立体几何巧思妙解之割补法
中学数学解题思想方法:割补法
E D
F
C
A
B
图3-1
由前面的知识我们不难发现既可以用“补形法”,如图
3-2所示,也可以用“分割法”如图3-3所示来求解.
E
E
D
G
D
F
C
A
B
图3-2
H
G
F
C
A
B
图3-3
解:由几何体的三视图还原成直观图如图3-1,可知
DA 平面 ABC , AD//CE//BF , AC AB ,AD CE 5 ,BF 2
Q AA 底面ABC
AA 底面DBE
AA BF
A'
C'
F
D
E
又Q AA DE D BF 平面DECA
B'
A
C
B
V
= B DEC A
1 3 SDECA
BF
1 3
1 2
( AD
CE)
DE
BF
12
图1-4
所以所求几何体的体积为 V V BDECA ABCDBE 24
评析:本题解法一采取的解题方法为补形法,解法二所采取 的解题方法为分割法.两种方法都比较自然,由于题目所给条 件,本题采用解法一较为简捷.
例2 如图2-1, AA 底面ABC,AA//BB//CC//DD, 四边形 ABCD为正方形, AB AA CC 2,
BB 1,DD 3 ,求几何体 ABCD-ABCD 的体积.
BC
AD
48
所以原几何体的体积为24 .
备战2024高考数学二轮复习讲义第3讲-割补思想在立体几何中的应用
第3讲割补思想在立体几何中的应用割补法是数学中最重要的思想方法之一,主要分为割形与补行,是将复杂的,不规则的不易认识的几何体或几何图形,分割或补充成简单的、规则的、易于认识的几何体或图形,从而达到解决问题的目的。
割补法重在割与补,巧妙对几何体过几何图形实割与补,变整体的为局部,化不规则为规则,化陌生为熟悉,化抽象为直观。
割补法在立体几何中体现的主要的题型就是几何体的切等问题。
【应用一】割的思想在多面体的体积及几何体的内切球中的运用割的思想主要体现两种题型:一是求复杂几何体的体积、表面积等问题,此类问题通过割把复杂的几何体割成几个简单的几何体。
二是求几何体内切球的半径、体积等问题。
此类问题主要是通过球心与几何体的各点割成锥,然后运用等积法求半径。
【例1.1】已知一个三棱锥的所有棱长均为2,则该三棱锥的内切球的体积为________.【例1.2】【2020年新课标3卷理科】已知圆锥的底面半径为1,母线长为3,则该圆锥内半径最大的球的体积为_________.【思维提升】以三棱锥P -ABC 为例,求其内切球的半径.方法:等体积法,三棱锥P -ABC 体积等于内切球球心与四个面构成的四个三棱锥的体积之和;第一步:先求出四个表面的面积和整个锥体体积;第二步:设内切球的半径为r ,球心为O ,建立等式:V P -ABC =V O -ABC +V O -PAB +V O -PAC +V O -PBC ⇒V P -ABC =13△ABC ·r +13S△PAB·r +13S △PAC ·r +13S △PBC ·r =13(S △ABC +S △PAB +S △PAC +S △PBC )·r ;第三步:解出r =3V P -ABC S O -ABC +S O -PAB +S O -PAC +S O -PBC =3VS 表.秒杀公式(万能公式):r =3V S 表【例1.3】(2023·河北唐山·统考三模)(多选)《九章算术》是我国古代的数学名著,书中提到底面为长方形的屋状的楔体(图示的五面体)EF ABCD -.底面长方形ABCD 中3BC =,4AB =,上棱长2EF =,且EF 平面ABCD ,高(即EF 到平面ABCD 的距离)为1,O 是底面的中心,则()A .EO 平面BCF【变式1.1】(2023·辽宁·辽宁实验中学校考模拟预测)如图①,在平行四边形ABCD中,AB ===ABD △沿BD 折起,使得点A 到达点P 处(如图②),=PC P BCD -的内切球半径为______.【变式1.2】(2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测)已知一正四面体棱长为4,其内部放置有一正方体,且正方体可以在正四面体内部绕一点任意转动,则正方体在转动过程中占据的空间体积最大为__________.【变式1.3】(2022·江苏通州·高三期末)将正方形ABCD 沿对角线BD 折成直二面角A ′-BD -C ,设三棱锥A ′-BDC 的外接球和内切球的半径分别为r 1,r 2,球心分别为O 1,O 2.若正方形ABCD 的边长为1,则21r r =________;O 1O 2=__________.【应用二】补的思想在立体几何中几何体外接球中的应用解决球与其他几何体的切、接问题,关键在于仔细观察、分析,弄清相关元素的关系和数量关系,选准最佳角度作出截面(要使这个截面尽可能多地包含球、几何体的各种元素以及体现这些元素之间的关系),达到空间问题平面化的目的.2.记住几个常用的结论:(1)正方体的棱长为a,球的半径为R.①对于正方体的外接球,2R;②对于正方体的内切球,2R=a;③对于球与正方体的各棱相切,2R.(2)在长方体的同一顶点的三条棱长分别为a,b,c,球的半径为R,则2R=.(3)正四面体的外接球与内切球的半径之比为3∶1.3.构造法在定几何体外接球球心中的应用(1)正四面体、三条侧棱两两垂直的正三棱锥、四个面都是直角三角形的三棱锥,可将三棱锥补形成长方体或正方体;(2)同一个顶点上的三条棱两两垂直的四面体、相对的棱相等的三棱锥,可将三棱锥补形成长方体或正方体;(3)若已知棱锥含有线面垂直关系,则可将棱锥补形成长方体或正方体;(4)若三棱锥的三个侧面两两垂直,则可将三棱锥补形成长方体或正方体【例2.1】(2022·广东潮州·高三期末)在《九章算术》中,将四个面都是直角三角形的四面体称为鳖臑,在鳖臑A-BCD中,AB⊥平面BCD,CD⊥AD,AB=BD,已知动点E从C点出发,沿外表面经过棱AD上一点到点B,则该棱锥的外接球的表面积为_________.【思维提升】墙角模型是三棱锥有一条侧棱垂直于底面且底面是直角三角形模型,用构造法(构造长方体)解决.外接球的直径等于长方体的体对角线长(在长方体的同一顶点的三条棱长分别为a,b,c,外接球的半径为R,则2R =a 2+b 2+c 2.),秒杀公式:R 2=a 2+b 2+c 24.可求出球的半径从而解决问题.有以下四种类型:【例2.2】(2022·广东·铁一中学高三期末)已知四面体A BCD -中,5AB CD ==,10AC BD ==,13BC AD ==,则其外接球的体积为______.【思维提升】棱相等模型是三棱锥的三组对棱长分别相等模型,用构造法(构造长方体)解决.外接球的直径等于长方体的体对角线长,即2222R a b c =++(长方体的长、宽、高分别为a、b、c).秒杀公式:R2=x2+y2+z28(三棱锥的三组对棱长分别为x、y、z).可求出球的半径从而解决问题.【变式2.1】(2023·湖南邵阳·统考三模)三棱锥-P ABC 中,PA ⊥平面ABC ,4,223,PA AC AB AC AB ===⊥,则三棱锥-P ABC 外接球的表面积为__________.【变式2.2】已知三棱锥A BCD -,三组对棱两两相等,且1AB CD ==,3AD BC ==,若三棱锥A BCD -的外接球表面积为92π.则AC =________.【变式2.3】已知三棱锥A -BCD 的四个顶点A ,B ,C ,D 都在球O 的表面上,AC ⊥平面BCD ,BC ⊥CD ,且AC =3,BC =2,CD =5,则球O 的表面积为()A .12πB .7πC .9πD .8π【变式2.4】(2019全国Ⅰ)已知三棱锥P -ABC 的四个顶点在球O 的球面上,PA =PB =PC ,△ABC 是边长为2的正三角形,E,F分别是PA,AB的中点,∠CEF=90°,则球O的体积为().A.62πD.6π8πB.64πC.6巩固练习1、【2019年新课标2卷理科】中国有悠久的金石文化,印信是金石文化的代表之一.