二面角及其度量同步练习1
高二数学学案二面角及其度量(一)
学案6：二面角及其度量一、学习目标：1、理解二面角的平面角的概念2、会求二面角 二、学习重点：求二面角的大小。
学习难点：找二面角的平面角 三、学习过程：学习活动一：定义法求二面角 【问题1】二面角的定义平面内的一条直线将平面分成两部分，其中每一部分叫做 。
从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做 ，这条直线叫做 ，每个半平面叫做 。
棱为l ，两个面分别为α，β的二面角，记为________． 【问题2】二面角的平面角在二面角α—l —β的棱上任取一点O ，在两个半平面内分别作射线OA ⊥l 、OB ⊥l ，则________叫做二面角α—l —β的平面角． 【问题3】直二面角平面角是________的二面角叫做直二面角，相交成直二面角的两个平面就是 的平面．注意：二面角的大小可以用它的 来度量小试牛刀1：1．如图，在正方体ABCD —A 'B 'C 'D '中， (1) 平面ABC 'D '与底面ABCD 所成二面角的棱是 ，平面角是 ，大小是 ； (2) 平面ABC 'D '与后面DCC 'D '所成二面角的棱是 ，平面角是 ，大小是 (3) 平面ABC 'D '与侧面B 'BCC '所成二面角的棱是 ，平面角是 ，大小是 ；(4)二面角C '-BD-C 的棱是 ，平面角是 ，二面角的正切值是 .2．如图，将边长为a 的正三角形ABC ，沿BC 边上的高线AD 将△ABC 折起，若折起后B 、C 间距离为a2，则二面角B —AD —C 的平面角是 大小为____．学习活动二：向量法求二面角【方法一】分别在二面角α-l-β的面α，β内，作向量n 1⊥l ，n 2⊥l ，则可用 度量这个二面角. 小试牛刀2：一个二面角的两个面内都和二面角的棱垂直的两个向量分别为（0,1,2）和（1,2,2），则这个二面角的余弦值为 ． 【方法二】法向量法设m 1⊥α，m 2⊥β，则〈m 1，m 2〉与该二面角 ． 注意：此方法的运用适宜于：①在空间直角坐标系下，平面α，β的法向量便于确定．②二面角的大小便于定性(锐角、钝角)．从图中便于直观获得二面角为锐角或钝角．小试牛刀3：已知两平面的法向量分别为m=（0,1,0），n=（0,1,1），且两平面所成的二面角为钝角，则两平面所成的二面角为 ．学习活动三：射影面积法求二面角【方法】已知二面角α-l -β的度数为θ（0≤θ≤2π），在α面内有△ABC,它在β内的射影为△A ’B ’C ’,且它们的面积分别为S 、S ’则有 即cos θ=小试牛刀4：在正方体AC 1中，E 、F 分别是B 1C 1、C 1D 1的中点，若截面EFDB与侧面BCC 1B 1所成的锐二面角为θ，则cos θ＝________.四、整体建构五、应用学习1．如图，四棱锥P —ABCD 的底面是边长为2的正方形，其他四个侧面都是侧棱长为5的等腰三角形，试画出二面角P —AB —C的平面角并求它的度数．2、二面角的棱上有A 、B 两点，直线AC 、BD 分别在这个二面角的两个半平面内，且都垂直于AB .已知AB ＝2，AC ＝3，BD ＝3，CD ＝13，求该二面角的大小3、如图，四棱锥P —ABCD 中，PA ⊥底面ABCD .底面ABCD 为边长是1的正方形，PA ＝1，求平面PCD 与平面PAB 夹角的大小．4、△ABC 是边长为1的正三角形，CD ⊥平面ABC ，且CD=1，求二面角B-AD-C 的大小。
高二数学二面角专项练习题及参考答案(精品)
高二数学二面角专项练习题及参考答案班级_____________姓名_____________一、定义法：直接在二面角的棱上取一点，分别在两个半平面内作棱的垂线，得出平面角. 例1 在四棱锥P-ABCD 中，ABCD 是正方形，PA ⊥平面ABCD ，PA=AB=a ，求二面角B-PC-D 的大小。
二、垂线法：已知二面角其中一个面内一点到一个面的垂线，用三垂线定理或逆定理作出二面角的平面角；例2 在四棱锥P-ABCD 中，ABCD 是平行四边形，PA ⊥平面ABCD ，PA=AB=a ，∠ABC=30°，求二面角P-BC-A 的正切。
三、垂面法：作棱的垂直平面，则这个垂面与二面角两个面的交线所夹的角就是二面角的平面角 例3 在四棱锥P-ABCD 中，ABCD 是正方形，PA ⊥平面ABCD ，求B-PC-D 的大小。
四、投影面积法:一个平面α上的图形面积为S ，它在另一个平面β上的投影面积为S'，这两个平面的夹角为θ，则S'=Scos θ或cos θ=/SS .例4 在四棱锥P-ABCD 中，ABCD 为正方形，PA ⊥平面ABCD ，PA ＝AB ＝a ，求平面PBA 与平面PDC 所成二面角的大小。
五、补形法：对于一类没有给出棱的二面角，应先延伸两个半平面，使之相交出现棱，然后再选用上述方法（尤其要考虑射影法）。
例5、在四棱锥P-ABCD 中，ABCD 为正方形，PA ⊥平面ABCD ，PA ＝AB ＝a ，求平面PBA 与平面PDC 所成二面角的大小。
