A 1ABB 1与面ABC 所成二面角的平面角. 由已知AB ⊥BC 得DE ∥BC ,又D 是AC 的中点,BC =2,AC =23 ∴DE =1,AD =A 1D =3,tan ∠A 1ED = DE D A 1=3,故∠A 1ED =60°为所求. (３)连结A 1 B ,根据定义,点 C 到面A 1ABB 1的距离,即为三棱锥C —A 1AB 的高h . 由V C —A 1AB =V A 1-ABC 得31S △AA 1B h =3 1 S △ABC ·A 1D 即 313223 1 22??=??h ,∴h =3为所求. 17.(1)如图连结B 1D 1，AC ，B 1H ， ∵底面为正方形ABCD ， ∴对角线AC ⊥BD . 又∵E 、F 分别为AB 、BC 的中点 ∴EF ∥AC .∴EF ⊥BD . 又∵棱B 1B ⊥底面ABCD ，EF 面ABCD ，∴EF ⊥B 1B . 又B 1B ∩BD =B ,BB 1面BB 1D 1D ，BD 面BB 1D 1D . ∴EF ⊥面BB 1D 1D . 而B 1Ｈ面BB 1D 1D ，BH 面BB 1D 1D ，∴EF ⊥B 1H ，EF ⊥BH . ∴∠B 1HB 为二面角B 1—EF —B 的平面角. 在Rt △B 1BH 中，B 1B =a ,BH =a 4 2 ， ∴tan ∠B 1HB = 221=BH B B . ∴∠B 1HB =arctan22. ∴二面角B 1—EF —B 的大小为arctan22. (2)在棱B 1B 上取中点M ，连D 1M ， 则D 1M ⊥面EFB 1.连结C 1M . ∵EF ⊥面BB 1D 1D ，D 1M 面BB 1D 1D . ∴D 1M ⊥EF . 又∵D 1C 1⊥面B 1BCC 1. ∴C 1M 为D 1M 在面B 1BCC 1内的射影. 在正方形B 1BCC 1中，M 、F 分别为B 1B 和BC 的中点， 由平面几何知识B 1F ⊥C 1M . 于是，由三垂线定理可知B 1Ｆ⊥D 1Ｍ， 而B 1F 面EFB 1，EF 面EFB 1，EF ∩B 1F =F ， ∴D 1M ⊥面EFB 1. (3)设D 1M 与面EFB 1交于N 点，则D 1N 为点D 到面EFB 1的距离， ∵B 1Ｎ面EFB 1,D 1M ⊥面EFB 1， ∴B 1N ⊥D 1M . 在Rt △MB 1D 1中，由射影定理D 1B 12=D 1N ·D 1M ， 而D 1B 1=2a ,D 1Ｍ=a M B D B 2 3 21211= +， ∴D 1N =.3 4 1211a M D B D = 即点D 1到面EFB 1的距离为 a 3 4. 1 A 1 A 18、如图，在长方体AC 1中，AD=AA 1=1，AB=2，点E 在棱A B 上移动. （1）证明：D 1E ⊥A 1D ； （2）当E 为 AB 的中点时，求点E 到面ACD 1的距离； （3）AE 等于何值时，二面角D 1—EC —D 的大小为4 π . 解析：（1）∵AE ⊥面AA 1DD 1，A 1D ⊥AD 1，∴A 1D ⊥D 1E （2）设点E 到面ACD 1的距离为h ，在△ACD 1中，AC=CD 1=5，故.2 1 21,232152211=??==-??= ??BC AE S S ACE C AD 而 11111131,1,.33223 D AEC AEC AD C V S DD S h h h -??∴= ?=?∴?=?∴= （3）过D 作DH ⊥CE 于H ，连D 1H 、DE ，则D 1H ⊥CE ， ∴∠DHD 1为二面角D 1—EC —D 的平面角. 设AE=x ，则BE=2－x 11,, 1. 4 ,,, Rt D DH DHD DH Rt ADE DE Rt DHE EH x π ?∠= ∴=?=∴?= 在中在中在中 法2：以D 为坐标原点，直线DA 、DC 、DD 1分别为x 、y 、z 轴，建立空间直角坐标系，设AE=x ，则A 1(1，0，1)，D 1(0，0，1)，E(1，x ，0)，A(1，0，0), C(0，2，0). （1）.,0)1,,1(),1,0,1(,1111D DA x D DA ⊥=-=所以因为 （2）因为E 为AB 的中点，则E （1，1，0）， 从而)0,2,1(),1,1,1(1-=-=D ，)1,0,1(1-=， 设平面ACD 1的法向量为),,(c b a n =， 则?????=?=?,0, 01AD 也即???=+-=+-002c a b a ，得???==c a b a 2， 从而)2,1,2(=，所以点E 到平面AD 1C 的距离为.3 1 3212| |1=-+= =n h （3）设平面D 1EC 的法向量),,(c b a =， ∴),1,0,0(),1,2,0(),0,2,1(11=-=-=DD D x 由???=-+=-??????=?=?.0)2(0 2,0,01x b a c b D 令b =1, ∴c=2, a =2－x ， ∴).2,1,2(x -=依题意.22 5 )2(222| |||4 cos 211=+-?= ?= x DD n π ∴321+=x （不合，舍去），3 22-=x . ∴AE=32-时，二面角D 1—EC —D 的大小为 4 π 。 .4,32.32543. 54,3122π 的大小为二面角时中在中在D EC D AE x x x x x x CE CBE Rt CH DHC Rt ---=∴-=?+-=+∴+-= ?= ? 