印信的形状多为长方体、正方体或圆柱体,但南北朝时期的官员独孤信的印信形状是“半正多面体”(图1).半正多面体是由两种或两种以上的正多边形围成的多面体.半正多面体体现了数学的对称美.图2是一个棱数为48的半正多面体,它的所有顶点都在同一个正方体的表面上,且此正方体的棱长为1.则该半正多面体共有________个面,其棱长为_________.2、(2022·湖北江岸·高三期末)如图,该几何体是由正方体截去八个一样的四面体得到的,若被截的正方体棱长为2,则该几何体的表面积为()A.1233++D.63+C.633+B.12433、(2023·山西临汾·统考一模)《九章算术·商功》提及一种称之为“羡除”的几何体,刘徽对此几何体作注:“羡除,隧道也其所穿地,上平下邪.似两鳖臑夹一堑堵,即羡除之形.”羡除即为:三个面为梯形或平行四边形(至多一个侧面是平行四边形),其余两个面为三角形的五面几何体.现有羡除ABCDEF如图所示,底面ABCD为正方形,4EF=,其余棱长为2,则羡除外接球体积与羡除体积之比为()A.22πB.42πC.82πD.2π3A .18B .275、正四面体的各条棱长都为.6、在三棱锥A -BCD 中,AB =CD =2,AD =BC =3,AC =BD =4,则三棱锥BCD A -外接球的表面积为________.7、在三棱锥A -BCD 中,AB =CD =6,AC =BD =AD =BC =5,则该三棱锥的外接球的体积为____.8、(2023·湖南郴州·统考三模)已知三棱锥-P ABC 的棱长均为4,先在三棱锥-P ABC 内放入一个内切球1O ,然后再放入一个球2O ,使得球2O 与球1O 及三棱锥-P ABC 的三个侧面都相切,则球2O 的表面积为__________.第3讲割补思想在立体几何中的应用割补法是数学中最重要的思想方法之一,主要分为割形与补行,是将复杂的,不规则的不易认识的几何体或几何图形,分割或补充成简单的、规则的、易于认识的几何体或图形,从而达到解决问题的目的。
中考复习数学思想方法之二:割补法“补形”在初中几何问题中的应用
中考复习数学思想方法之一:割补法“补形”在初中几何问题中的应用平面几何中的“补形”就是根据题设条件,通过添加辅助线,将原题中的图形补成某种熟悉的,较规则的,或者较为简单的几何基本图形,使原题转化为新的易解的问题.从“补形”的角度思考问题,常能得到巧妙的辅助线,而使解题方向明朗化,所以,补形是添加辅助线的重要方法.下面举例加以说明,供参考.例1 如图1,六边形ABCDEF的六个内角都相等,若AB=1,BC=CD=3,DE=2,则这个六边形的周长等于.解析题中六边形是不规则的图形,现将它补形为较规则的正三角形,分别向两方延长AB、CD、EF相交于G、H、I (如图2).∵六边形ABCDEF的六个内角都相等,∴六边形的各角为120°,∴△AFI、△BCG、△DEH均是正三角形,从而△GHI为正三角形,则有GC=BC=3,DH=EH=DE=2,IF=AF,IH=GH=GC+CD+DH=3+3+2=8,∴IE=IH-EH=8-2=6.∴六边形的周长等于:AB+BC+CD+DE+EF+F A=AB+BC+CD+DE+IE=1+3+3+2+6=15.注:本题亦可补成平行四边形求解,如图3.例2 如图4,在Rt△ABC中,AC=BC,AD是∠A的平分线,过点B作AD的垂线交AD的延长线于点E,求证:AD=2BE.解析从等腰三角形的性质得到启示:顶角平分线垂直底边且平分底边.结合AE平分∠CAB,B E⊥AE,启发我们补全一个等腰三角形.所以延长BE交AC的延长线于点F(如图5),易证△ABF为等腰三角形,∴BF=2BE,再证△ACD≌△BCF,全等的条件显然满足,故结论成立.例3 某片绿地的形状如图6所示,其中∠A=60°,A B⊥BC,C D⊥AD,AB=200m,CD=100m,求AD,BC的长.解析由题设∠A=60°,A B⊥BC,可将四边形补成图7所示的直角三角形.易得∠E=30°,AE=400,CE=200,然后再由勾股定理或三角函数求出BE=2003,DE=1003.由此得到AD=400-1003,BC=2003-200。
“割补法”求解不规则几何体体积
“割补法”求解不规则几何体体积 我们通常把不是棱柱、棱锥、棱台和圆柱、圆锥、圆台等的几何体,称为不规则几何体.而解决不规则几何体的方法,常用割补法,即通过分割或补形,将它变成规则的几何体.我们可以从不规则几何体的来源上,即它是由何种常见的几何体所截得的来分类.一、来自三棱柱的截体例1 如图1,正四面体A BCD -中,E F G H ,,,分别是棱AB AC BD CD ,,,的中点,求证:平面EFHG 把正四面体分割成的两部分几何体的体积相等.分析:显然正四面体被分割成的两部分都是不规则的几何体,因此我们可使用割补法来推导.那么我们应选择割,还是补呢?如果选择补,那么补成什么样子呢?显然只能是正四面体,这就说明我们应该选择割.证明:连结CE CG AG AH ,,,,左右两个不规则几何体都被分割成了一个四棱锥和一个三棱锥,如图1.易证左右的两个四棱锥的体积相等,两个三棱锥的体积也相等,于是两部分体积相等.当然此题还有其他的分割方法,比如分成一个三棱柱和一个三棱锥等,也同样好证.二、来自正方体的截体例2 如图2,已知多面体ABC DEFG -中,AB AC AD ,,两两互相垂直,平面ABC ∥平面DEFG ,平面BEF ∥平面ADGC ,2AB AD DC ===,1AC EF ==,则该多面体的体积为( )A.2 B.4 C.6 D.8解法一(割):如图3,过点C 作CH DG ⊥于H ,连结EH ,这样就把多面体分割成一个直三棱柱DEH ABC -和一个斜三棱柱BEF CHG -.于是所求几何体的体积为:DEH BEF V S AD S DE =⨯+⨯△△11212212422⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭. 解法二(补):如图4,将多面体补成棱长为2的正方体,那么显然所求的多面体的体积即为该正方体体积的一半. 于是所求几何体的体积为31242V =⨯=.三、来自圆柱的截体 例3 如图5,如图5,一圆柱被一平面所截,已知被截后几何体的最长侧面母线长为4,最短侧面母线长为1,且圆柱底面半径长为2,则该几何体的体积等于_______.解法一(割):如图6,该几何体的体积等于下面的圆柱的体积与上面的圆柱体积的一半之和.下面的圆柱的高就是该几何体的最短侧面母线长1,而上面的圆柱的高为3. 于是所求几何体的体积为221π212310π2V =⨯⨯+⨯⨯⨯=. 解法二(补):如图7,将一个与已知的几何体完全相同的几何体,与已知的几何体拼在一起组成一个高为5的完整圆柱,那么所求几何体的体积就是这个大圆柱体积的一半.于是21π2510π2V =⨯⨯⨯=.例1、已知三棱锥的两个侧面都是边长为 的等边三角形,另一个侧面是等腰直角三角形。
割补法在高中立体几何解题中的应用
正方 体棱 长为 1 , 从 而外 接球 半径 R 一 , 得 S 球
一
3 . 故 选 A. 变式 1 三 棱 锥 P~A BC 满 足 P A—P B —
P C= = = 2 , △ A B C 为正 三角形 , 其边 长 为 2 √ 2 , 四个
仙 ∞ EF — 棱柱 ~ 棱锥 一 .