方法归纳：二面角的类型和求法可用框图展现如下： [基础练习]1． 二面角是指 （ ） A 两个平面相交所组成的图形B 一个平面绕这个平面内一条直线旋转所组成的图形C 从一个平面内的一条直线出发的一个半平面与这个平面所组成的图形D 从一条直线出发的两个半平面所组成的图形2．平面α与平面β、γ都相交，则这三个平面可能有 （ ） A 1条或2条交线 B 2条或3条交线C 仅2条交线D 1条或2条或3条交线3．在300的二面角的一个面内有一个点，若它到另一个面的距离是10，则它到棱的距离是( )A 5B 20C 210 D225 4．在直二面角α-l-β中，RtΔABC 在平面α内，斜边BC 在棱l 上，若AB 与面β所成的角为600，则AC 与平面β所成的角为 （ ） A 300 B 450 C 600 D 1200 5．如图，射线BD 、BA 、BC 两两互相垂直，AB=BC=1，BD=26， 则弧度数为3的二面角是（ ） A D-AC-B B A-CD-BC A-BC-D D A-BD-C6．△ABC 在平面α的射影是△A 1B 1C 1，如果△ABC 所在平面和平面α成θ，则有（ ） A S △A1B1C1=S △ABC ·sinθ B S △A1B1C1= S △ABC ·cosθC S △ABC =S △A1B1C1·sinθD S △ABC =S △A1B1C1·cosθ7．如图，若P 为二面角M-l-N 的面N 内一点，PB ⊥l ，B 为垂足，A 为l 上一点，且∠PAB=α，PA 与平面M 所成角为β，二面角M-l-N 的 大小为γ，则有 （ ）A.sinα=sinβsinγB.sinβ=sinαsinγC.sinγ=sinαsinβ D 以上都不对AB C DAB M NP l C1A1B1D8．在600的二面角的棱上有两点A 、B ，AC 、BD 分别是在这个二面角的两个面内垂直于AB 的线段，已知：AB=6，AC=3，BD=4，则CD= 。
高二数学人教B选修同步练习二面角及其度量
3.2.4二面角及其度量 一、选择题 1．如果一个二面角的两个半平面分别平行于另一个二面角的两个半平面，则这两个二面角的大小关系是( )A ．相等B ．互补C ．相等或互补D ．不能确定[答案] C[解析] 二面角的两个面对应平行，当方向相同时，两个二面角大小相等，当方向不同时，两个二面角大小互补．2．已知平面α内有一个以AB 为直径的圆，P A ⊥α，点C 在圆周上(异于点A ，B )，点D 、E 分别是点A 在PC 、PB 上的射影，则( )A ．∠ADE 是二面角A —PC —B 的平面角B ．∠AED 是二面角A —PB —C 的平面角C ．∠DAE 是二面角B —P A —C 的平面角D ．∠ACB 是二面角A —PC —B 的平面角[答案] B[解析] 由二面角定义及三垂线定理知选B.3．如图所示，M ，N 是直角梯形ABCD 两腰的中点，DE ⊥AB于E ，现将△ADE 沿DE 折起，使二面角A —DE —B 为45°，此时点A 在平面BCDE 内的射影恰为点B ，则M ，N 的连线与AE 所成的角的大小为( )A ．45°B ．90°C ．135°D ．180°[答案] B[解析] 建系如图所示，由题意知△ABE 为等腰直角三角形，设CD ＝1，则BE ＝1，AB ＝1，AE ＝2，设BC ＝DE ＝2a ，则E (0,0,0)，A (1,0,1)，N (1，a,0)，D (0,2a,0)，M (12，a ，12)，所以MN →＝(12，0，－12)，AE →＝(－1,0，－1)，所以MN →·AE →＝(12，0，－12)·(－1,0，－1)＝0.故AE →⊥MN →，从而MN 与AE 所成的角为90°.4．如图所示，在边长为a 的正△ABC 中，AD ⊥BC ，沿AD 将△ABC 折起，若折起后B 、C 两点间距离为12a ，则二面角B －AD －C 的大小为( ) A ．30°B ．45°C ．60°D ．90° [答案] C5．将正方形ABCD 沿对角线折成直二面角，则二面角A —BC —D 的平面角的余弦值是( )A.12B.22C.33D.55 [答案] C6．正四棱锥P —ABCD 的两相对侧面P AB 与PCD 互相垂直，则相邻两个侧面所成二面角的大小为( )A.π4B.π3C.π2D.2π3[答案] D7．在矩形ABCD 中，AB ＝3，AD ＝4，P A ⊥平面ABCD ，P A ＝435，那么二面角A —BD —P 的度数是( )A ．30°B ．45°C ．60°D ．75° [答案] A8．如图所示，已知点P 为菱形ABCD 外一点，且P A ⊥面ABCD ，P A ＝AD ＝AC ，点F 为PC 中点，则二面角C —BF —D 的正切值为( )A.36 B.34 C.33 D.233[答案] D[解析] 如右图所示，连接AC ，AC ∩BD ＝O ，连接OF ，以O 为原点，OB ，OC ，OF 所在直线分别为x ，y ，z 轴建立空间直角坐标系O —xyz ，设P A ＝AD ＝AC ＝1，则BD ＝3，∴B ⎝⎛⎭⎫32，0，0，F ⎝⎛⎭⎫0，0，12，C ⎝⎛⎭⎫0，12，0，D (－32，0,0)，结合图形可知，OC →＝⎝⎛⎭⎫0，12，0且OC →为面BOF 的一个法向量，由BC →＝⎝⎛⎭⎫－32，12，0，FB →＝(32，0，－12)，可求得面BCF 的一个法向量n ＝(1，3，3)．∴cos 〈n ，OC →〉＝217，sin 〈n ，OC →〉＝277， ∴tan 〈n ，OC →〉＝233. 9．已知ABCD 是正方形，E 是AB 的中点，将△DAE 和△CBE 分别沿DE 、CE 折起，使AE 与BE 重合，A 、B 两点重合后记为点P ，那么二面角P －CD －E 的大小为( )A ．30°B ．45°C ．60°D ．90°[答案] A[解析] 取CD 中点F ，由二面角定义知∠PFE 为其平面角，设PE ＝a ，则EF ＝2a ，∴sin θ＝a 2a ＝12， ∴二面角P —CD —E 为30°.10．二面角的棱上有A 、B 两点，直线AC 、BD 分别在这个二面角的两个半平面内，且都垂直于AB .已知AB ＝4，AC ＝6，BD ＝8，CD ＝217，则该二面角的大小为( )A ．150°B ．45°C ．60°D ．120°[答案] C[解析] 由条件，知CA →·AB →＝0，AB →·BD →＝0，CD →＝CA →＋AB →＋BD →.∴|CD →|2＝|CA →|2＋|AB →|2＋|BD →|2＋2CA →·AB →＋2AB →·BD →＋2CA →·BD →＝62＋42＋82＋2×6×8cos 〈CA →，BD →〉＝(217)2，∴cos 〈CA →，BD →〉＝－12， 即〈CA →，BD →〉＝120°，∴二面角的大小为60°，故选C.