高中数学立体几何——二面角求法

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求二面角的五种方法

五法求二面角从全国19份高考试卷中我们知道，立体几何题中命有求二面角大小的试题共有12份，并都为分值是12分的大题，足以说明这一知识点在高考中的位置，据有关专家分析，它仍然是2010年高考的重点，因此，我们每位考生必须注意，学会其解题方法，掌握其解题技巧，是十分重要的。

一、定义法：从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角, 这条直线叫做二面角的棱, 这两个半平面叫做二面角的面，在棱上取点，分别在两面内引两条射线与棱垂直，这两条垂线所成的角的大小就是二面角的平面角。

本定义为解题提供了添辅助线的一种规律。

如例1中从二面角S —AM —B 中半平面ABM 上的一已知点（B ）向棱AM 作垂线，得垂足（F ）；在另一半平面ASM 内过该垂足（F ）作棱AM 的垂线（如GF ），这两条垂线（BF 、GF ）便形成该二面角的一个平面角，再在该平面角内建立一个可解三角形，然后借助直角三角函数、正弦定理与余弦定理解题。

例1（2009全国卷Ⅰ理）如图，四棱锥S ABCD -中，底面ABCD 为矩形，SD ⊥底面ABCD，AD =2DC SD ==，点M 在侧棱SC 上，ABM ∠=60°（I ）证明：M 在侧棱SC 的中点（II ）求二面角S AM B --的大小。

证（I ）略解（II ）：利用二面角的定义。

在等边三角形ABM 中过点B作BF AM ⊥交AM 于点F ，则点F 为AM 的中点，过F 点在平面ASM 内作GF AM ⊥，GF 交AS 于G ，连结AC ，∵△ADC ≌△ADS ，∴AS-AC ，且M 是SC 的中点， ∴AM ⊥SC ， GF ⊥AM ，∴GF ∥AS ，又∵F 为AM 的中点，∴GF 是△AMS 的中位线，点G 是AS 的中点。

则GFB ∠即为所求二面角. ∵2=SM ，则22=GF ，又∵6==AC SA ，∴2=AM ∵2==AB AM ，060=∠ABM ∴△ABM 是等边三角形，∴3=BF在△GAB 中，26=AG ，2=AB ，090=∠GAB ，∴211423=+=BG FG366232222113212cos 222-=-=⨯⨯-+=⋅-+=∠FB GF BG FB GF BFG ∴二面角S AM B --的大小为)36arccos(-练习1（2008山东）如图，已知四棱锥P -ABCD ，底面ABCD 为菱形，P A ⊥平面ABCD ，60ABC ∠=︒,E ，F 分别是BC , PC 的中点. （Ⅰ）证明：AE ⊥PD ;（Ⅱ）若H 为PD 上的动点，EH 与平面P AD 所成最大角E —AF —C 的余弦值. 分析：第1题容易发现，可通过证AE ⊥AD 后推出AE ⊥平面APD ，使命题获证，而第2题，则首先必须在找到最大角正切值有关的线段计算出各线段的长度之后，考虑到运用在二面角的棱AF 上找到可计算二面角的平面角的顶点S ，和两边SE 与SC ，进而计算二面角的余弦值。

二面角8种求法

二面角求法正方体是研究立体几何概念的一个重要模型，中学立体几何教学中，求平面与平面所成的二面角是转化为平面角来度量的，也可采用一些特殊的方法求二面角，而正方体也是探讨求二面角大小方法的典型几何体。

笔者通过探求正方体中有关二面角，分析求二面角大小的八种方法：（1）平面角定义法；（2）三垂线定理法；（3）线面垂直法；（4）判定垂面法；（5）异面直线上两点间距离公式法；（6）平行移动法；（7）投影面积法；（8）棱锥体积法。

一、平面角定义法此法是根据二面角的平面角定义，直接寻求二面角的大小。

以所求二面角棱上任意一点为端点，在二面角两个平面内分别作垂直于棱的两条射线所成角就是二面角的平面角，如图二面角α-l-β中，在棱l上取一点O，分别在α、β两个平面内作AO⊥l，BO⊥l，∠AOB即是所求二面角的平面角。