A E F 的 面 积 为 丢 s .
由 于 V A E n c : 专 ・ ^ ・ ( 鲁 + s + 导 ) 一
S h, 则剩 余不 规 则几 何体 的体 积 为 V 一 V —
V — S h一 7 S h
变式 3 过 正方 形 AB C D 的顶 点A 作 P A J Ⅲ 平面 A B C D, 设 P A —A B, 求平面 P AB 和 平 面
关 键 词 割 补 法 ; 立体几何 ; 解题
割补 法就 是 通 过几 何 体 的分 割 或补 形 进 而 发现 未 知几 何 体 和 已知 几 何 体 内在 联 系 的一 种 方法 . 这 种 方 法 蕴 含 了一 种 构 造 思想 , 同 时也 反 应 了对立 统一 的辩 证思 想. 掌 握 这 种方 法 对 培养 学生 的数 学 素养 及创新 意识 都 有 重 要 意义 . 本 文
体积 .
一
AP B =
AP c
B PC 一 6 0 。 求:
国
图3 图4
三 棱 锥 P— A B C 的
体
4 分析 1 作 B C N6 口
的 中 点 D, 连接 P D、 A D, 过 P作 P H j I A D, 易 证
割补法在立体几何中的应用
第 1 页 共 2 页 割补法
问题一:
○
1求棱长为2的正四面体的体积。
B C C 1 D 1
○
2求棱长为2的正四面体的外接球表面积。
○
3求棱长为2的正四面体的内切球半径。
○
4 求棱长为2的正四面体的内部任一点到各个面的距离之和
○
5.在正方体D C B A ABCD ''''-中,求异面直线B D '、和C B '所成的角?
问题二:
四面体S--ABC 中,三组对棱分别相等,且依次为25,13,5
○
1.求该四面体的体积。
○
2.求该四面体的外接球表面积。
○
3.求该四面体的内切球半径。
B S A C
第 2 页 共 2 页
○
4.在长方体D C B A ABCD ''''-中,求异面直线B D '、和C B '所成的角?
○
5.拓展:有两个有相同内切球的多面体,其表面积之比为m:n ,它们的体积比为_____________
例:一圆柱被一平面所截,截口是一个椭圆.已知椭圆的长轴长为5,短轴长为4,被截后几何体的最短侧面母线长为1,则该几何体的体积等于 .。
五年级几何奥数专题之第三讲 割补法(含答案)
五年级几何奥数专题之第三讲割补法(含答案)一、知识点1、割补法分割法是将几何体分割成若干部分,利用整体与部分的关系来解决所求问题。
2、分割成规则图形在组合图形中,除了多边形外,还有圆、扇形、弓形与三角形、矩形、平行四边形、梯形等图形组合而成的不规则图形,为了计算它们的面积,常常需要变动图形的位置或对图形进行分割、旋转、拼补,使它变成可以计算出面积的规则图形。
二、学习目标1、我能够了解割补法。
2、我能够应用割补法解决图形面积问题。
三、典型例题例题1图中的数字分别表示对应线段的长度,试求下面多边形的面积(单位:厘米)。
练习1图中的数字分别表示对应线段的长度,试求下面多边形的面积(单位:厘米)。
如图所示,在正方形ABDC内部有一个长方形EFGH,已知正方形ABDC的边长是6厘米,图中线段AE、AH都等于2厘米,求长方形EFGH的面积。
练习2(1)如图所示,在正方形ABCD内部有三角形CEF,已知正方形ABCD的边长是6厘米,图中线段AE、AF都等于2厘米,求三角形CEF的面积。
(2)如图所示,在一个等腰直角三角形中,削去一个三角形后,剩下一个上底长5厘米、下底长6厘米的等腰梯形(阴影部分)。
求这个梯形的面积。
如图所示,大正方形的边长为10厘米,连接大正方形的各边中点得小正方形,将小正方形每边三等分,再将三等分点与大正方形的中心和一个顶点相连,那么图中阴影部分的面积总和等于多少平方厘米?练习3如图所示,大正三角形的面积为10平方厘米。
连接大正三角形的各边中点得到四个小正三角形,取各个小正三角形的中心,再将每个小正三角形的中心和顶点相连,得到三个一样的小三角形,那么图中阴影部分的面积总和等于多少平方厘米?例题4如图,把两个相同的正三角形的各边分别三等分和四等分,并连接这些等分点。
已知左图中阴影部分的面积是48平方分米,请问:右图中阴影部分的面积是多少平方分米?如图,把两个同样大小的正方形分别分成5×5和3×3的方格表,左图阴影部分的面积是162,请问右图中阴影部分的面积是多少?选讲题※求下图中四边形ABCD的面积(单位:厘米)。
巧割善补 灵活解题———割补法在职高物理教学中的应用例析
巧割善补灵活解题———割补法在职高物理教学中的应用例析摘要:本文以几个物理习题为例,从四个不同方面探讨了割补法在物理学中的应用,进而深化割补转化思想在物理解题过程中的应用,为解决物理学问题提供捷径。
关键词:割补法;割补意识;例析;物理模型;转化思想割补法是物理学中重要的解题方法,它的核心是变复杂为简单,变不规则为规则,即将复杂或不规则的图形,通过分割或补形变成规则的图形,从而避开繁琐的数学运算,使物理过程、意义更加清晰。
割补法在学习中多次出现,作为重要的物理学方法,我们应该掌握它的应用。
下面,笔者通过几个典型例子来谈谈割补法在物理学中的应用,以供读者参考。
例1.两个半球壳拼成的球形容器内部已抽成真空,球形容器的半径为R,大气压强为P。
为使两个半球壳沿图1中箭头方向互相分离,应该施加的力F至少为( )A . 4πR2P B. 2πR2PC.πR2PD.πR2P/2分析:本题取材于著名的“马德堡半球实验”,作用在半球壳上的力有拉力F和大气的压力F',刚能使半球壳分离须F=F'。
问题是如何计算大气对半球壳的压力F'。
最典型的错解是选B,即F=2πR2P。
这是用大气压强直接乘以半球壳的表面积所得结果.因为半球壳各部分受力均指向球心(方向不同),不可以把球面各部分受到的压力直接相加,而必须按照力的平行四边形定则进行合成。
我们可以构建割补法模型来求解。
解答:将半球壳“取出”,再补上一个底面,如图2所示,显然,大气对此半球壳的压力为零,因此,大气对半球面的压力F'与对底面的压力F"必然等大反向,而F"=PπR2。
所以F'=PπR2。
根据以上分析,本题的正确答案为C。
点评:题目设计虽取自教材实验,但是它又进行了适当的拓展,如果采取常规的方法来解,可能无法下手,特别是大气对半球面压力的具体分析,而采取割补法则解决了这一难题,体现出割补法在解答物理问题上的灵活性。