二、填空题11．如图所示，将边长为a 的正三角形ABC ，沿BC 边上的高线AD 将△ABC 折起，若a折起后B、C间距离为2，则二面角B—AD—C的大小为________．[答案] 60°12．若P 是△ABC 所在平面外一点，且△PBC 和△ABC 都是边长为2的正三角形，P A ＝6，那么二面角P —BC —A 的大小为________．[答案] 90°13．正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，截面A 1BD 和截面C 1BD 所成的二面角大小的余弦值为________．[答案] 1314．在正方体AC 1中，E 、F 分别是B 1C 1、C 1D 1的中点，若截面EFDB 与侧面BCC 1B 1所成的锐二面角为θ，则cos θ＝________.[答案] 23三、解答题15．如图，四棱锥P —ABCD 中，PB ⊥底面ABCD ，CD ⊥PD ，底面ABCD为直角梯形，AD ∥BC ，AB ⊥BC ，AB ＝AD ＝PB ＝3.点E 在棱P A 上，且PE＝2EA .求二面角A —BE —D 的大小．[解析] 以B 为原点，以BC 、BA 、BP 分别为x ，y ，z 轴建立如图所示的空间直角坐标系．设平面EBD 的一个法向量为n 1＝(x ，y,1)，因为BE →＝(0,2,1)，BD →＝(3,3,0)，由⎩⎪⎨⎪⎧ n 1·BE →＝0n 1·BD →＝0得⎩⎪⎨⎪⎧2y ＋1＝0，3x ＋3y ＝0.所以⎩⎨⎧ x ＝12，y ＝－12.于是n 1＝⎝⎛⎭⎫12，－12，1.又因为平面ABE 的一个法向量为n 2＝(1,0,0)， 所以，cos 〈n 1，n 2〉＝16＝66. 所以，二面角A —BE —D 的大小为arccos66. 16．如图所示，在棱长为1的正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，P 是棱CC 1上的一点，CP＝m ，试确定m ，使直线AP 与平面BDD 1B 1所成角的正弦值为33819.[解析] 如图，以D 为原点，DA ，DC ，DD 1所在直线分别为x ，y ，z 轴建立空间直角坐标系D —xyz ，则A (1,0,0)，P (0,1，m )，C (0,1,0)，D (0,0,0)．∴AP →＝(－1,1，m )，AC →＝(－1,1,0)，又AC →·BD →＝0，AC →·BB 1→＝0， ∴AC →是平面BDD 1B 1的一个法向量．设AP 与平面BDD 1B 1所成的角为θ，则sin θ＝cos ⎝⎛⎭⎫π2－θ＝|AP →·AC →||AP →||AC →|＝22×2＋m 2＝33819，∴m ＝13. 17．(2009·上海)如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AA 1＝BC ＝AB ＝2，AB ⊥BC ，求二面角B 1－A 1C －C 1的大小．[解析] 如图，建立空间直角坐标系．则A (2,0,0)，C (0,2,0)，A 1(2,0,2)，B 1(0,0,2)，C 1(0,2,2)， 设AC 的中点为M ，∵BM ⊥AC ，BM ⊥CC 1，∴BM ⊥平面A 1C 1C ，即BM →＝(1,1,0)是平面A 1C 1C 的一个法向量．设平面A 1B 1C 的一个法向量是n ＝(x ，y ，z )，A 1C →＝(－2,2，－2)，A 1B 1→＝(－2,0,0)，∴n ·A 1B 1→＝－2x ＝0，n ·A 1C →＝－2x ＋2y －2z ＝0，令z ＝1，解得x ＝0，y ＝1. ∴n ＝(0,1,1)，设法向量n 与BM →的夹角为φ，二面角B 1－A 1C －C 1的大小为θ，显然θ为锐角．∵cos θ＝|cos φ|＝|n ·BM →||n |·|BM →|＝12，解得θ＝π3， ∴二面角B 1－A 1C －C 1的大小为π3. 18．(2007·陕西)如图，在底面为直角梯形的四棱锥P —ABCD 中，AD ∥BC ，∠ABC ＝90°，P A ⊥平面ABCD ，P A ＝4，AD ＝2，AB ＝23，BC ＝6.(1)求证：BD ⊥平面P AC ；(2)求二面角A —PC —D 的大小．[解析] (1)如图，建立坐标系，则A (0,0,0)，B (23，0,0)，C (23，6,0)，D (0,2,0)，P (0,0,4)，∴AP →＝(0,0,4)，AC →＝(23，6,0)，BD →＝(－23，2,0)，∴BD →·AP →＝0，BD →·AC →＝0.∴BD ⊥AP ，BD ⊥AC ，又P A ∩AC ＝A ，∴BD ⊥平面P AC .(2)设平面PCD 的法向量为n ＝(x ，y,1)，则CD →·n ＝0，PD →·n ＝0，又CD →＝(－23，－4,0)，PD →＝(0,2，－4)，∴⎩⎪⎨⎪⎧ －23x －4y ＝0，2y －4＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝－433，y ＝2，∴n ＝⎝⎛⎭⎫－433，2，1 平面P AC 的法向量取为m ＝BD →＝(－23，2,0)，则cos 〈m ，n 〉＝m·n |m ||n |＝39331. ∴二面角A —PC —D 的大小为arccos 39331.。
二面角练习题
二面角练习题二面角是几何学中一个重要的概念，它与我们日常生活息息相关。
在几何学中，二面角是指两个平面的交线所形成的角度。
它不仅仅是一个数学概念，更是我们在空间中观察和测量角度的基本工具。
本文将通过一些练习题来帮助读者更好地理解和应用二面角的概念。
练习题一：已知一平面上有一条直线AB，另一平面上有一条直线CD，两平面相交于O点，求∠AOC和∠BOD的关系。
解析：根据二面角的定义，我们可以知道∠AOC和∠BOD的和为180度。