空间两点间的距离公式 教学目标： 1、通过特殊到一般的情况推导出空间两点间的距离公式 2、感受空间两点间距离公式与平面两点间距离公式的联系与区别 教学重点 两点间距离公式的应用 教学难点 利用公式解决空间几何问题 教学过程 一、复习 1、空间点的坐标的特点 2、平面两点间的距离公式P 1(x 1,y 1)，P 2(x 2,y 2) ________________ 线段P 1P 2中点坐标公式______________ 二、新课 1、设P 的坐标是(x,y,z),求|OP| |OP|=___________________________ 2、空间两点P 1(x 1,y 1,z 1)，P 2(x 2,y 2,z 2),求 |P 1P 2| |P 1P 2|=___________________________ 线段P 1P 2中点坐标公式_________________ 例：()()间的距离求空间两点1,0,6523 21--，P ，，P 练习：()()()513432251，，，C ，，，B ，，A ABC 的三个顶点已知? （1）求。ABC 中最短边的边长 ? （2）求边上中线的长度AC 例：试解释()()()365312222=-+++-z y x 的几何意义。 练习：1、已知()1,,222=++z y x z y x M 满足则M 点的轨迹为_________________ 2、求P ??? ? ??66,33,22到原点的距离。 3、()()。a AB a ，B ，，A 的值求设,4,,3,0210= 4、在长方体1111D C B A ABCD -，AD=2，AB=3，AA 1=2，E 为AC 中点，求D 1E 的长。 三、小结 4.3.1空间直角坐标系 (名师：周娟) 一、教学目标 (一)核心素养 通过这节课学习,理解空间直角坐标系的概念、体会平面直角坐标系与空间直角坐标系之间的关系,会用三元有序实数组表示空间中的点,在直观想象、数学抽象中感受点的几何意义. (二)学习目标 1.了解平面直角坐标系与空间直角坐标系之间的关系. 2.理解空间直角坐标系的概念. 3.掌握用三元有序实数组表示空间中的点的方法. (三)学习重点 1.右手直角坐标系的特点. 2.三元有序实数组的含义. 3.空间中的点的表示方法. (四)学习难点 1.左手系与右手系的差别. 2.三元有序实数组各元素的几何意义. 3.建立适当的空间直角坐标系确定空间中的点的坐标. 二、教学设计 (一)课前设计 1.预习任务 (1)读一读：阅读教材第134页至第136页,填空： 从空间某一定点引三条两两垂直,且有相同单位长度的数轴：x轴、y轴、z轴,这样就建立了一个空间直角坐标系. 点O叫做坐标原点,x轴、y轴、z轴叫做坐标轴.通过每两个坐标轴的平面叫做坐标平面,分别称为xOy平面、yOz平面、zOx平面. 在空间直角坐标系中,让右手拇指指向x轴的正方向,食指指向y轴的正方向,如果中指指向z轴的正方向,则称这个坐标系为右手直角坐标系. (2)写一写：有序实数组的各元素名称是什么？ 空间一点M的坐标可以用三元有序实数组(x,y,z)来表示,有序实数组(x,y,z)叫做点M在此空间直角坐标系中的坐标,记作M(x,y,z).其中x叫做点M的横坐标,y叫做点M的纵坐标,z叫做点M的竖坐标. 2.预习自测 1.在空间过点M(1,2,3-)作z轴的垂线,交z轴于点N,则垂足N的坐标为( ) A.(1,0,0) B.(0,2,0) C.(0,0,3) D.(0,0,－3) 答案：D. 2.点P(a,b,c)到坐标平面zOx的距离为( ) B.a C.b D.c 答案：C 3.点P(1,2,3-)关于平面xOy的对称点的坐标为( ) A.(1,2,3) B.(3-,2,1) C.(3-,1,2) D.(1-,2-,3) 答案：A. (二)课堂设计 1.问题探究 探究一重温数轴与平面,认识空间 ●活动①数形结合,重温数轴 在初中,我们学过数轴,那么什么是数轴？决定数轴的因素有哪些？数轴上的点怎样表示？ 在初中,我们学过数轴是规定了原点、正方向和单位长度的直线.决定数轴的因素有原点、 届高三文科数学立体几何空间角专题复习 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8- 2015届高三文科数学立体几何空间角专题复习 考点1：两异面直线所成的角 例1.如图所示，在长方体1111ABCD A B C D -中，AB=AD=1，AA 1=2，M 是棱CC 1的中点 （Ⅰ）求异面直线A 1M 和C 1D 1所成的角的正切值； （Ⅱ）证明：平面ABM ⊥平面A 1B 1M 1 例2.（2010全国卷1文数）直三棱柱111ABC A B C -中，若 90BAC ∠=?，1AB AC AA ==，则异面直线1BA 与1AC 所成的 角等于（ C ） (A) 30° (B) 45° (C) 60° (D) 90° 变式训练： 1.（2009全国卷Ⅱ文）已知正四棱柱1111ABCD A B C D -中，1AA =2AB ，E 为1AA 中点，则异面直线BE 与1CD 所形成角的余弦值为( C ) （A ） 1010 (B) 15 (C ) 31010 (D) 35 2.如图，直三棱柱111ABC A B C -，90BCA ?∠=，点1D 、1F 分别是11A B 、11A C 的中点， 1BC CA CC ==，则1BD 与1AF 所成角的余弦值是（ ） A ． 1030 B ．21 C ．15 30 D ． 10 15 3.