例2.半径为R的均匀球内切去一个半径为R/2的小球后,质量为M,如图3已知两球内切,在两球心O1、O2的连线上距O1为2R处的质量为m的质点P受到的引力多大?分析:这是一个残缺的模型,球壳对P处质点的引力不能直接应用万有引力定律求解,但是如果将切去的部分填补上去,使其变成一个完整的均匀球体,一个均匀的球体与一个质点间的引力即可应用万有引力定律直接计算。
巧用补形法,妙解立体几何题
则G ()m =e m -ma ()m -1<e 2-e 2=0,而G ()m G ()2<0,所以存在零点x 0∈()1,2使G ()x =0,即F ()x 有唯一极值点且为极小值x 0∈()1,2,因为F ()x 0=ae x 0x 0-ln x0,G ()x 0=e x 0-x 0a ()x 0-1=0,e x=x 0a ()x 0-1,所以F ()x 0=1x 0-1-ln x 0,因为F '()x 0=-1()x 0-12-1x 0<0,所以F ()x 0=1x 0-1-ln x 0在()1,2上单调递减,故F ()x 0>F ()2=1-ln 2>0,所以F ()x >0,综上可知,当a >2e 2时,总有f ()x >0.该不等式中含有多项式,于是通过移项、作差,将不等式变形,以便构造出新函数F ()x =ae xx-ln x ,再利用导数法证明函数F ()x 的极小值大于0,从而达到证明不等式的目的.对于含有指数、对数式的不等式恒成立问题,在构造出新函数后,通常需借助导数法,对函数求导,研究导函数与函数单调性之间的关系,根据函数单调性求得函数的最值.由此可见,解答不等式恒成立问题,关键在于将不等式与函数关联起来,利用函数、导函数的性质来解题.这就需将不等式进行合适的变形,如分离参数、构造出函数,以将问题转化为函数最值问题来求解.(作者单位:江苏省南京市第一中学)有些立体几何问题较为复杂,或几何图形不规则,我们采用常规方法很难求得问题的答案.此时,可巧用补形法,根据已知条件和图形,添加合适的辅助线,将不规则的、陌生的、不易计算边角的几何图形割补为规则的、熟悉的、易计算边角的图形,取得化难为易的效果.而运用补形法求解立体几何问题,关键在于如何巧妙地割补图形,主要有以下几种思路.一、将棱锥补成棱柱棱锥是常见的几何体,如三棱锥、四棱锥、五棱锥等.有些棱锥的高很难找到或求得,此时我们可以将棱锥补成棱柱,如将正三棱锥补为正方体,将对棱的长相等的三棱锥补为长方体,再根据正方体、长方体的性质,便能快速求得三棱锥的边、角的大小,从而使问题顺利获解.例1.如图1所示,三棱锥S-ABCD 的所有棱长都为2,四个顶点在同一球面上,则球的表面积为().图1A.3πB.4πC.33πD.6π解:如图2,将正三棱锥补为正方体,并使正方体的棱长为1,图2解题宝典42则正方体的对角线长为1+1+1=3,故球的半径为r =,所以球的表面积为4π×èø2=3π,因此正确选项为A .我们仅根据三棱锥的特征,很难确定其外接球的球心,为了便于计算,需采用补形法,将正三棱锥补形为正方体,那么正方体的中心即为三棱锥外接球的球心,即正方体的对角线就是球的直径,据此建立关系式,即可快速求得球的半径和表面积.二、将斜三棱柱补成四棱柱对于正三棱锥,一般很容易确定其高,但对于斜三棱柱,我们却很难确定其高.此时可采用补形法,将斜三棱柱补形为四棱柱,这样根据四棱柱的特点,可快速确定其高,求得顶点与底面之间、点与点之间的距离.例2.已知斜三棱柱的侧面A 1ACC 1与平面ABC 垂直,∠ABC =90°,BC =2,AC =23,且AA 1⊥A 1C ,AA 1=A 1C ,求点C 到侧面A 1ABB 1的距离.图3解:如图3所示,将斜三棱柱ABC -A 1B 1C 1补为四棱柱,设点C 到侧面A 1ABB 1的距离为d ,由四棱柱的上下底面平行的性质可知,d 也是平面ABB 1A 1与平面CMM 1C 1的距离,作A 1D ⊥AC 于点D ,作A 1E ⊥AB 于点E ,∵AA 1=A 1C ,AC =23,AA 1⊥A 1C ,∴A 1D =3,∵∠ABC =90°,BC =2,∴AB =22,∵侧面A 1ACC 1与平面ABC 垂直,A 1D ⊥AC 于点D ,∴A 1D ⊥AB ,A 1E ⊥AB ,∴AB ⊥面A 1ED ,∴AB ⊥ED ,即∠ABC =90°,∴DE ∥BC ,D 为AC 中点,且DE =12BC =1,∴A 1E =A 1D 2+DE 2=2,而V 四棱柱=S ABMC ∙A 1D =S A 1ABB 1∙d ,∴d =S ABMC ∙A 1D S A 1ABB 1==3.为了便于计算,将斜三棱柱补为四棱柱,从而将线面距离转化为面面距离,再利用等体积变换法使问题得解.三、将棱台补为棱锥棱台较为特殊,它的上下底面平行,且成比例,但侧棱相交于一点.为了便于计算,我们可采用补形法,将棱台补形为棱锥,这样便可构造出几组相似的三角形、多边形,借助相似图形的性质建立关系式,便可顺利求得棱台的边、高的长度.例3.如图4所示,平面EB 1C 1F 将三棱柱ABC -A 1B 1C 1分成体积为V 1,V 2两部分,其中AB ,AC 的中点分别是E ,F ,则V 1:V 2为______.图4解:延长A 1A 到A 2,B 1B 到B 2,C 1C 到C 2,使得A 1A =AA 2,B 1B =BB 2,C 1C =CC 2,并延长B 1E ,C 1F ,可知V ABC -A 2B 2C 2=V ABC -A 1B 1C 1,∵A 2A :A 2A 1=1:2,∴V A 2-AEF=18V A 2-A 1B 1C 1,∵V A2-AEF=14V A2-ABC=14×13V ABC -A 2B 2C 2=112×V ABC -A 1B 1C 1,∴V AEF -A 1B 1C 1=7V A 2-AEF =712V ABC -A 1B 1C 1,∴V 1:V 2=7:5.将棱台补成棱锥,利用棱锥A 2-AEF 的性质以及相似三角形的性质求得各条棱的长和各个三棱锥的体积,再借助棱台ABC -A 1B 1C 1与棱柱ABC -A 2B 2C 2之间的位置关系进行转换,即可顺利解题.由上述分析可以看出,对于一些较为复杂的立体图形、立体几何问题,采用补形法求解,能使问题快速获解.因此,在解答立体几何问题时,同学们要学会联想,根据几何体的结构特征合理添加辅助线,将棱锥补成棱柱,将斜三棱柱补成四棱柱,将棱台补为棱锥,以便根据棱柱、四棱柱、棱锥的性质来解题.(作者单位:江苏省如皋市第二中学)解题宝典43。