这是因为当两个平面相交时，它们所形成的二面角的度数之和为180度。
所以，∠AOC和∠BOD是互补角。
练习题二：在空间直角坐标系中，已知直线l1的方程为x+y+z=1，直线l2的方程为x-y+z=3，求直线l1和直线l2的二面角。
解析：为了求解这个问题，我们需要先找到直线l1和直线l2的方向向量。
直线l1的方向向量可以通过求解方程组x+y+z=1得到，即(1,1,1)。
同样地，直线l2的方向向量可以通过求解方程组x-y+z=3得到，即(1,-1,1)。
然后，我们可以通过计算这两个向量的夹角来求解二面角。
使用向量的点积公式可以得到cosθ = (1,1,1)·(1,-1,1) / |(1,1,1)||(1,-1,1)| = 1/√3。
因此，θ = arccos(1/√3)。
这就是直线l1和直线l2的二面角。
练习题三：在平面直角坐标系中，已知直线l的方程为2x+y+z=4，平面P的方程为x-2y+3z=6，求直线l和平面P的二面角。
解析：为了求解这个问题，我们首先需要找到直线l的方向向量。
由于直线l的方程为2x+y+z=4，我们可以得到方向向量为(2,1,1)。
然后，我们可以通过计算这个方向向量与平面P的法向量的夹角来求解二面角。
平面P的法向量可以通过平面的方程x-2y+3z=6得到，即(1,-2,3)。
使用向量的点积公式可以得到cosθ = (2,1,1)·(1,-2,3) / |(2,1,1)||(1,-2,3)| = 9/√30。
二面角练习题
二面角练习题二面角是指平面内两条相交线所形成的两个相对的角，也可以理解为两个线之间的夹角。
它在几何学和图形学中有着重要的应用，不仅能帮助我们理解线的交叉情况，还能用于求解各种几何问题。
本文将介绍二面角的基本概念和性质，并提供一些练习题供读者练习。
一、二面角的定义和基本性质1. 二面角定义：平面内两条相交线所围成的两个角称为二面角。
2. 二面角分类：二面角可分为锐角、直角和钝角三种类型，具体分类取决于两条相交线的夹角大小。
3. 二面角的度量：二面角的度量单位通常采用度（°）或弧度（rad）。
一般情况下，我们使用度数度量二面角。
4. 二面角的性质：- 锐角的二面角度数在0°~90°之间；- 直角的二面角度数为90°；- 钝角的二面角度数在90°~180°之间；- 二面角的度数和为180°。
二、二面角的练习题下面是几道关于二面角的练习题，通过解答这些题目，读者可以更好地理解二面角的概念和性质。
题目一：在平面内，一条直线AB与另一条直线CD相交，所成的二面角为60°，求另一侧相对的二面角度数。
解析：根据二面角的性质，两个相对二面角的度数和为180°。
所以，另一侧相对的二面角度数为180° - 60° = 120°。
题目二：如图所示，平面内有两条相交的直线AB和CD，以及一条过点B并垂直于CD的直线BE。
若BE与CD的夹角为70°，求∠BAD的度数。
解析：由题目可知，∠ABE和∠BED为相对的二面角。
根据二面角的性质，∠ABE的度数为70°。
又∠ABE和∠BAD互为补角，所以∠BAD的度数为180° - 70° = 110°。
题目三：在平面内，一条直线AB与另一条直线CD相交，所成的二面角为120°，求另一侧相对的二面角度数。
解析：根据二面角的性质，两个相对二面角的度数和为180°。
二面角专题训练
二面角专题训练一．解答题（共14小题）1．如图，在四棱锥S﹣ABCD中，AD∥BC且AD⊥CD；平面CSD⊥平面ABCD，CS⊥DS，CS=2AD=2；E为BS的中点，，求：（Ⅰ）点A到平面BCS的距离；（Ⅱ）二面角E﹣CD﹣A的大小．2．如图所示，在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，AB=1，AC=AA1=，∠ABC=60°．（1）证明：AB⊥A1C；（2）求二面角A﹣A1C﹣B的余弦值．3．如图所示，平面ABEF⊥平面ABCD，四边形ABEF与ABCD都是直角梯形，∠BAD=∠FAB=90°，BC，BE（Ⅰ）证明：C，D，F，E四点共面；（Ⅱ）设AB=BC=BE，求二面角A﹣ED﹣B的大小．4．如图，一张平行四边形的硬纸片ABC0D中，AD=BD=1，．沿它的对角线BD把△BDC0折起，使点C0到达平面ABC0D外点C的位置．（Ⅰ）证明：平面ABC0D⊥平面CBC0；（Ⅱ）如果△ABC为等腰三角形，求二面角A﹣BD﹣C的大小．5．如图，在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，平面A1BC⊥侧面A1ABB1．（Ⅰ）求证：AB⊥BC；（Ⅱ）若AA1=AC=a，直线AC与平面A1BC所成的角为θ，二面角A1﹣BC﹣A的大小为φ，求证：θ+φ=．6．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，PA⊥底面ABCD，AB⊥AD，AC⊥CD，∠ABC=60°，PA=AB=BC，E 是PC的中点．（I）证明：CD⊥AE；（II）证明：PD⊥平面ABE；（III）求二面角A﹣PD﹣C的大小．7．如图，在四面体ABCD中，平面ABC⊥平面ACD，AB⊥BC，AC=AD=2，BC=CD=1（Ⅰ）求四面体ABCD的体积；（Ⅱ）求二面角C﹣AB﹣D的平面角的正切值．8．如图，在锥体P﹣ABCD中，ABCD是边长为1的菱形，且∠DAB=60°，PA=PD=，PB=2，E，F分别是BC，PC的中点（1）证明：AD⊥平面DEF（2）求二面角P﹣AD﹣B的余弦值．9．如图，△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形，平面MCD⊥平面BCD，AB⊥平面BCD，AB=2．（1）求直线AM与平面BCD所成的角的大小；（2）求平面ACM与平面BCD所成的二面角的正弦值．10．如图，在五面体ABCDEF中，AB∥DC，，CD=AD=2，四边形ABFE为平行四边形，FA⊥平面ABCD，，求：（Ⅰ）直线AB到平面EFCD的距离；（Ⅱ）二面角F﹣AD﹣E的平面角的正切值．