（2012年高考（陕西理））如图,在空间直角坐标系中有直三棱 111ABC A B C -,12CA CC CB ==,则直线1BC 与直线1AB 夹角的余弦值为 （ ） A ． 55 B ． 53 C ． 5 5 D ．35 第3题图 第4题图 第5题图 4．(2007全国Ⅰ·文)如图，正四棱柱1111ABCD A B C D -中，12AA AB =，则异面直线 1A B 与1AD 所成角的余弦值为（ ） #coding:UTF-8 """ Python implementation of Haversine formula Copyright(C)<2009>Bartek Górny 空间点到直线的距离公式 y0, z0)，平面：A*x+B*y+C*z+D=0，距离d。 d=|A*x0+B*y0+C*z0+D|/√(A*A+B*B+C*C)空间点到直线距离点(x0, y0, z0)，直线L（点向式参数方程）：(x-xl)/m=(y-yl)/n=(z- zl)/p=t。 (1)式(1)的注释：点(xl, yl, zl)是直线上已知的一点，向 量(m, n, p)为直线的方向向量，t为参数方程的参数。空间直线 的一般式方程（两个平面方程联立）转换为点向式方程的方法， 请参考《高等数学》空间几何部分。设点(x0, y0, z0)到直线L 的垂点坐标为(xc, yc, zc)。因为垂点在直线上，所以有：(xc-xl)/m=(yc-yl)/n=(zc-zl)/p=t (2)式(2)可变形为：xc=m*t+xl, yc=n*t+yl, zc=p*t+zl、 (3)且有垂线方向向量(x0-xc, y0-yc, z0-zc)和直线方向向量(m, n, p)的数量积等于0，即：m*(x0- xc)+n*(y0-yc)+p*(z0-zc)=0 (4)把式(3)代入式(4)，可消去未知 数“xc, yc, zc”，得到t的表达式：t=[m*(x0-xl)+n*(y0- yl)+p*(z0-zl)]/(m*m+n*n+p*p) (5)点(x0, y0, z0)到直线的距离d就是该点和垂点(xc, yc, zc)的距离：d=√[(x0-xc)^2+(y0-yc)^2+(z0-zc)^2] (6)其中xc, yc, zc可以用式(3)和式(5)代入消去。 第 1 页共 1 页 第65题 空间角的计算 I ．题源探究·黄金母题 【例1】如图,在四棱锥P-ABCD 中,底面ABCD 是正方形,侧棱PD ⊥底面ABCD,PD=DC,点E 是PC 的中点,作EF ⊥PB 交PB 于点F. 图3.2-7 E A D B C P F (1)求证:PA//平面EDB; (2)求证:PB ⊥平面EFD; (3)求二面角C-PB-D 的大小. 【答案】（1）见解析（2）见解析（3）600 . 【解析】如图所示建立空间直角坐标系,点D 为坐标原点,设DC=1. y x z 图3.2-8 G E A D B C P F （3）解:已知PB ⊥EF,由(2)可知PB ⊥DF,故 ∠EFD 是二面角C-PB-D 的平面角. 设点F 的坐标为(x,y,z),则)1,,(-=z y x . 因为k =,所以0=?, 所以(1,1,-1)·(k,k,1-k)=k+k-1+k=3k-1=0, 所以31= k ，点F 的坐标为)3 2 ,31,31(。 又点E 的坐标为)21 ,21,0(， 所以)6 1 ,61,31(--=，因为 cos FE FD EFD FE FD ?∠= =， 1111121(,,)(,,)136633361266 3--?---==? 即∠EFD=600 ，即二面角C-PB-D 的大小为600 . 【点睛】直线与平面平行与垂直的证明,二面角大小的求解是高热点中的热点,几乎每年必考,而此 例题很好的展现了,用向量方法证明直线与平面平行与垂直,还给出了用向量方法求二面角的大小. II ．考场精彩·真题回放 【例2】【2017课标II 理10】已知直三棱柱 §空间角的计算(二) 编写：周洋 审核：黄爱华 一、知识要点 1.用向量方法解决两平面所成角； 2.用向量方法处理空间角的综合问题。 二、典型例题 例1.在正方体__1111ABCD A B C D 中，求二面角____ 11A BD C 的大小。 例2.已知E F 、分别是正方体__ 1111ABCD A B C D 的棱BC 和CD 的中点，求： ⑴1A D 与EF 所成角的大小； ⑵1A F 与平面1B EB 所成角正弦值大小； ⑶二面角____ 11C D B B 的余弦值。 三、巩固练习 1.在一个二面角的一个平面内有一点，它到棱的距离等于到另一面的距离的2倍，则这个二面角大小为 ； 2.在正方体1AC 中O 是底面ABCD 的中心，M 是1CC 的中点。 ⑴求证OM 是平面1A BD 的法向量； ⑵求二面角____ 1A A B D 的余弦值大小。 四、小结 C B D A D 1 C 1 A 1 B 1 五、作业 1.二面角的平面角θ与这两个平面的法向量的夹角关系是 ； 2.平面,,a b αβαβ??∥平面，且a b 、为异面直线。若α和β的距离为1，则a b 、之间的距离为 ； 3.在棱长为a 的正方体__ 1111ABCD A B C D 中，点A 到平面1A BD 的距离为 ； 4.已知正方形ABCD 和矩形ACEF 所在的平面互相垂直，1AB AF ==。 ⑴求二面角____A DF B 的大小； ⑵试在线段AC 上确定一点P ，使得PF 与CD 所成角为60°。 5.如图，矩形ABCD 的对角线,AC BD 相交于点O ，4,3AB AD ==，沿AC 把ACD ?