割补法在高中立体几何解题中的应用_方清
锥.故只 要 求 出 其 中 一 个 三 棱 锥 的 体 积 即 可.由
图 可 知 ,VA′-BED′ =VD′-A′BE = 13·SΔA′BE·A′D′=
1 3
·12·a2·a·a=112a3
.故VA′-EBFD′
=2VA′-BED′
=
1a3. 6
以上各例 说 明,在 解 决 某 些 几 何 问 题 时,若
利用部分与整体的关系来解题.
例6 已知三棱锥 P-ABC,其中 PA =4, PB = PC =2,
∠APB = ∠APC = ∠BPC =60°求:
三棱锥 P-ABC 的
体积.
分析1 作 BC
分析 如图4,将一个完全相同的几何体与 已知的几何体拼在一起组成一个高为5的圆柱,
那么所 求 几 何 体 的 体 积 就 是 这 个 圆 柱 体 积 的
例8 如图 10,已
知正方体 ABCD - A′B′C′D′ 的 棱 长 为a,
E、F 分 别 是 棱 AA′ 和
CC′ 的 中 点,求 四 棱 锥
A′-EBFD′ 的体积.
分析 本题要想直接求出四棱锥的高还是 比较困难的.但 是 四 棱 锥 的 底 面 是 菱 形,所 以 连
结对角线把四棱Leabharlann 分割成体积相等的两个三棱A.3π B.4π C.3 槡3π D.6π
分析1 设ΔACD 的重心 为 E,则球心在线段 BE 上,可 在直角 三 角 形 中 求 解,但 计 算 较麻烦.
分 析 2 将 正 四 面 体 ABCD 补成正方体,则 正 四 面 体、正 方 体 的 外 接
球为同一 个 球.因 为 正 四 面 体 的 棱 长 为槡2,所 以
(收 稿 日 期 :2013-08-16)
文科立体几何中的割补法教学 2019年精选文档
文科立体几何中的“割补法”教学立体几何是高中数学知识体系的重要知识模块之一,它也是历年高考必考的重点内容,且题型、难度与分值比例长期保持相对稳定,主要是集中考查空间位置关系的形化和量化,尤其是文科的教学中更关注空间中平行与垂直的关系。
但在教学实践中,我发现文科学生对垂直的证明,如线线垂直、线面垂直的证明或一些相关的计算题,如一类三棱锥的外接球的表面积、体积的计算往往不尽如人意,常常在这方面失分。
那么,如何更好掌握相关知识呢?结合教学实际,我提倡使用“割补法”,即以正方体或长方体为载体,在其中“裁剪”,找出合适的线线、线面、面面位置关系加以研究。
一、从“形”上割补1.割。
正方体是空间各种位置关系的“集合体”,通常可以通过将不规则或者特殊图形切割,构造为正方体关系,由此将题目难度降低。
例1(2010安徽)一个几何体的三视图如图,该几何体的表面积是(B)(A)372(B)360(C)292(D)280分析:由三视图可知该几何体是两个叠加的长方体,只需割成两个长方体即可,要注意其长宽高。
.例2(2010福建)如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,E,H分别是棱A1B1,D1C1上的点(点E与B1不重合),且EH//A1D1。
过EH的平面与棱BB1,CC1相交,交点分别为F,G。
(2)设AB=2AA1=2a。
在长方体ABCD-A1B1C1D1内随机选取一点,记该点取自于几何体A1ABFE-D1DCGH内的概率为p。
当点E,F分别在棱A1B1, B1B上运动且满足EF=a时,求p的最小值。
分析:第(2)问是借考几何概形来考察几何体的体积,也即P=,而A1ABFE-D1DCGH=VABCD-A1B1C1D1-VBEF-C1HG,即把所求几何体的体积看成长方体的体积割去三棱柱的体积,而该三棱柱是倒放的。
当且仅当时等号成立所以,p的最小值等于2.补。
高考试卷中考查的立体几何图形,大多可以还原为立体几何图形,通过辅助方法,将不熟悉的图形还原为正方体关系,可找出相应题型要求。
勾股定理三种证明方法割补法
勾股定理三种证明方法割补法嘿,朋友们!今天咱来聊聊勾股定理的三种证明方法之割补法。
你说这勾股定理啊,那可真是数学里的大宝贝呀!就好像是一把神奇的钥匙,能打开好多难题的大门呢。
咱先来说说第一种割补法。
想象一下,有一个直角三角形,就像一个稳固的小凳子。
我们把它这儿切一刀,那儿补一块,嘿,神奇的事情发生了!通过巧妙的切割和填补,就能发现那些边与边之间隐藏的关系。
这就好比是在玩拼图游戏,把那些碎片拼到一起,答案就呼之欲出啦!你说这妙不妙?再看看第二种割补法。
就像是在给这个直角三角形变魔术一样,通过不同的割补方式,又能得出同样神奇的结论。
这不是一般人能想到的呀,得是那些聪明的脑袋瓜子才能琢磨出来的呢!你难道不想试试自己能不能像那些数学家一样聪明?还有第三种割补法呢!哇哦,这一种更是让人惊叹不已。
就好像是给这个直角三角形穿上了一件特别的衣服,一下子就让它的秘密都暴露出来了。
你不觉得这很神奇吗?其实啊,勾股定理的割补法证明就像是一场奇妙的冒险。
每一次尝试都是一次探索,每一个新的发现都让人兴奋不已。
这可不仅仅是数学知识,更是一种智慧的体现呀!我们在这个过程中,可以尽情地发挥自己的想象力和创造力,就像在自己的小天地里自由翱翔一样。
想想看,几百年前的数学家们是怎么发现这些方法的呢?他们是不是也像我们现在这样,充满好奇地去尝试、去探索?他们的智慧真的让人佩服得五体投地呀!而我们现在有这么好的条件,更应该好好去研究、去体会这些神奇的证明方法呀。
所以啊,朋友们,不要小看了这勾股定理的割补法。
它就像是隐藏在数学世界里的宝藏,等待着我们去挖掘、去发现。
让我们一起投入到这个奇妙的数学之旅中吧,去感受那无尽的乐趣和惊喜!我相信,只要我们用心去体会,一定能领略到勾股定理割补法的独特魅力!这就是我想说的,你们觉得呢?。
2023届高考数学二轮复习提升微专题几何篇第34讲割补法与等积法含解析