例题1：已知正方体ABCD-A1B1C1D1中，O、O1是上下底面正方形的中心，求二面角O1-BC-O的大小。

例题2：已知正方体ABCD-A1B1C1D1中，E、F为A1D1、C1D1的中点，求平面EFCA与底面ABCD所成的二面角。

二、利用三垂线定理法此方法是在二面角的一个平面内过一点作另一个面的垂线，再由垂足（或仍是该点）作棱的垂线，连接该点和棱上的垂足（或连两垂足）两点线，即可得二面角的平面角。

如图二面角α-l-β中，在平面α内取一点A ，过A 作AB ⊥平面β，B 是垂足，由B （或A ）作BO （或AO ）⊥l ，连接AO （或BO ）即得AO 是平面β的斜线， BO 是AO 在平面β中的射影，根据三垂线定理（或逆定理）即得AO ⊥l ，BO ⊥l ，即∠AOB 是α-l-β的平面角。

例题3：已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，求二面角B-AC-B 1的大小。

例题4：已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，求平面ACD 1与平面BDC 1所成的二面角。

三、线面垂直法此法利用直线垂直平面即该直线垂直平面内任何直线的性质来寻求二面角的平面角。

立体几何中二面角的求法

二面角的求法一、定义法：例1:如图1，设正方形ABCD-A1B1C1D！中，E为CC1中点，求截面A1BD和EBD所成二面角的度数。

二、垂面法例2如图3，设三棱锥V-ABC中，VA⊥底面ABC，AB⊥BC，DE垂直平分VC，且分别交AC、VC于D、E，又VA=AB，VB=BC，求二面角E-BD-C的度数。

三、三垂线法：例3如图6，设正方体ABCD-A1B1C1D1中，E、F分别是AB、C1D1的中点。

（1）求证：A1、E、C、F四点共面；（2）求二面角A1-EC-D的大小。

四、延伸法例4. 如图10，设正三棱柱ABC- '''A B C各棱长均为α，D为C'C中点，求平面'A BD与平面ABC所成二面角的度数.五、射影法例5如图12，设正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，M 为AA 1上点，A 1M:MA=3:1,求截面B 1D 1M 与底面ABCD 所成二面角。

1.如图，在三棱柱ABC-111A B C 中，B 1B ⊥平面ABC ，∠BAC=90°，AC=AB=1AA ，E 是BC 的中点．1. （1）求证：AE ⊥1B C ；（2）求异面直线AE 与1AC 所成的角的大小；（3）若G 为1CC 中点，求二面角C-AG-E 的正切值．2.如图，已知正方形ABCD 和矩形BDFE 所在的平面互相垂直，AC 交BD 于O 点，M 为EF 的中点，BC =，BF =1（Ⅰ）求证：BC ⊥AF ：（Ⅱ）求证：BM ∥平面ACE ；（Ⅲ）求二面角B-AF-C 的大小．3.如图，多面体ABCDS 中，面ABCD 为矩形，SD ⊥AD ，且SD ⊥AB ，AD=1，AB=2，SD=．（1）求证：CD ⊥平面ADS ；（2）求AD 与SB 所成角的余弦值；（3）求二面角A-SB-D 的余弦值．。

立体几何二面角5种常见解法

立体几何二面角大小的求法二面角的类型和求法可用框图展现如下：一、定义法：直接在二面角的棱上取一点（特殊点），分别在两个半平面内作棱的垂线，得出平面角，用定义法时，要认真观察图形的特性；例、如图,已知二面角α-а-β等于120°,PA ⊥α,A ∈α,PB ⊥β,B ∈β. 求∠APB 的大小.例、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。

jA BCDPHPOBA二、三垂线定理法：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、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 的大小。