折起，使 二面角____1D AC B 为直二面角，求二面角____ 1D BC A 的余弦值。 6.如图已知ABC ?和DBC ?所在的平面互相垂直，,120,AB BC BD CBA DBC ==∠=∠=?求 ⑴AD 与BC 所成角； ⑵AD 与平面BCD 所成角； ⑶二面角____A BD C 的余弦值。 订正栏： F E D C B A O D 1 D A B C O B A C D A B C D 空间坐标计算距离及计算器算角度 在空间中坐标计算距离： 设A（x1,y1,z1）,B（x2,y2,z2） |AB|=√[(x1-x2)^2 + (y1-y2)^2 + (z1-z2)^2] （工程中Z项为0，开根号时忽略Z的值---数值过小可忽略） |AB|=√[(x1-x2)^2 + (y1-y2)^2 ] 角度计算方法： Rab（锐角） Rab=acrtan[（Yb-Ya）/（Xb-Xa）] （计算出来为十进制度表示法，转换为度分秒见下） α=360°-Rab 例：后视点D41（3137842.164,537144.921）前视点D41-1 （3137826.46,537253.133）求S,α。 ①S= √[（Yb-Ya）^2+（Xb-Xa）^2] =109.346m Rab=acrtan[（Yb-Ya）/（Xb-Xa）] =acrtan（108.212/15.704） =acrtan6.890728（最好保留6位） ②计算器算acrtan6.890728 输入6.890728 点计算器上Inv +tan显示atand（6.890728）=81.742736（此时为十进制度数）再点dms（转换度分 秒）=81.4433即为81°44′33″ ③最后α=360°- 81°44′33″=278°15′26″ 计算器算角度转换度分秒 点开始----程序----附件----计算器 这个计算器有两种模式，点《查看》有一个下拉菜单，有标准型和科学型。选择科学型。在输入区下方有一排选项十六进制；十进制；八进制；二进制；角度；弧度；梯度。一般默认就是十进制和角度，如不是则应点上十进制和角度。 例：把18.69和15.5度转换成度分秒（电脑配置的科学计算器可能没有Hyp可少这一步） 先输入18.69---再钩上Hyp---再点dms。这时就显示18.4124， 这就是18度41分24秒。 输入15.5---钩上Hyp---点dms。显示15.3，就是15度30分。 如把度分秒转换为度（接上例） 先输入18.4124---钩上Ⅰnv---再点dms,就转换成度了18.69度。 要求函数值就必须输入度数，输入度数后正弦点sin；余弦点cos ；正切点tan,函数值直接就显示出来了。 高中数学立体几何 空间距离 1.两条异面直线间的距离 和两条异面直线分别垂直相交的直线，叫做这两条异面直线的公垂线；两条异面直线的公垂线在这两条异面直线间的线段的长度，叫做两条异面直线的距离. 2.点到平面的距离 从平面外一点引一个平面的垂线，这点和垂足之间的距离叫做这个点到这个平面的距离. 3.直线与平面的距离 如果一条直线和一个平面平行，那么直线上各点到这平面的距离相等，且这条直线上任意一点到平面的距离叫做这条直线和平面的距离. 4.两平行平面间的距离 和两个平行平面同时垂直的直线，叫做这两平行平面的公垂线，它夹在两个平行平面间的公垂线段的长叫做这两个平行平面的距离. 题型一：两条异面直线间的距离 【例1】 如图，在空间四边形ABCD 中，AB =BC =CD =DA =AC =BD =a ，E 、F 分别是AB 、CD 的中点. (1)求证：EF 是AB 和CD 的公垂线； (2)求AB 和CD 间的距离； 【规范解答】 (1)证明：连结AF ，BF ，由已知可得AF =BF . 又因为AE =BE ，所以FE ⊥AB 交AB 于E . 同理EF ⊥DC 交DC 于点F . 所以EF 是AB 和CD 的公垂线. (2)在Rt △BEF 中，BF = a 23 ,BE =a 21, 所以EF 2=BF 2-BE 2=a 2 12，即EF =a 22 . 由(1)知EF 是AB 、CD 的公垂线段，所以AB 和CD 间的距离为 a 2 2 . 【例2】 如图,正四面体ABCD 的棱长为1，求异面直线AB 、CD 之间的距离. 设AB 中点为E ，连CE 、ED . ∵AC =BC ,AE =EB .∴CD ⊥AB .同理DE ⊥AB . ∴AB ⊥平面CED .设CD 的中点为F ,连EF ，则AB ⊥EF . 同理可证CD ⊥EF .∴EF 是异面直线AB 、CD 的距离. ∵CE =23 ,∴CF =FD =2 1,∠EFC =90°,EF = 2221232 2 =??? ??-??? ? ??. ∴AB 、CD 的距离是 2 2 . 【解后归纳】 求两条异面直线之间的距离的基本方法： （1）利用图形性质找出两条异面直线的公垂线，求出公垂线段的长度. （2）如果两条异面直线中的一条直线与过另一条直线的平面平行，可以转化为求直线与平面的距离. 例1题图 例2题图 2.4. 空间直角坐标系与空间两点的距离公式 课程学习目标 ［课程目标］ 目标重点：空间直角坐标系和点在空间直角坐标系中的坐标及空间两点距离公式.目标难点：确定点在空间直角坐标系中的坐标，以及空间距离公式的推导. ［学法关键］ 1．在平面直角坐标系中，过一点作一条轴的平行线交另一条轴于一点，交点在这个轴上的坐标，就是已知点相应的一个坐标，类似地，在空间直角坐标系中，过一点作两条轴确定的平面的平行平面交另一条轴于一点，交点在这条轴上的坐标就是已知点的一个相应的坐标. 