11．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PA⊥底面ABC，PA=AB，∠ABC=60°，∠BCA=90°，点D、E分别在棱PB、PC上，且DE∥BC．（1）求证：BC⊥平面PAC；（2）当D为PB的中点时，求AD与平面PAC所成的角的正弦值；（3）是否存在点E使得二面角A﹣DE﹣P为直二面角？并说明理由．12．如图，在直四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中，已知DC=DD1=2AD=2AB，AD⊥DC，AB∥DC．（I）设E是DC的中点，求证：D1E∥平面A1BD；（II）求二面角A1﹣BD﹣C1的余弦值．13．如图，在三棱锥A﹣BCD中，侧面ABD、ACD是全等的直角三角形，AD是公共的斜边，且AD=，BD=CD=1，另一个侧面是正三角形．（1）求证：AD⊥BC．（2）求二面角B﹣AC﹣D的大小．（3）在直线AC上是否存在一点E，使ED与面BCD成30°角？若存在，确定E的位置；若不存在，说明理由．14．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为矩形，PD⊥底面ABCD，E是AB上一点，PE⊥EC．已知，求（Ⅰ）异面直线PD与EC的距离；（Ⅱ）二面角E﹣PC﹣D的大小．二面角专题训练参考答案与试题解析一．解答题（共14小题）1．如图，在四棱锥S﹣ABCD中，AD∥BC且AD⊥CD；平面CSD⊥平面ABCD，CS⊥DS，CS=2AD=2；E为BS的中点，，求：（Ⅰ）点A到平面BCS的距离；（Ⅱ）二面角E﹣CD﹣A的大小．中，，故所求二面角的大小为2．如图所示，在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，AB=1，AC=AA1=，∠ABC=60°．（1）证明：AB⊥A1C；（2）求二面角A﹣A1C﹣B的余弦值．=ADB=，ADB=，的余弦值为3．如，平面ABEF⊥平面ABCD，四边形ABEF与ABCD都是直角梯形，∠BAD=∠FAB=90°，BC，BE（Ⅰ）证明：C，D，F，E四点共面；（Ⅱ）设AB=BC=BE，求二面角A﹣ED﹣B的大小．BC得同理可得的平面角．的大小4．如图，一张平行四边形的硬纸片ABC0D中，AD=BD=1，．沿它的对角线BD把△BDC0折起，使点C0到达平面ABC0D外点C的位置．（Ⅰ）证明：平面ABC0D⊥平面CBC0；（Ⅱ）如果△ABC为等腰三角形，求二面角A﹣BD﹣C的大小．所以与的大小．由夹角公式求与，所以∠因此只有中，，的坐标为，所以与夹角的大小等于二面角，．5．如图，在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，平面A1BC⊥侧面A1ABB1．（Ⅰ）求证：AB⊥BC；（Ⅱ）若AA1=AC=a，直线AC与平面A1BC所成的角为θ，二面角A1﹣BC﹣A的大小为φ，求证：θ+φ=．，即可得到结论．=D==．6．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，PA⊥底面ABCD，AB⊥AD，AC⊥CD，∠ABC=60°，PA=AB=BC，E 是PC的中点．（I）证明：CD⊥AE；（II）证明：PD⊥平面ABE；（III）求二面角A﹣PD﹣C的大小．，可得．中，．的大小是7．如图，在四面体ABCD中，平面ABC⊥平面ACD，AB⊥BC，AC=AD=2，BC=CD=1（Ⅰ）求四面体ABCD的体积；（Ⅱ）求二面角C﹣AB﹣D的平面角的正切值．=的坐标，同时易得，＞，进而由同角三角函，=AC CD=AB==AB BC=V=×=，从而EF=；DEF=的平面角的正切值为，由⊥||=1或（舍），||=1|或（舍），）||=，||=1V=××|||h=（Ⅱ）由（Ⅰ）知（，，）设非零向量=的法向量，则由⊥可得，l+m=0⊥可得，m+，n==，﹣=＜＞=，＞的平面角的正切值为8．如图，在锥体P﹣ABCD中，ABCD是边长为1的菱形，且∠DAB=60°，PA=PD=，PB=2，E，F分别是BC，PC的中点（1）证明：AD⊥平面DEF（2）求二面角P﹣AD﹣B的余弦值．，PG=BG=，因此二面角的余弦值为9．如图，△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形，平面MCD⊥平面BCD，AB⊥平面BCD，AB=2．（1）求直线AM与平面BCD所成的角的大小；（2）求平面ACM与平面BCD所成的二面角的正弦值．OB=MO=，则，，所以所以，所求二面角的正弦值是10．如图，在五面体ABCDEF中，AB∥DC，，CD=AD=2，四边形ABFE为平行四边形，FA⊥平面ABCD，，求：（Ⅰ）直线AB到平面EFCD的距离；（Ⅱ）二面角F﹣AD﹣E的平面角的正切值．的法向量，则直线=AB．的距离为，知中，，，从而，的平面角的正切值为点为坐标原点，的方向为）可得．即因，解得.②联立①，②解得，所以．得，．即．故，，，11．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PA⊥底面ABC，PA=AB，∠ABC=60°，∠BCA=90°，点D、E分别在棱PB、PC上，且DE∥BC．（1）求证：BC⊥平面PAC；（2）当D为PB的中点时，求AD与平面PAC所成的角的正弦值；（3）是否存在点E使得二面角A﹣DE﹣P为直二面角？并说明理由．BCABAB==所成角的正弦值为12．如图，在直四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中，已知DC=DD1=2AD=2AB，AD⊥DC，AB∥DC．（I）设E是DC的中点，求证：D1E∥平面A1BD；（II）求二面角A1﹣BD﹣C1的余弦值．得，则为平面，，则的余弦值为13．如图，在三棱锥A﹣BCD中，侧面ABD、ACD是全等的直角三角形，AD是公共的斜边，且AD=，BD=CD=1，另一个侧面是正三角形．（1）求证：AD⊥BC．（2）求二面角B﹣AC﹣D的大小．（3）在直线AC上是否存在一点E，使ED与面BCD成30°角？若存在，确定E的位置；若不存在，说明理由．=BC=ACAB=AC=BC=BM=，MN=CD=，BN=AD=BMN= BMN=arccos=x=CE=14．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为矩形，PD⊥底面ABCD，E是AB上一点，PE⊥EC．已知，求（Ⅰ）异面直线PD与EC的距离；（Ⅱ）二面角E﹣PC﹣D的大小．：PD=，，，的大小为．。