例、(2003北京春)如图,ABCD-A 1B 1C 1D 1是长方体,侧棱AA 1长为1,底面为正方体且边长为2,E 是棱BC 的中点,求面C 1DE 与面CDE 所成二面角的正切值.ABCDA 1B 1C 1D 1EO例、ΔABC 中，∠A=90°，AB=4，AC=3，平面ABC 外一点P 在平面ABC 内的射影是AB 中点M ，二面角P —AC—B 的大小为45°。

求（1）二面角P —BC —A 的大小；（2）二面角C —PB —A 的大小例、(2006年陕西试题)如图4，平面α⊥平面β，α∩β=l ，A ∈α，B ∈β，点A 在直线l 上的射影为A 1，点B 在l 的射影为B 1，已知AB=2，AA 1=1，BB 1=2，求：二面角A 1－AB －B 1的大小.B 1AαA 1 LE F三、垂面法：已知二面角内一点到两个面的垂线时，过两垂线作平面与两个半平面的交线所成的角即为平面角，由此可知，二面角的平面角所在的平面与棱垂直；例、空间的点P 到二面角βα--l 的面α、β及棱l 的距离分别为4、3、3392，求二面角βα--l 的大小.四、射影法：（面积法）利用面积射影公式S 射＝S 原cos θ,其中θ为平面角的大小，此方法不必在图形中画出平面角；例、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PβαlCBA例、如图，设M为正方体ABCD-A1B1C1D1的棱CC1的中点，求平面BMD1与底面ABCD所成的二面角的大小。

二面角的求法(高二或高三)

求二面角的方法总结求二面角的大小是高考命题的热点内容，是立体几何中的重点、难点之一，且与其它知识点密切相连，题目大多具有较强的综合性。

总结求二面角的方法，对于学生巩固二面角知识、加强知识间的联系和综合，提高学生的整体素质有很大帮助。

一、定义法：做棱的垂面。

例1：在二面角α—n —β内有一点P ，它到面α、β、棱n 的距离分别为1、2、 2，求二面角的大小。

分析：要想做二面角的平面角，可以作棱的垂面，过P 点作平面γ⊥棱n,设α∩γ=a 、β∩γ=b ，n ∩γ=Q ，则从Q 点出发的两条射线a 、b 所成的角即为所求，过P 点作PE ⊥a ，交a 于E 点，过P 点作PF ⊥b ，交b 于F 点，由 n ⊥γ 得：α⊥γ、β⊥γ， ∴PE ⊥α、PF ⊥β，n ⊥PQ ，∴ PE ＝1 ,PF ＝2,PQ ＝2, 易得 ∠PQE ＝30︒, ∠PQF ＝45︒, ∴∠EQF ＝∠PQE +∠PQF ＝75︒.二、做二面角棱的垂线在二面角棱上取一点，分别在两个半平面内做垂直于棱的射线，两条射线所成的角便是二面角的平面角。

例2：射线PA 、PB 、PC 每两条的夹角都为60︒，求二面角A —PB —C的余弦。

分析：在PB 上取一点E ，过E 点分别在平面APB 和平面BPC 内做棱PB 的垂线，交PA 、PC 于D 、F 点，所以∠DEF 便是二面角的平面角，不妨设PE ＝1，在Rt ΔDPE 中，∵ ∠DPE ＝60︒, ∴ PD ＝2, DE ＝3, 同理，PF ＝2, EF ＝ 3 ,∴ΔDPF 是等边三角形，∴DF ＝2∴cos ∠DEF ＝DE 2＋EF 2－DF 22DE.EF ＝13。

在有些题目中，所给的二面角的半平面是一些特殊图形，尤其是等腰三角形，全等三角形等等，充分利用图形的特殊性，做二面角棱的垂线更为有效。

例3：平行六面体ABCD －A 1B 1C 1D 1的底面ABCD 是菱形，且∠C 1CB=∠C 1CD=∠BCD60，CD ＝2，C 1C ＝32，记面C 1BD 为α，面CBD 为β，求二面角α—BD —β的平面角的余弦值；分析：由条件易得：ΔC 1CD ≌ΔC 1CB,∴C 1B ＝C 1D, ∴ΔC 1BD 、ΔCBD 是等腰三角形，连接AC 交BD 于O 点,连接OC 1,∠COC 1便为所求。