2．通过类比平面内两点间的距离公式来理解空间两点的距离公式 研习点1．空间直角坐标系 为了确定空间点的位置，我们在空间中取一点O作为原点，过O点作三条两两垂直的数轴，通常用x、y、z表示. 轴的方向通常这样选择：从z轴的正方向看，x轴的半轴沿逆时针方向转90°能与y轴的半轴重合. 这时，我们在空间建立了一个直角坐标系O－xyz，O叫做坐标原点. 如何理解空间直角坐标系？ 1．三条坐标轴两两垂直是建立空间直角坐标系的基础； 2．在空间直角坐标系中三条轴两两垂直，轴的方向通常这样选择：从z轴的正方向看，x轴的半轴沿逆时针方向转90°能与y轴的半轴重合； 3．如果让右手拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向，如果中指指向z轴的正方向，那么称这个坐标系为右手直角坐标系，一般情况下，建立的坐标系都是右手直角坐标系； 4．在平面上画空间直角坐标系O－xyz时，一般情况下使∠xOy=135°，∠yOz=90°. 研习点2．空间点的坐标 1．点P的x坐标：过点P作一个平面平行于平面yOz，这样构造的平面同样垂直于x轴，这个平面与x轴的交点记为P x，它在x轴上的坐标为x，这个数x就叫做点P的x坐标；2．点P的y坐标：过点P作一个平面平行于平面xOz，这样构造的平面同样垂直于y轴，这个平面与y轴的交点记为P y，它在y轴上的坐标为y，这个数y就叫做点P的y坐标；3．点P的z坐标：过点P作一个平面平行于平面xOy，这样构造的平面同样垂直于z轴，这个平面与z轴的交点记为P z，它在z轴上的坐标为z，这个数z就叫做点P的z坐标； 这样，我们对空间的一个点，定义了一组三个有序数作为它的坐标，记做P(x，y，z)，其中x，y，z也可称为点P的坐标分量. 空间角及空间距离的计算 1.异面直线所成角：使异面直线平移后相交形成的夹角，通常在在两异面直线中的一条上取一点， 过该点作另一条直线平行线， 2. 斜线与平面成成的角：斜线与它在平面上的射影成的角。如图：PA 是平面α的一条斜线，A 为斜足，O 为垂足，OA 叫斜线PA 在平面α上射影，PAO ∠为线面角。 3.二面角：从一条直线出发的两个半平面形成的图形，如图为二面角l αβ--，二面角的大小 指的是二面角的平面角的大小。二面角的平面角分别在两个半平面内且角的两边与二面角的棱垂直 用二面角的平面角的定义求二面角的大小的关键点是： ①明确构成二面角两个半平面和棱； ②明确二面角的平面角是哪个？ 而要想明确二面角的平面角，关键是看该角的两边是否都和棱垂直。（求空间角的三个步骤是“一 找”、“二证”、“三计算”） 4.异面直线间的距离：指夹在两异面直线之间的公垂线段的长度。如图PQ 是两异面直线间的 距离 （异面直线的公垂线是唯一的，指与两异面直线垂直且相交的直线） 5. 点到平面的距离：指该点与它在平面上的射影的连线段的长度。 如图：O 为P 在平面α上的射影， 线段OP 的长度为点P 到平面α的距离 长方体的“一角” 模型 在三棱锥P ABC -中，,,PA PB PB PC PC PA ⊥⊥⊥，且,,PA a PB b PC c ===. ①以P 为公共点的三个面两两垂直； ③P 在底面ABC 的射影是△ABC 的垂心 ----,,l OA OB l OA l OB l AOB αβαβαβ??⊥⊥∠如图：在二面角中，O 棱上一点，，， 的平面角。 且则为二面角 a b ''??如图：直线a 与b 异面，b//b ，直线a 与直线b 的夹角为两异 面直线与所成的角，异面直线所成角取值范围是（0，90] 求法通常有：定义法和等体积法 等体积法：就是将点到平面的距离看成是 三棱锥的一个高。 如图在三棱锥V ABC -中有： S ABC A SBC B SAC C SAB V V V V ----=== C A 选修 2-1 空间向量与立体几何 2015届高三文科数学立体几何空间角专题复习 考点1：两异面直线所成的角 例1.如图所示，在长方体1111ABCD A B C D -中，AB=AD=1，AA 1=2，M 是棱CC 1的中点 （Ⅰ）求异面直线A 1M 和C 1D 1所成的角的正切值； （Ⅱ）证明：平面ABM ⊥平面A 1B 1M 1 例2.（2010全国卷1文数）直三棱柱111ABC A B C -中，若 90BAC ∠=?，1AB AC AA ==，则异面直线1BA 与1AC 所 成的 角等于（C ） (A)30°(B)45°(C)60°(D)90° 变式训练： 1.（2009全国卷Ⅱ文）已知正四棱柱1111ABCD A B C D -中，1AA =2AB ，E 为1AA 中点，则异面直线BE 与1CD 所形成角的余弦值为(C) （A ）1010(B)15(C )31010(D)35 2.如图，直三棱柱111ABC A B C -，90BCA ?∠=，点1D 、1F 分别是11A B 、11A C 的中点，1BC CA CC ==，则1BD 与1AF 所成角的余弦值是（） A ．1030 B ．21 C ．15 30 D ．1015 3.（2012年高考（陕西理））如图,在空间直角坐标系中有直三棱 111ABC A B C -,12CA CC CB ==,则直线1BC 与直线1AB 夹角的余弦值为 （ ） A ．55 B ．53 C ．55 D ．35 第3题图第4题图第5题图 4．(2007全国Ⅰ·文)如图，正四棱柱1111ABCD A B C D -中，12AA AB =，则异面直线1A B 与1AD 所成角的余弦值为（ ） Ａ．