第34讲 割补法与等积法一、知识与方法1 割补法割补法包括分割法和补体法,求一个几何体的体积可以将这个几何体分割成几个柱体,锥体,分别求出雉体和柱体的体积, 从而得出几何体的体积,这种方法称为分割法. 用于直接解题较困难,分割后化繁为简,使问题较易获得解快,但有时候,所给的几何体并不复杂,却很难直接计算求解,这类几何体实际上是一个常规几何体的一部分. 通过添补适当的几何体,将其扩展为新的、其特征为我们比较熟悉的几何体,以便于从整体上宏观把握,处理局部问题的一种方法称为补体法,体现了拓展空间, 从更广阁的范围内处理局部问题的整体思想.分割法与补体法合在一起称为割袳法. 2 等积法(又称等积变换法)(1)利用三棱锥的“等积性”,即体积计算时可以任一个面作为三棱雉的底面. (1)求体积时,可选择“容易计算”的方式来计算; (2)利用“等积法”可求“点到面的吟离”,关键是在面中选取 3 个点,与已知点构成三棱锥.(2) 等积变换法充分体现了转化的数学思想,在运用过程中要充分注意距离之间的等价转换.二、典型例题【例1 】(1) 如图384-所示,已知多面体ABC DEFG -中, ,AB AC ,AD 两两互相垂直,平面//ABC 平面DEFG , 平面//BEF 平面,2,1ADGC AB AD DG AC EF =====, 则该多面体的体积为 ( ). A. 2 B. 4C. 6D. 8(2) 如图385-所示,在多面体ABCDEF 中, 已知ABCD 是边长为 1 的正方形, 且,ADE BCF 均为正三角形. //,2EF AB EF =, 则该多面体的体 积为( ).A. 3C.43D.32【分析】本例两小题给出的都是不规则几何体,直接求体积比较困难,可以将这个几何体分割成若干规则的几何体,从而得出几何体的体积(求规则几何体的体积再合成),也可认运用补体法补成一个规则几何体再求解,如第(1) 问,可把题中给出的几何体分割成两个三棱柱或补成一个正方体;第(2)问,不同的分割可以引发一题多解与发散思维,这种解法体现了割补思想和等积变换思想.【解析】 (1) 【解法一】(割)如图386-所示,过点C 作CH DG ⊥于H , 联结EH ,把多面体分割成一个直三棱柱DEH ABC -和一个斜三 棱柱BEF CHG -. 于是所求几何体的体积为112122122DEHBEF V SAD SDE ⎛⎫⎛⎫=⋅+⋅=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭2 4.=【解法二】(补)如图387-所示. 将多面体补成棱长为 2 的正方 体. 显然所求的多面体的体积为该正方体体积的一半. 于是所求几何体的体积31242V =⨯=.(2) 【解法一】 (分割法一)如图388-所示,分别过,A B 作EF 的垂 线, 垂足分别为点,G H , 联结,DG CH .则原几何体分割为两个三棱雉和一个直三棱柱,锥高12, 柱高 1. AG ==取AD 中点M , 则2MG =111,12224434AGDSV =⨯⨯=∴=+⨯⨯⨯12=【解法二】 (分割法二)如图389-所示,取EF 中点P , 则原几何体分割为两个三棱雉和一个四棱雉,易知三棱雉P AED -和三棱雉P BCF -都是棱长为 1 的正四面体,四棱雉P ABCD -为棱长为 1 的正四棱雉.2111233V =⨯+⨯=【例 2】已知直三棱柱111ABC A B C -中, 222A B C 是用一平面截得的截面,且21AA h =,2223,BB h CC h ==, 若ABC 的面积为.S 求证:介于截面与下底面之间的几何体的体积为()12313V S h h h =++.【分析】由于几何体222A B C ABC -是一个不规则的几何体,为求得其体积不妨采用分割或补体的方法来求解和证明. 【解析】【证法一】 (分割)为了讨论方便, 不妨设123h h h , 可将几何体222ABC A B C -分割成一个小直三棱柱与两个三棱雉. 如图390-所示,过2A 作23//A B AB 交2B B 于3B , 过3B 作33//B C BC 交2C C 于3.C 联结23A C ,23B C , 则几何体222ABC A B C -被分割成直三棱柱233ABC A B C -、三棱雉2233B A B C -、二棱锥2A 232B C C -设,BC x A =到BC 的距离为d , 则12S xd =. 由于 ()23322331211,3ABC A B C B A B C V Sh V S h h --==-,()()223223231311111.3323A B C c B C C V Sd h h x d S h h -=⋅=⋅-⋅⋅=- 故()2222332233223212313ABC A B C ABC A B C B A B C A B C C V V V V S h h h ----=++=++. 【证法二】(补体)将几何体222ABC A B C -以ABC 为底面进行两次等几何体补形,使侧棱的长均为123h h h ++, 这样就将不规则的几何体补形为新的直三棱柱. 而原几何体的体积等于这个新直三棱柱体积的13, 故()222123 1133ABC A B C V V S h h h -==++新直三榬柱.【例 3】如图391-所示,三棱锥A BCD -中, AB ⊥平面BCD ,CD BD ⊥ (1) 求证: CD ⊥平面ABD ;(2) 若1,AB BD CD M ===为AD 中点,求三棱雉A MBC -的体积.【分析】利用三棱锥的“等积法”,即体积计算时,可以任一个面作为三棱锥的底面,利用“等积法”可求“点到面的距离”,关键是在面中选取三个点,与已知,点构成三棱锥.等积变换法充分体现了转化的数学思想,在运用过程中要充分注意距离之间的等价转换.【解析】(1) 证明: :AB ⊥平面,,BCD CD BD CD ⊥⊂平面,ABD BD ⊂平面ABD ,CD ∴⊥平面.ABD(2)【解法一】由AB ⊥平面BCD ,得AB BD ⊥,11,.2ABDAB BD S==∴= M 为AD 中点, ABM11.24ABDSS ∴==由()1知,CD ⊥平面ABD ,∴三棱锥C ABM -的高1h CD ==.因此三棱雉A MBC -的体积B 13A MBC C ABM A MV V S h --==⋅1.12=【解法二】由AB ⊥平面BCD 知,平面ABD ⊥平面BCD .又平面ABD ⋂平面BCD BD =, 过点M 作MN BD ⊥交BD 于点N ,如图392-所示,则MN ⊥平面BCD , 且1122MN AB ==. 