高中数学知识点二面角

高中数学知识点二面角二面角是解析几何中的重要概念，在高中数学课程中也占有一定的比重。

下面将对二面角的定义、性质、应用以及解题方法进行详细介绍。

一、二面角的定义：二面角是指在空间中，由两个不重合射线所确定的两个平面之间的角。

具体而言，设有两条射线OA和OB，这两条射线除了一个公共点O之外没有其他交点，那么我们就可以通过射线OA和射线OB来确定一个二面角。

二、二面角的性质：1.二面角的大小范围是0到π之间，即0<α<π。

2.如果射线OA与射线OB共面，则二面角的大小为0。

3.如果两个射线平行或共线，则二面角的大小为π。

4.二面角的大小与两个面之间的夹角有关，夹角小，二面角大；夹角大，二面角小。

三、二面角的应用：1.几何推理：在解决空间几何题目时，常常需要运用二面角的概念进行证明与推理。

2.几何计算：在三角学和立体几何的计算中，常常需要求解二面角的大小以完成问题的解答。

3.坐标几何：通过给定点的坐标，可以确定射线的方向，进而求解二面角的大小。

四、二面角的解题方法：1.直接法：通过已知条件，利用二面角的定义直接计算得出二面角的大小。

2.投影法：将二面角所在的两个平面进行坐标投影，然后利用向量的内积关系来求解二面角的大小。

3.解析法：利用解析几何的相关知识，将二面角所在的两个平面转化为方程，然后通过求解方程组来求解二面角的大小。

在具体的解题过程中，我们需要根据题目的要求选择合适的解题方法，然后通过运用相应的数学知识和技巧来计算和推导。

总之，二面角是高中数学中的重要知识点之一，理解二面角的定义、性质和应用，掌握求解二面角的解题方法，对于解决相关问题具有重要的意义。

通过深入学习和实践应用，相信同学们对于二面角的理解和运用能力会有所提高。

六种方法求二面角的大小

六种方法求二面角的大小河北省武邑县职教中心 053400 李凤迎李洪涛求二面角的大小是高考立体几何题中的重要题型，它几乎涉及到了立体几何中的所有知识点，考查到了所有思想和方法，具有很强的综合性.我们要根据题目环境条件的不同灵活地采用适当的方法.下面总结一下二面角的常见求法，以供大家学习和参考.一、定义法例1. 在三棱锥A BCD -中，AB AC AD BC ===，CD BD =，90BAC ∠=，90BDC ∠=，求二面角A BC D --的大小.分析因为ABC ∆和BCD ∆是有公共边的等腰三角形，此时宜采用“定义法”.解答取BC 的中点O ，连接OA 、OD ，因为OA 、OD 分别为等腰ABC ∆和BCD ∆的中线，所以AO BC ⊥，DO BC ⊥，则AOD ∠即为所求二面角A BC D --的平面角.设AB a =，则AD a =，AO =，2OD a =，在AOD ∆中，因为2222a a ⎫⎛⎫+=⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，即222AO OD AD +=，所以90AOB ∠=，所以二面角A BC D --大小为90.说明当二面角的两个面是有公共边的等腰三角形和矩形的组合时，可采用“定义法”；当二面角的两个面是关于公共边对称的两个全等三角形时，同时取公共边上的高，由定义可作出二面角的平面角.变式训练1 （2008年高考题）在四棱锥A BCDE -中，底面BCDE 为矩形，侧面ABC ⊥底面BCDE ，2BC =, CD =,AB AC =.设侧面ABC 为等边三角形，求二面角C AD E --的大小. 二、三垂线定理法例2. 在三棱锥P ABC -中，AP BP BC==，90APB ABC ∠=∠=，面APB ⊥面PBC .（1）求证：APB ABC ⊥面面；（2）求二面角P AC B --的大小.分析由（1）中APB ABC ⊥面面可知，此时宜采用“三垂线定理法”作出二面角P AC B --的平面角.