15 Ｂ．25 Ｃ．35 Ｄ．45 5.（2012年高考（四川文理））如图,在正方体1111ABCD A B C D -中,M 、N 分别是CD 、1CC 的中点,则异面直线1A M 与DN 所成角的大小是 6.（2011年全国二文15）已知正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E 为C 1D 1的中点，则异面直线AE 与BC 所成角的余弦值为________． 7.已知正三棱柱111ABC A B C -的各条棱长都相等，M 是侧棱1CC 的中点，则异面直线1AB BM 和所成的角的大小是。8（2011年上海文）已知1111ABCD A B C D -是底面边长为1的正四棱柱，高12AA =，求 （1）异面直线BD 与1AB 所成角的余弦值； 10（2）四面体11AB D C 的体积. 考点2：直线与平面所成的角 例3.正方体ABCD -1111A B C D 中，1BB 与平面 D ） （A ）3（B （C ）23（D 例4.（2011年天津文17）如图1－7，在四棱锥P －ABCD 中，底面ABCD 为平行四边形， ∠ADC ＝45°，AD ＝AC ＝1，O 为AC 的中点，PO ⊥平面ABCD ，PO ＝2，M 为PD 的中点． (1)证明PB ∥平面ACM ；(2)证明AD ⊥平面P AC ； (3)求直线AM 与平面ABCD 所成角的正切值． 图1－7图1－8 【解答】(1)证明：连接BD ，MO .在平行四边形ABCD 中，因为O 为AC 的中点，所以O 为BD 的中点．又M 为PD 的中点，所以PB ∥MO .因为PB ?平面ACM ，MO ?平面ACM ，所以PB ∥平面ACM . D B D 1 B 2.3空间直角坐标系 考纲要求：①了解空间直角坐标系，会用空间直角坐标系表示点的位置． ②会推导空间两点间的距离公式． 2.3.1-2空间直角坐标系、空间两点间的距离 重难点：了解空间直角坐标系，会用空间直角坐标系刻画点的位置；会推导空间两点间的距离公式． 经典例题：在空间直角坐标系中，已知A（3，0，1）和B（1，0，－3），试问 （1）在y轴上是否存在点M，满足？ （2）在y轴上是否存在点M，使△MAB为等边三角形？若存在，试求出点M坐标． 当堂练习： 1．在空间直角坐标系中, 点P(1,2,3)关于x轴对称的点的坐标为（） A．(-1,2,3) B．(1,-2,-3) C．(-1, -2, 3) D．(-1 ,2, -3) 2．在空间直角坐标系中, 点P(3,4,5)关于yOz平面对称的点的坐标为（） A．(-3,4,5) B．(-3,- 4,5) C．(3,-4,-5) D．(-3,4,-5) 3．在空间直角坐标系中, 点A(1, 0, 1)与点B(2, 1, -1)之间的距离为（） A．B．6 C．D．2 4．点P( 1,0, -2)关于原点的对称点P/的坐标为（） A．(-1, 0, 2) B．(-1,0, 2) C．(1 , 0 ,2) D．(-2,0,1) 5．点P( 1, 4, -3)与点Q(3 , -2 , 5)的中点坐标是（） A．( 4, 2, 2) B．(2, -1, 2) C．(2, 1 , 1) D．4, -1, 2) 6．若向量在y轴上的坐标为0, 其他坐标不为0, 那么与向量平行的坐标平面是（） A．xOy平面B．xOz平面C．yOz平面D．以上都有可能7．在空间直角坐标系中, 点P(2,3,4)与Q (2, 3,- 4)两点的位置关系是（） A．关于x轴对称B．关于xOy平面对称C．关于坐标原点对称D．以上都不对 8．已知点A的坐标是(1-t , 1-t , t), 点B的坐标是(2 , t, t), 则A与B两点间距离的最小值为（） A．B．C．D． 9．点B是点A（1，2，3）在坐标平面内的射影，则OB等于（）A．B．C．D． 一、选择题 1.如图所示，已知三棱柱ABC －A 1B 1C 1的侧棱与底面边长都相等，A 1在底面ABC 上的投影D 为BC 的中点，则异面直线AB 与CC 1所成的角的余弦值为( ) A.34 B.54 C. 74 D.34 2．已知正三棱柱ABC －A 1B 1C 1的体积为9 4，底面是边长为3的正三角形．若P 为△A 1B 1C 1的中 心，则PA 与平面ABC 所成角的大小为( ) A.π6 B.π3 C.π4 D.23 π 3.如图所示，在三棱锥S —ABC 中，△ABC 是等腰三角形，AB ＝BC ＝2a ，∠ABC ＝120°，SA ＝3a ，且SA ⊥平面ABC ，则点A 到平面SBC 的距离为( ) A.3a 2 B.a 2 C.5a 2 D.7a 2 二、填空题 4.如图，在等腰直角三角形ABD中，∠BAD＝90°，且等腰直角三角形ABD与等边三角形BCD 所在平面垂直，E为BC的中点，则AE与平面BCD所成角的大小为________． 5.如图所示，在三棱锥S－ABC中，△SBC，△ABC都是等边三角形，且BC＝1，SA＝ 3 2 ，则 二面角S－BC－A的大小为________． 6．如图，在棱长为1的正方体ABCD－A1B1C1D1中，点P在线段AD1上运动，给出以下命题： ①异面直线C1P与B1C所成的角为定值； ②二面角P－BC1－D的大小为定值； ③三棱锥D－BPC1的体积为定值； ④异面直线A1P与BC1间的距离为定值． 其中真命题的个数为________． 三、解答题 7.