二面角1练习及答案
二面角练习1班级姓名1.从二面角内一点分别向二面角的两个面引垂线，则这两条垂线所夹的角与二面角的平面角的关系是()A．互为余角B．相等C．其和为周角D．互为补角【答案】D【解析】画图知从二面角内一点分别向二面角的两个面引垂线，则这两条垂线所夹的角与二面角的平面角互为补角，所以选D.2.如图，四棱锥V－ABCD中，底面ABCD是边长为2的正方形，其他四个侧面都是侧棱长为的等腰三角形，则二面角V－AB－C的大小为()A．30°B．45°C．60°D．120°【答案】C【解析】如图所示，由题意可得四棱锥V－ABCD是正四棱锥，连接AC，BD，相交于点O，连接VO，则VO⊥平面ABCD.取AB的中点M，连接VM，OM，则AB⊥OM，∴AB⊥VM.∴∠OMV是二面角V－AB－C的平面角．由正方形可得OB＝BD＝×2＝，∴VO＝＝.在Rt△VOM中，tan∠VMO＝＝＝，∴∠VMO＝60°.3.如图在长方体中，AB＝AD＝2，CC1＝，则二面角C1－BD－C的大小为()A．30°B．45°C．60°D．90°【答案】A【解析】连接AC，交BD于点O，连接OC1，⊥平面ABCD，因为ABCD为正方形，则AC⊥BD，又CC所以CC1⊥BD，则BD⊥平面CC1O，所以BD⊥OC1，所以∠COC1是二面角C1－BD－C的平面角．又OC＝AC＝×AB＝.在Rt△OCC1中，CC1＝，所以tan∠COC1＝＝，所以∠COC1＝30°，故选A.4.在四面体ABCD中，已知棱AC的长为，其余各棱长都为1，则二面角A－CD－B的余弦值为()A．B．C．D．【答案】C【解析】取AC的中点E，取CD的中点F，连接BE，EF，BF.∵△BCD为等边三角形，F为CD中点，∴CD⊥BF.∵CD＝AD＝1，AC＝，∴△ACD为等腰直角三角形，∴CD⊥AD.又EF∥AD，∴EF⊥CD.∴∠EFB为A－CD－B的平面角．又EF＝，BE＝，BF＝，∴△BEF为直角三角形，cosθ＝＝.5.如图所示，将等腰直角△ABC沿斜边BC上的高AD折成一个二面角，此时∠B′AC＝60°，那么这个二面角的大小是()A．90°B．60°C．45°D．30°【答案】A【解析】连接B′C，则△AB′C为等边三角形．设AD＝a，则B′C＝AC＝a，B′D＝DC＝a，所以∠B′DC＝90°.6.如图所示，在△ABC中，AD⊥BC，△ABD的面积是△ACD的面积的2倍.沿AD将△ABC翻折，使翻折后BC⊥平面ACD，此时二面角B－AD－C的大小为()A．30°B．45°C．60°D．90°7.若P是△ABC所在平面外一点，而△PBC和△ABC都是边长为2的正三角形，PA＝，那么二面角P－BC－A的大小为________．【答案】90°【解析】取BC的中点O，连接OA，OP，则∠POA为二面角P－BC－A的平面角，OP＝OA＝，PA＝，所以△POA为直角三角形，∠POA＝90°.8.如图，长方体ABCD－A1B1C1D1中，ABCD是边长为1的正方形，D1B与平面ABCD所成的角为45°，则棱AA的长为________；二面角B－DD1－C的大小为________．【答案】45°【解析】因为ABCD是边长为1的正方形，所以对角线BD＝.又因为D1B与平面ABCD所成的角为45°，即∠D1BD＝45°.所以AA1＝DD1＝.由于CD⊥DD1，BD⊥DD1.所以二面角B－DD1－C的平面角为∠CDB.又因为△CDB为等腰直角三角形，所以二面角B－DD1－C的平面角∠CDB＝45°.9.如图，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，截面C1D1AB与底面ABCD所成的二面角C1－AB－C的大小为________．【答案】45°【解析】∵AB⊥BC，AB⊥BC1，∴∠C1BC为二面角C1－AB－C的平面角，大小为45°.10.在边长为1的菱形ABCD中，∠ABC＝60°，把菱形沿对角线AC折起，使折起后BD＝，则二面角B－AC－D的余弦值为________．【答案】【解析】如图所示，由二面角的定义，知∠BOD即为二面角的平面角．∵DO＝OB＝BD＝，∴∠BOD＝60°.∴cos∠BCD＝.11.如图所示，在长方体ABCD－A1B1C1D1中，BC＝2，AA1＝1，E，F分别在AD和BC上，且EF∥AB，若二面角C1－EF－C等于45°，则BF＝________.，C1F⊂平面BC1，CF⊂平面BC1，【答案】1【解析】∵AB⊥平面BC∴AB⊥C1F，AB⊥CF，又EF∥AB，∴C1F⊥EF，CF⊥EF，∴∠C1FC是二面角C1－EF－C的平面角，∴∠C1FC＝45°，∴△FCC1是等腰直角三角形，∴CF＝CC1＝AA1＝1.又BC＝2，∴BF＝BC－CF＝2－1＝1. 12.如图，已知三棱锥A－BCD的各棱长均为2，求二面角A－CD－B的余弦值.13.如图，AB是⊙O的直径，PA垂直于⊙O所在的平面，C是圆周上的一点，且PA＝AC，求二面角P－BC－A的大小.14.如图，已知VA，VB，VC两两垂直，VA＝VB＝VC＝a.