只需过P 作PO AB ⊥于O ，过O 作OH AC ⊥于H ，连接PH ，则PHO∠即为所求. 解答（1）略.（2）过P 作PO AB ⊥于O ，过O 作OH AC ⊥于H ，连接PH .因为APB ABC ⊥面面，=APB ABC AB 面面，PO APB ⊂面，PO AB ⊥，所以DCO ABO HCA B PEGOB DCAPO ABC ⊥面，则OH 为斜线PH 在面ABC 内的射影.又因为AC OH ⊥，所以AC PH ⊥（三垂线定理），则PHO ∠即为所求.设AP a =，则PB BC a ==.在Rt APB ∆中2PO AO a ==，在Rt ABC ∆中AC =，由Rt AOH ∆∽Rt ABC ∆得OH BC AO AC=，所以BC OH AO AC =⋅2a ==，又因为PO ABC ⊥面，OH ABC ⊂面，所以PO OH ⊥，则在Rt ABC ∆中，tan PO PHO HO ∠===60PHO ∠=，即二面角P AC B --的大小为60.说明当题目中有一条从一个半平面内的一点到另一个半平面的垂线段时，可采用“三垂线定理法”.垂线段可由题目中的线面垂直、面面垂直等条件作出.变式训练2 如图，三棱柱111ABC A B C -，底面是边长为的正三角形，点1A 在底面ABC 上的射影O 恰是BC 的中点.若侧棱1AA 和底面ABC 所成的角为45时，求二面角1A AC B --的正切值.三、垂面法例3. 已知P 为二面角l αβ--内一点，PA α⊥于A ，PB β⊥于B ，且3PA =，4PB =若ABC S ∆=l αβ--的度数为______.分析由已知得l PAB ⊥面.设PAB l O =面，连接,OA OB ，则l OA ⊥，l OB ⊥，则AOB ∠即为二面角l αβ--的平面角，且180AOB P ∠+∠=.要想求AOB ∠，只需由ABC ∆的面积公式求出P ∠即可.解答因为1sin 2ABC S PA PB P ∆=⋅⋅⋅∠134sin 2P =⋅⋅⋅∠=所以sin 2P ∠=，所以60P ∠=或120，又因为180AOB P ∠+∠=，从而=120AOB ∠或60.说明 180AOB P ∠+∠=可作为结论使用.若给出ABP ∆的三边，则可通过余弦定理l OA BPβαHC 1B 1A 1OC B A求出P ∠的度数.变式训练 3 已知P 为二面角l αβ--内一点，PA α⊥于A ，PB β⊥于B ，且7PA =，8PB =，13AB =，则二面角l αβ--的度数为______.四、面积射影法例4. 在三棱锥中P ABC -，,D E 分别为PBC ∆、ABC ∆的重心，若DE ABC ⊥∆面，PBC ABC ∆∆=S ，则二面角P BC A --的大小为______.分析易证DE ∥PA ，则PA ABC ⊥面，则PBC ∆的射影为ABC ∆，此时宜采用“面积射影法”.解答设二面角为θ，因为,D E 分别为PBC ∆、ABC ∆的重心，则可得=MD MEDP EA，所以DE ∥PA .又因为DE ABC ⊥面，所以PA ABC ⊥面.因为cos ABC PBC S θ∆∆=S ==45θ=. 说明当题目中涉及斜面三角形面积和相应射影三角形面积时，可采用“面积射影法”求二面角的大小.变式训练4 若一正四棱锥的表面积与其底面积满足关系式21=x x S S x++表底，则其侧面与底面所成的二面角的范围是______.五、三正弦定理法例5. （2012年全国新课标卷）在直三棱柱ABC A B C '''-中，12AC BC AA '==，D 是棱AA '的中点，DC BD '⊥.（1）证明：DC BC '⊥；（2）求二面角A BD C ''--的大小.