(2016·潍坊模拟)如图所示，底面ABC为正三角形，EA⊥平面ABC，DC⊥平面ABC，EA＝AB＝2DC＝2a，设F为EB的中点． (1)求证：DF∥平面ABC； (2)求直线AD与平面AEB所成角的正弦值． 空间直角坐标系与空间两点的距离公式 空间直角坐标系 为了确定空间点的位置，我们在空间中取一点O作为原点，过O点作三条两两垂直的数轴，通常用x、y、z表示. 轴的方向通常这样选择：从z轴的正方向看，x轴的半轴沿逆时针方向转90°能与y轴的半轴重合. 这时，我们在空间建立了一个直角坐标系O－xyz，O叫做坐标原点. 如何理解空间直角坐标系？ 1．三条坐标轴两两垂直是建立空间直角坐标系的基础； 2．在空间直角坐标系中三条轴两两垂直，轴的方向通常这样选择：从z轴的正方向看，x轴的半轴沿逆时针方向转90°能与y轴的半轴重合； 3．如果让右手拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向，如果中指指向z轴的正方向，那么称这个坐标系为右手直角坐标系，一般情况下，建立的坐标系都是右手直角坐标系； 4．在平面上画空间直角坐标系O－xyz时，一般情况下使∠xOy=135°，∠yOz=90°. 空间点的坐标 1．点P的x坐标：过点P作一个平面平行于平面yOz，这样构造的平面同样垂直于x轴，这个平面与x轴的交点记为P x，它在x轴上的坐标为x，这个数x就叫做点P的x坐标；2．点P的y坐标：过点P作一个平面平行于平面xOz，这样构造的平面同样垂直于y轴，这个平面与y轴的交点记为P y，它在y轴上的坐标为y，这个数y就叫做点P的y坐标；3．点P的z坐标：过点P作一个平面平行于平面xOy，这样构造的平面同样垂直于z轴，这个平面与z轴的交点记为P z，它在z轴上的坐标为z，这个数z就叫做点P的z坐标； 这样，我们对空间的一个点，定义了一组三个有序数作为它的坐标，记做P(x，y，z)，其中x，y，z也可称为点P的坐标分量. 已知数组(x，y，z)，如何作出该点？ 对于任意三个实数的有序数组(x，y，z)： （1）在坐标轴上分别作出点P x，P y，P z，使它们在x轴、y轴、z轴上的坐标分别是x、y、z； （2）再分别通过这些点作平面平行于平面yOz、xOz、xOy，这三个平面的交点就是所求的点. 空间点的坐标 1．在空间直角坐标系中，每两条轴分别确定的平面xOy、yOz、xOz叫做坐标平面；2．坐标平面上点的坐标的特征： xOy平面（通过x轴和y轴的平面）是坐标形如（x，y，0）的点构成的点集，其中x、y为任意实数 yOz平面（通过y轴和z轴的平面）是坐标形如（0，y，z）的点构成的点集，其 空间角专题 求空间角的步骤：(1)找出或作出有关的图形；(2)证明它符合定义；(3)计算 一、线线角：异面直线所成的角. (1)范围是(0o，90o]； (2)求解的一般方法有： ①平移法：在异面直线中的一条直线上选择一“特殊点”，作另一直线的平行线（单移法）； 或平移两直线至同一图形中（双移法）。 ②补形法.把空间图形补成熟悉的可完整的几何体，如正方体、平行六面体、长方体等， 其目的在于容易发现两条异面直线间的关系。 二、线面角：直线与平面所成的角. (1)范围是[0o，90o]； （2）常用结论： ①最小值定理：平面的斜线和平面所成的角是斜线和平面内经过斜足的直线所成的一切角中最小的角. 即平面外的一条直线与平面内所有直线所成的角中，与其射影所成的角最小。 ②“三余弦”定理：如图所示，AB和平面 M所成的角是α， B AC在平面M内，AC和AB在平面M内的射影AB1所成的角是β， A B1 设∠BAC=θ，则α，β，θ满足关系cosθ=cosα·cosβ. M D C ③从一个角的顶点引这个角所在平面的斜射线，使斜射线和这个角两边的夹角相等，则斜线在平面内的射影是这个角的平分线所在的直线。(数学第二册下第29页) ④如果一个角所在平面外一点到角的两边距离相等，那么这一点在平面内的射影在这个角的平分线所在的直线上。(同上26页) （3）求解的方法： ①作出射影线段，在直角三角形中求解； ②先利用等体积法求出斜线段上某一点P到平面的距离h，在直角三解形中利用三角函数 sin h l α=（l 为P 到斜足的距离）可求。 三、二面角.二面角的大小是用它的平面角θ来度量的.当两个半平面相交时0θπ<<. 当二面角的两个面重合时，规定二面角的大小为0，当二面角的两个面合成一个平面时，规定二面角的大小为π。 二面角的平面角的常见作法 (1)定义法：二面角α-l -β，O 是l 上任一点， β B 在面α、β内作：OA ⊥l ，OB ⊥l ，则∠AOB 是二面 图1 l O 角α-l -β的平面角.且有l ⊥平面AOB 。(图1所示 ) α A (2)垂面法：自二面角一点分别向这个二面角的两个面引垂线，则它们所成的角与这个二面角的平面角互补。(数学第二册下第39页)(图2所示) (3)三垂线法： (4)对称法：二面角的两个平面是由两个有公共底的等腰三角形组成的，或有公共底的等腰梯形；或者一个是等腰三角形，另一个是等腰梯形且有公共底。在作二面角的平面角时，通常是取底边的中点，连结顶点，利用等腰三角形(或梯形)的对称性可以得出垂直。 (5)全等三角形(全等图形)法：在正棱锥或特殊的斜三棱柱中，研究相邻两侧面所组成 的二面角的大小时，经常在一个侧面上过一个顶点作侧棱的垂线，连结相关顶点则可以利用全等三角形的方法证明所连结的线也垂直该棱。 (6)利用射影面积求二面角：在缺棱的前提下，研究一个平面图形γ在另一个平面内的射影的平面图形γ1，设γ的面积为S ，γ1的面积为影S ,所成的二面角大小为θ，则S co s 影 S =θ。