(1)求平面ABC和平面ABV所成的二面角的余弦值；(2)求三棱锥V－ABC的体积．【答案】(1)∵VA，VB，VC两两垂直，VA＝VB＝VC＝a，∴AB＝BC＝AC＝a，∴S△ABV＝a2，S△ABC＝a2.∴平面ABC和平面ABV所成的二面角的余弦值为＝.(2)三棱锥V－ABC的体积为××a×a×a＝a3.15.如图所示，已知Rt△ABC，斜边BC⊂α，点A∉α，AO⊥α，O为垂足，∠ABO＝30°，∠ACO＝45°，求二面角A－BC－O的大小．【答案】如图所示，在平面α内，过O作OD⊥BC，垂足为D，连接AD.∵AO⊥α，BC⊂α，∴AO⊥BC.又∵AO∩OD＝O，∴BC⊥平面AOD.而AD⊂平面AOD，∴AD⊥BC.∴∠ADO是二面角A－BC－O的平面角．由AO⊥α，OB⊂α，OC⊂α，知AO⊥OB，AO⊥OC.又∠ABO＝30°，∠ACO＝45°，∴设AO＝a，则AC＝a，AB＝2a.在Rt△ABC中，∠BAC＝90°，∴BC＝＝a，∴AD＝＝＝.在Rt△AOD中，sin∠ADO＝＝＝，∴∠ADO＝60°.即二面角A－BC－O的大小是60°.16.如图，在长方体ABCD－A1B1C1D1中，AD＝AA1＝1，AB＝2，点E在棱AB上移动. (1)证明：DE⊥A1D；(2)求AE等于何值时，二面角D1－EC－D的大小为45°？。
人教新课标版数学高二选修2-1练测 3.2.4 二面角及其度量
3.2.4 二面角及其度量一、基础过关1．一个二面角的两个面分别平行于另一个二面角的两个面，那么这两个二面角( )A ．相等B ．互补C ．相等或互补D ．不确定 2．若分别与一个二面角的两个面平行的向量m ＝(－1，2,0)，n ＝(1,0，－2)，且m 、n 都与二面角的棱垂直，则二面角的正弦值为( ) A.15 B.245 C.14 D.1543．二面角α—l —β中，平面α的一个法向量n 1＝⎝⎛⎭⎫32，－12，－2，平面β的一个法向量n 2＝⎝⎛⎭⎫0，12，2，则二面角α—l —β的大小为 ( ) A ．120°B ．150°C ．30°或150°D ．60°或120° 4.在正方体AC 1中，点E 为BB 1的中点，则平面A 1ED 与平面ABCD 所成的 二面角的余弦值为( )A ．－12B.23C.33D.22 5．平面α的一个法向量n 1＝(1,0,1)，平面β的一个法向量n 2＝(－3,1,3)，则α与β所成的角是________．6．已知A ∈α，P ∉α，PA →＝⎝⎛⎭⎫－32，12，2，平面α的一个法向量n ＝⎝⎛⎭⎫0，－12，－2，则直线PA 与平面α所成的角为________．二、能力提升7．在边长为1的菱形ABCD 中，∠ABC ＝60°，将菱形沿对角线AC 折起，使折起后BD ＝1，则二面角B —AC —D 的余弦值为( )A.13B.12C.233D.32 8．A 、B 是二面角α—l —β的棱l 上两点，P 是平面β上一点，PB ⊥l 于B ，PA 与l 成45°角，PA 与平面α成30°角，则二面角α—l —β的大小是( ) A ．30° B ．60° C ．45° D ．75°9.如图，甲站在水库底面上的点A处，乙站在水坝斜面上的点B处．从A，B到直线l(库底与水坝的交线)的距离AC和BD分别为a和b，CD的长为c，AB的长为d.水库底与水坝所成二面角的余弦值为________．10.如图，已知四棱锥P—ABCD中，PA⊥底面ABCD，且ABCD为正方形，PA＝AB＝a，点M是PC的中点．(1)求BP与DM所成的角的大小；(2)求二面角M—DA—C的大小．11.如图，四棱锥F—ABCD的底面ABCD是菱形，其对角线AC＝2，BD ＝ 2.CF与平面ABCD垂直，CF＝2.求二面角B—AF—D的大小．三、探究与拓展12. 如图，在四棱锥A—BCDE中，底面BCDE为矩形，侧面ABC⊥底面BCDE，BC＝2，CD＝2，AB＝AC.(1)证明AD⊥CE；(2)设CE与平面ABE所成的角为45°，求二面角C—AD—E的余弦值．答案1．C 2．B 3．C 4．B5．90°7．A 8．C 9.a 2＋b 2＋c 2－d 22ab10．解 (1)建系如图，由已知得A (0,0,0)，B (a,0,0)，C (a ，a,0)，D (0，a,0)，P (0,0，a )，M ⎝⎛⎭⎫a 2，a 2，a 2.设直线BP 与DM 所成的角为θ.∵BP →＝(－a,0，a )，DM →＝⎝⎛⎭⎫a 2，－a 2，a 2， ∴BP →·DM →＝0.∴BP 与DM 所成的角的大小为90°.(2)∵AP →＝(0,0，a )，AB →＝(a,0,0)，AD →＝(0，a,0)，BP →＝(－a,0，a )，∴BP →·AD →＝0，AP →·AB →＝0，AP →·AD →＝0.又由(1)知BP →·DM →＝0，∴BP →是平面MDA 的法向量，AP →是平面ABCD 的法向量，则cos 〈BP →，AP →〉＝BP →·AP →|BP →||AP →|＝22. ∴所求的二面角M —DA —C 的大小为45°.11．解 过点A 作AE ⊥平面ABCD .以A 为坐标原点，BD →、AC →、AE →方向分别为x 轴、y 轴、z 轴的正方向建立空间直角坐标系(如图)．于是B ⎝⎛⎭⎫－22，1，0， D ⎝⎛⎭⎫22，1，0，F (0,2,2)．设平面ABF 的法向量n 1＝(x ，y ，z )，则由⎩⎪⎨⎪⎧n 1·AB →＝0，n 1·AF →＝0，得⎩⎪⎨⎪⎧－22x ＋y ＝0，2y ＋2z ＝0.令z ＝1，得⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝－2，y ＝－1.所以n 1＝(－2，－1,1)．同理，可求得平面ADF 的法向量n 2＝(2，－1,1)．由n 1·n 2＝0知，平面ABF 与平面ADF 垂直，所以二面角B —AF —D 的大小等于π2.12. (1)证明 作AO ⊥BC ，垂足为O ，则AO ⊥底面BCDE ，且O 为BC 的中点．