又1,1,2BCDCD BD BD CD S ⊥==∴=. ∴三棱倠A MBC -的体积1133A MBC A BCD M BCD BCDV V V AB S MN ---=-=⋅-. 112BCDS=.三、易错警示【例】正方体容器1AC 中盛满水, ,,E F G 分别是1111,,A B BB B C 的中点,若 3 个小孔分别位于,,E F G 三点处,则正方体中的水最多会剩下原体积的( ).A.78B.1112C.56D.2324【错解】剩下的水的最大容积是截面EFG 以下几何体的体积,如 图393-所示,设1CC 的中点为11,M C D 的中点为N ,则截面EFG 在正方体1AC 的截面是EFMN , 设正方体1AC 的棱长为 1, 则三棱柱11B EF C MN -的体积 1111111.2228B EFC MN V =⨯⨯⨯=于是, 正方体的水最多会剩下原体积的17188-=, 故 选 A.【评析及正解】上迌解法是否正确,我们可认考查另一种情形.考虑由1,,B E C 确定的截面,如图394-所示.此时,另一个小孔在截面1BEC的上方,此时三棱锥11B BEC -的体积为1113B BEC V -=⨯ 111111.22128⎛⎫⨯⨯⨯=< ⎪⎝⎭于是, 正方体中的水最多会剩下原体 积的11111212-=, 故应选B . 1. 从选项看,还有2324, 那么,会不会是这个结果呢? 我们可以 考虑一般的情形.【正确的解法】如下:【解析】:我们注意到, 当正方体中剩下的水最多时,这时的水平面必定经过其中的两个小孔, 不妨设经过小孔,E G , 如图395-所示,另一个小孔F 在该平面的上方. 设过,E G 的平面与棱1111,,BB CC C D 的交点分别为,,H P Q , 则流出的水的最小体积是台体11B EH C QP -的体积.设正方体1AC 的棱长为 2 , 则11B E =, 设()112B H x x =, 则12C P x =-. 由11B EHC QP , 得12xC Q x-=. 于是, 台体11B EH C QP -的体积为112231(2) 31(2)14 2233121 222,3312B EHC QPx V x x x x x x x ⎡⎤-=+⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎡⎤-⎛⎫=+=+-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦⎛⎫⋅==⨯ ⎪ ⎪⎝⎭ 当且仅当4x x =, 即2x =时,台体11B EH C QP -的体积最小, 为正方体体积的112. 此 时,点H 与点B 重合, 即截面为1BEC , 故选 B.四,难题攻略【例】在三棱台111ABC A B C -中, 111,2A B G AB =为1CC 的中点,截面1A BG 将棱台分成上、下两部分,求这两部分体积之比.【分析】由于合成的两部分都是不规则的几何体,故需将其分割成几个锥体(特别是三棱锥)的组合体才便于计算体积之比,需要提醒的是这里有等面积、等高,等体积的运用,使问题的解答别开生面.【解析】如图396-所示, 联结11,BC A C , 则棱台被分割成 4 个三棱锥的组合体, 注意到 3 个三棱锥11111,A BC G A BC B --,1A BCG -都等高, 因而其体积之比为底面面积之比.又在梯形11BCC B 中, 由111112B C A B BC AB ==, 且G 为1C C 的 中点, 有11.BCCBOGBC B SSS ==即111111ΛBCC A BCC A BC B V V V V ---===, 从而111112A BCC A BC B V V V V --=+=上,在三棱雉111B A B C -与三棱雉1A ABC -中, 它们的高相等, 且1114ABCA B C S S=,则1111111444A ABC B A B c A BC B V V V V ---===.从而1155A ABC A BCC V V V V --=+=下, 故t :2:5V V =下为所求.五、强化训练1.如图397-所示,在直三棱柱111ABC A B C -中,12,,2AB BC AA ABC M π∠===是BC 中点.(1)求证:1//A B 平面1AMC ;(2)求直线1CC 与平面AMC 所成角的正弦值;(3)试问在棱11A B 上是否存在点N ,使得AN 与1MC 所成角为?3π若存在,确定点N 位置;若不存在,请说明理由.【解析】(1)如图①所示,联结,设与相交于点,则为中点,联结,则为的中位线,依据线面平行判定定理可得.(2)将图①补体为图②,设直线与平面所成角为,则.由题意,不1A C 1AC O O 1A C OM OM 1A BC 11111AB OM A B AMC A B AMC OM AMC //⎫⎪⊄⇒//⎬⎪⊂⎭平面平面平面1CC 1AMC α11sin C AMC h CC α-=11妨设,依据等体积法可得.(3)假设在棱上存在点,使得与成角,不妨设在棱上取点,使得,易得,如图③所示,故与成角.在中,由余弦定理可得.故在棱上存在点,且为棱的中点,使得与成角.122AB BC AA ===111111133C AMC C AMC AMC C AMC AMCC AMCV V Sh Sh ----=⇒=11122sin 33C AMC C AMC h h CC α--⇒=⇒==11A B N AN 1MC 3π1(02)A N t t =≤≤CD Q CQ t =1AN C Q //1C Q 1MC 3π1MQC 22222211112cos3MQ MC QC MC QC π=+-⇒=+1[0,2]t -=∈11A B N N 11A B AN 1MC 3π1213。
怎样利用割补法解立体几何中的问题.
例5. 如图:在直三棱柱 ABC-A1B1C1中,∠ACB=90。, BC=5,AC=9,CC1=12
求:CB1与 AC1所成的角的大小
A
B
C
如图,补一个相同的直三棱柱, 连结C1B2,AB2,则CB1∥C1B2
∴ ∠AC1B2(或其补角)就是
A1 C1
A2 C2
AC1和 CB1所成的角。 B1 可得:AC1=15,C1B2=13,AB2=√682
注意!