注意：一定要指出线面垂直，然后设角写公式。 1、（2007湖北部分重点中学联考）二面角l αβ--的平面角为 56π，直线a ⊥平面α，直线b ?平面β，则直线a 与直线b 所成的角的范围为（C ） A 、[0,]2π B 、[,]62ππ C 、[,]32ππ D 、[0,]3π 解析：当b 与l 平行或重合时，a b ⊥，a 与b 所成的角为2 π，故D 错；当b 与l 相交时，则 高中数学立体几何 空间距离 1.两条异面直线间的距离 和两条异面直线分别垂直相交的直线，叫做这两条异面直线的公垂线；两条异面直线的公垂线在这两条异面直线间的线段的长度，叫做两条异面直线的距离. 2.点到平面的距离 从平面外一点引一个平面的垂线，这点和垂足之间的距离叫做这个点到这个平面的距离. 3.直线与平面的距离 如果一条直线和一个平面平行，那么直线上各点到这平面的距离相等，且这条直线上任意一点到平面的距离叫做这条直线和平面的距离. 4.两平行平面间的距离 和两个平行平面同时垂直的直线，叫做这两平行平面的公垂线，它夹在两个平行平面间的公垂线段的长叫做这两个平行平面的距离. 题型一：两条异面直线间的距离 【例1】 如图，在空间四边形ABCD 中，AB =BC =CD =DA =AC =BD =a ，E 、F 分别是AB 、CD 的中点. (1)求证：EF 是AB 和CD 的公垂线； (2)求AB 和CD 间的距离； 【规范解答】 (1)证明：连结AF ，BF ，由已知可得AF =BF . 又因为AE =BE ，所以FE ⊥AB 交AB 于E . 同理EF ⊥DC 交DC 于点F . 所以EF 是AB 和CD 的公垂线. (2)在Rt △BEF 中，BF =a 23,BE =a 2 1, 所以EF 2=BF 2-BE 2=a 2 1 2，即EF =a 22. 由(1)知EF 是AB 、CD 的公垂线段，所以AB 和CD 间的距离为a 2 2. 【例2】 如图,正四面体ABCD 的棱长为1，求异面直线AB 、CD 之间的距离. 设AB 中点为E ，连CE 、ED . ∵AC =BC ,AE =EB .∴CD ⊥AB .同理DE ⊥AB . ∴AB ⊥平面CED .设CD 的中点为F ,连EF ，则AB ⊥EF . 同理可证CD ⊥EF .∴EF 是异面直线AB 、CD 的距离. ∵CE =23,∴CF =FD =21,∠EFC =90°,EF =2221232 2=??? ??-??? ? ??. ∴AB 、CD 的距离是 2 2 . 【解后归纳】 求两条异面直线之间的距离的基本方法： （1）利用图形性质找出两条异面直线的公垂线，求出公垂线段的长度. （2）如果两条异面直线中的一条直线与过另一条直线的平面平行，可以转化为求直线与平面的距离. （3）如果两条异面直线分别在两个互相平行的平面内，可以转化为求两平行平面的距离. 题型二：两条异面直线间的距离 【例3】 如图(1),正四面体ABCD 的棱长为1，求：A 到平面BCD 的距离； 过A 作AO ⊥平面BCD 于O ，连BO 并延长与CD 相交于E ，连AE . ∵AB =AC =AD ,∴OB =OC =OD .∴O 是△BCD 的外心.又BD ＝BC ＝CD ， ∴O 是△BCD 的中心，∴BO =3 2 BE =332332=?. 又AB ＝1，且∠AOB =90°,∴AO =363312 22=?? ? ? ?? -=-BO AB .∴A 到平面BCD 的距离是36. 例1题图 例2题图 例3题图空间两点之间的距离公式
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一、选择题：
1．在正三棱柱 ABC—A1B1C1 中，若 AB＝ 2 BB1，则 AB1 与 C1B 所成的角的大小为（ ）
A．60°
B．90°
C．105°
D．75°
2．如图，ABCD—A1B1C1D1 是正方体，B1E1＝D1F1＝ A1B1 ，则
BE1
4
与 DF1 所成角的余弦值是（ ）
A． 15 B． 1 C． 8 D． 3
17 2 17 2
图
3．如图，A1B1C1—ABC 是直三棱柱，∠BCA=90°，点 D1、F1
分别是 A1B1、A1C1 的中点，若 BC=CA=CC1，则 BD1 与 AF1 所成角
的余弦值是（ ）
A． 30 B． 1 C． 30 D． 15
10
2
15
10
4．正四棱锥 S ABCD 的高 SO 2 ，底边长 AB 2 ，则异面直线 BD 和
图
SC 之间的距离（ ）
A． 15 5
B． 5 5
C ．2 5 5
D． 5 10
5．已知 ABC A1B1C1 是各条棱长均等于 a 的正三棱柱， D 是侧棱 CC1 的 A1 中点．点 C1 到平面 AB1D 的距离（ ）
A． 2 a B． 2 a C． 3 2 a D． 2 a
4
8
4
2
6．在棱长为1 的正方体 ABCD A1B1C1D1 中，则平面 AB1C 与平面 A1C1D 间 A
的距离
（）
A． 3 6
B． 3 3
C ．2 3 3
C1 B1
D
C B图
D． 3 2
7．在三棱锥 P－ABC 中，AB⊥BC，AB＝BC＝ 1 PA，点 O、D 分别是 AC、PC 的中点，OP⊥ 2
底面 ABC，则直线 OD 与平面 PBC 所成角的正弦值
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