以O 为坐标原点，射线OC 为x 轴正方向，建立如图所示的直角坐标系Oxyz .设A (0,0，t )．由已知条件有C (1,0,0)，D (1，2，0)，E (－1，2，0)，CE →＝(－2，2，0)，AD →＝(1，2，－t )，所以CE →·AD →＝0，得AD ⊥CE .(2)解 作CF ⊥AB ，垂足为F ，连接FE ，如图所示．设F (x,0，z )，则CF →＝(x －1,0，z )，BE →＝(0，2，0)，CF →·BE →＝0.故CF ⊥BE .又AB ∩BE ＝B ，所以CF ⊥平面ABE ，故∠CEF 是CE 与平面ABE 所成的角，∠CEF ＝45°，由CE ＝6，得CF ＝ 3.又CB ＝2，所以∠FBC ＝60°，所以△ABC 为等边三角形，因此A (0,0，3)． 作CG ⊥AD ，垂足为G ，连接GE .在Rt △ACD 中，求得|AG |＝23|AD |. 故G ⎝⎛⎭⎫23，223，33，GC →＝⎝⎛⎭⎫13，－223，－33， GE →＝⎝⎛⎭⎫－53，23，－33. 又AD →＝(1，2，－3)，GC →·AD →＝0，GE →·AD →＝0， 所以GC →与GE →的夹角等于二面角C —AD —E 的平面角．由cos 〈GC →，GE →〉＝GC →·GE →|GC →||GE →|＝－1010.。
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《3.2.4 两面角及其度量》同步训练1
一．选择题（共7小题）
1．过正方形ABCD的顶点A，引PA⊥平面ABCD，若PA=AB，则平面ABP和平面CDP所成的二面角的大小是（）
A．30°B．45°C．60°D．90°
2．在正n棱锥中，相邻两侧面所成的二面角的取值范围是（）
，π）（π（0 ，）D．A．π（，π）B．C（π，π）．
，．已知分别是平面，α，，β3的法向量，则平面α，β的位置关系式（）A．平行B．垂直
C．所成的二面角为锐角D．所成的二面角为钝角
的法向量为β4．若平面α，则的法向量为，平面平面α与β夹角（锐角）的余弦是（）
．﹣．．CDA ．B5．ABCD是正方形，PA⊥平面AC，且PA=AB，则二面角B﹣PC ﹣D的度数为（）
A．60°B．90°C．120°D．135°
角．当°的值取到最大与平面BCD成60．已知三棱锥ABCD中，AB⊥CD，且AB6 ）B的大小为（值时，二面角A﹣CD﹣°．90DC．60°45A．30°B．°
）7．若正三棱锥的侧面都是直角三角形，则侧面与底面所成二面角的余弦值是（
．．AD．B．C二．填空题（共7小题）
8．如图，正方体ABCD﹣ABCD中，平面ABCD和平面ABCD所成二面角的大小111111
是°．
9．正三棱锥的一个侧面的面积与底面积之比为2：3，则这个三棱锥的侧面和底面所成二面角的度数为．
，=（0，10），1）10，则两平面所成的二面角大．已知两平面的法向量分别为=（1，1，小为．
，=（0，1，1）11，则两平面所成的二面角．已知两平面的法向量分别为=（0，1，0）
为．
12．如图，在三棱台ABC﹣ABC中，AB⊥AC，AB⊥BC，AB=3，AA=AC=5，11111111111大小为，二面角A﹣AC﹣B的大小为θ，则tanθ﹣AB﹣C为．A二面角11
13．如图，在正方体ABCD﹣ABCD中，二面角C﹣BD﹣C的正切值为．11111
14．如图，在长方体ABCD﹣ABCD中，底面ABCD是边长为2的正方形，棱BB长为11111，则二面角B﹣AC﹣B的大小是度．1
《3.2.4 两面角及其度量》同步训练1
参考答案
一．选择题（共7小题）
1．B解：我们构造正方体ABCD﹣PQRS如下图示：
∴面PQCD与面PQBA所成二面角就是平面ABP与平面CDP所成二面角
PA⊥平面ABCD，所以PA⊥AB
PQ∥AB，所以PA⊥PQ
PQ∥CD，所以PD⊥PQ
所以∠APD就是面PECD与面PEBA所成二面角
由于构造的几何体是一个正方体，易得∠APD=45°
故选B
2．A 解：当正n棱锥的顶点无限趋近于底面正多边形中心时，
则底面正多边形便为极限状态，此时棱锥相邻两侧面所成二面角α→π，
且小于π；当棱锥高无限大时，正n棱柱便又是另一极限状态，
，且大于π，此时α→π解析：∵B，3．，?=﹣12﹣8+20=0
∴，分别是平面α，∵β的法向量，
∴平面α与β的法向量垂直，
∴可得平面α与β互相垂直．
故选：B．
4．A
5．C
6．A
7．B
小题）7二．填空题（共．
8．45°
9．60°
10．60°或120°
11．45°或135°
解：根据棱台性质可知，AB∥AB，AB⊥AC（已知），∴AB．12⊥AC，AB⊥BC，1111111111 BC∥BC，AB∥AB，∴AB⊥BC，1111∵AC∩BC=C，AB⊥平面ABC，11∵AB?平面ABC，∴平面ABC⊥平面ABC．1由△ABA是RT△，∠ABA=90°，根据勾股定理，AB=4．∠CBA=90°，BC=4，111∵AB⊥AB，BC⊥AB，∴∠ABC是二面角A﹣AB﹣C平面角，∴∠ABC=60°，1111
=4，4?4sin60°由三角形ABC是等边三角形，S=?A1BC△1?．AB=4∴V=S A1BC△A1BAC﹣取BC的中点E，△ABC是等边三角形，AE⊥BC，由前所述，平面ABC⊥平面ABC，111∴AE⊥平面ABC，E是A在平面ABC的射影，11过E作ED⊥AB，根据三垂线定理可知AD
⊥AC，∠ADE是二面角A﹣AC﹣B的平面角，111E=2，A 1，∴∽△CAB，∵△CED DE=，∴
=，∠ADE= tan∴1．=θtan∴．
．解：设正方体ABCD﹣ABCD的棱长为a13，1111，CD=BC=CC=a则，
1取BD的中点O，连接OC，OC，则∠COC就是二面角C﹣BD﹣C的平面角，111=，
∵CO==∠COCtan．= ∴1故答案为：．14．45°。