复杂的几何体都是由简单几何体
组成,在求体积时,注意利用分割的 思想。另外,应注意改变对几何体的 观察角度,以得到最佳求积法。
例3. 如图:已知在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中,棱长为 a , M、N 分别为 AA1、CC1 的中点,
求:四棱锥 A-MB1ND 的体积
A
D
A
D
B
C
B
C
(
3 3
2a)2
2 3
3a
V正四面体
1 3
S
h
A1
1 3
3 4
(
2a)2
2 3
3a
1 3
a3
B C1
0
E
D
例2.如图:在棱长为 a 的正方体ABCD--A1B1C1D1中取 点A1、C1、B、D,依次连结成一个多面体,
求:此多面体的体积。
A1 B1
A B
解二:用分割法
D1
求:四面体 ABCD 的体积。
A
D E
B
取 BC 的中点 E,
则 AE⊥BC,DE⊥BC。
V V V C
割补法在高中立体几何解题中的应用分析
积是多少?
图4
对 于 这 道 题 目 ,学 生 绘 制 图 4 的 图 像 ,分 析 这 几 种 情 况 :
(1)取 BC 的中点为 D,连接 DA 和DP,过 P 作 HP ⊥ DA,易证 △ABC 的 垂 足 为 H ,则 三 棱 锥 P ABC 的 高 为
HP,由 棱 锥 体 积 公 式 V
=
图1 学生可以这样分析:这道题目可以将 图 形 补 充 成 一 个 正
方体,设这个正方体为 ABCD PQRS,如图1所示那么求二 面 角 就 是 求 正 方 体 的 侧 面 ABQP 与 对 面 角 PQCD 所 成 的 角 ,这 个 角 为 45°,因 此 ,我 们 所 求 的 二 面 角 大 小 就 是 45°。
再将这个特殊的几何体分割为若干部分。
(一 )从 “形 上 割 补 ”
例 5 设 m、l为两条直线,α 为一个平面,那么以下命题
正确的选项为
( )
A.若l ⊥ m,m a,则l ⊥α
B.若l ⊥α,l ∥ m,则 m ⊥α
C.若l ∥α,m a,则1∥ m D.若l ∥α,m ∥a,则l ∥ m
周刊
割补法在高中立体几何解题中的应用分析
高博扬
摘 要:高中数学中的立体几何是一门逻辑性和实用 性 都 很 强 的 科 目,对 于 高 中 生 而 言,学 习 起 来 是 比 较 吃 力 的,因 此,高 中生要懂得灵活运用数学中的各种方法来研究题目并使问题最终得到解决。割补法就是立体几何中一种非常实用的解题方 法 ,学生可以利用割补几何体的方法来找出已知的几何体和 未 知 几 何 体 之 间 的 内 在 联 系。 割 补 法 是 解 决 空 间 问 题 最 常 用 的 方 法之一 ,掌握好这种几何方法对于学生的学习来说有着非常 重 要 的 帮 助。 本 文 分 析 探 究 了 学 生 在 高 中 立 体 几 何 学 习 中 割 补 法 的应用 ,希望对高中生立体几何解题能力的提升提供一定的参考和建议。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
立体几何巧思妙解之割补法
在立体几何解题中,对于一些不规则几何体,若能采用割补法,往往能起到化繁为简、一目了然的作用。
一 、求异面直线所成的角
例1、如图1,正三棱锥S-ABC 的侧棱与底面边长相等,如果E 、F 分别为SC 、AB
的中点,那么异面直线EF 与SA 所成的角等于( )
000090604530A B C D
分析:平移直线法是求解异面直线所成角最基本的方法。
如图1,只要AC 的中点G ,连EG ,FG ,解△EFG 即可.应该是情理之中的事。
若把三棱锥巧妙补形特殊的正方体,定会叫人惊喜不已。
巧思妙解:如图2,把正三棱锥S-ABC 补成一个正方体11AGBH A CB S -,
1//,EF AA ∴Q 异面直线EF 与SA 所成的角为0145A AS ∠=。
故选C 。
二、体积问题
例2、如图3,已知三棱锥子P —ABC ,234,10,241PA BC PB AC PC AB ======,则三棱锥子P —ABC 的体积为( )。
4080160240A B C D
分析:若按常规方法利用体积公式求解,底面积可用海伦公式求出,但顶
点到底面的高无法作出,自然无法求出。
若能换个角度来思考,注意到三
棱锥的有三对边两两相等,若能把它放在一个特定的长方体中,则问题不
难解决。
巧思妙解:如图4所示,把三棱锥P —ABC 补成一个长方体AEBG —FPDC ,易
知三棱锥P —ABC 的各边分别是长方体的面对角线。
PE=x,EB=y,EA=z 不妨令,则由已知有:
2222221001366,8,10164x y x z x y z y z ⎧+=⎪+=⇒===⎨⎪+=⎩
,从而知 416810468101606
P ABC AEBG FPDC P AEB C ABG B PDC A FPC AEBG FPDC P AEB
V V V V V V V V --------=----=-=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯= 例3、如图5,在多面体ABCDEF 中,已知ABCD 是边长为1的正方形,
且BCF ADE ∆∆、均为正三角形,EF ∥AB ,EF=2,则该多面体的体积为
( )
(A )
32 (B )33 (C )34 (D )23
分析:要直接求解组合几何体的体积显然较困难,变换角度思考将这个组合几何体分割成特殊的几个几何体求解,则问题可迎刃而解。
巧思妙解:如图6,过A 作AG ⊥EF ,连DG ,由对称性易知DG ⊥EF ;同理,过B 作BH ⊥EF ,连CH ,也由对称性易知CH ⊥EF ,从而有EF ⊥面ADG ,EF ⊥面BCH 。
从
而该多面体的体积等于直三棱柱ADG —BCH 与三棱锥E —ADG ,
三棱锥E —BC H的体积。
由已知: 132,,,2214422233343ADG BCH EF ABCD ABD BCH E ADG ADG ADG ADG EG FH AG DG BH CH S S V V V S GH S EG S ---==
====∴==∴=+=⨯+⨯⨯==⨯=V V V V V 点评:对于简单组合几何体的体积求解通常可用化归转化思想分割或补形求解。
三、球的有关问题
例4、一个四面体的所有棱长都为2,四个项点在同一球面上,则此球的表面积为 ( )
(A )3π (B )4π (C )3π3 (D )6π
巧思妙解:如图7,将正四面体ABCD 补形成正方体,则正四面体、正方体
的中心与其外接球的球心是同一点.因为正四面体棱长为2,所以正方体棱长
为1,从而外接球半径R =2
3. S 球=3π.故选A 。
四、二面角问题
例5、如图8,过正方形ABCD 的顶点A 作线段PA ⊥面ABCD ,若AB=PA ,则
面PAB 和面CDP 所成二面角的度数为( )。
000090604530A B C D
分析:按常规求二面角是想法作出它的平面角,而它是一个 “无棱二面角”,要
作出它的平面角有一定的难度。
巧思妙解:把原四棱锥补成正主体(如图9),连接CQ ,则所求二面角转
化面CDPQ 与面BAPQ 所成的二面角,则∠CQB 是二面角的平面角,易知∠
CQB 0
45=。