分析考察面BDC '内的直线DC '，易求90BDC '∠=，即2sin 1θ=；取A B ''的中点N ，则C N ABB A '''⊥面，则C DN '∠即为直线DC '与ABB A ''面所成的角，且1sin 2C DN '∠=，即11sin 2θ=，最后代入公式即可求出二面角的大小.解答因为DA C ''∆和DAC ∆均为等腰直角三角形，所以DC DC '⊥.又因为DC BC '⊥，所以DC DBC '⊥面，从而DC DB '⊥，即2sin sin 901θ==；取A B ''的中点N ，连接DN ，则C N A B '''⊥.又因为AA C N ''⊥，所以C N ABB A '''⊥面，则C DN'∠M EDC BAPB B'A'C'AD N即为直线DC '与ABB A ''面所成的角.设2AA a '=，则AC BC a ==，因为2C N a '=，D C '=，即11sin sin 2C N C DN CD θ''=∠==.由12sin sin sin θθθ=得1sin 2θ=，又据题意知所求二面角为锐二面角，所以30θ=.说明当其中一个半平面内的一条直线与另一个半平面、二面角的棱所成的角的正弦值容易求出时，可采用“三正弦定理法”.变式训练 5 如图，平面角为锐角的二面角EF αβ--，若A EF ∈，AG α⊂，45GAE ∠=，若AG 与β所成的角为30，则该二面角的大小为______.六、向量法例6. 题目同例5.分析由（1）可证BC CC A A ''⊥面，则BC CA ⊥，所以,,CA CB CC '两两互相垂直，此时可以采用“向量法”求二面角的大小.解答 (1) 略.（2）建立如图所示的空间直角坐标系.设所求二面角为θ，平面BDC '的法向量为()1,,n x y z =，又因为()101DC '=-，，，()012BC '=-，，，则1100DC n BC n ⎧'⋅=⎪⎨'⋅=⎪⎩，即020x z y z -+=⎧⎨-+=⎩，取1x =，则2y =，1z =，所以()11,2,1n =；同理设平面ABB A ''的法向量为2n ，取AB 的中点M ，则可知CM ABB A ''⊥面，所以取211==,022n CM ⎛⎫⎪⎝⎭，，又因为121212cos ,n n n n nn ⋅=32==，由题意知所求二面角为锐二面角，所以30θ=. 说明向量法又俗称“万能法”.当题目中出现三条线段具有或可以证明存在两两互相垂直的位置关系时，可采用“向量法”.但计算时一定要认真，并且要根据所求二面角是锐二面角还是钝二面角合理取舍.变式训练 6 如图，在直三棱柱111A B C ABC -中，AB AC ⊥，2AB AC ==，14AA =，点D 是BC 的中点.求平面1ADC 与平面1ABA 所成二面角的正弦值.βαGE FA（参考答案：1.π- 2. 2；3.60；4.6090θ≤<；5.45；6.sinθ=.）。

二面角求解方法

教师: 学生: 年级: 科目：课次：时间: 年月日内容：二面角求解方法总结二面角的作与求求角是每年高考必考内容之一，可以做为选择题，也可作为填空题，时常作为解答题形式出现，重点把握好二面角，它一般出现在解答题中。

下面就对求二面角的方法总结如下：1、定义法：在棱上任取一点，过这点在两个面内分别引棱的垂线，这两条射线所成的角就是二面角的平面角。

2、三垂线定理及逆定理法：自二面角的一个面上的一点向另一个面引垂线，再由垂足向棱作垂线得到棱上的点。

斜足与面上一点连线，和斜足与垂足连线所夹的角即为二面角的平面角。

3、作棱的垂面法:自空间一点作与棱垂直的平面，截二面角的两条射线所成的角就是二面角的平面角。

4、投影法：利用s投影面=s被投影面θcos 这个公式对于斜面三角形，任意多边形都成立，是求二面角的好方法。

尤其对无棱问题5异面直线距离法： EF 2=m 2+n 2+d 2－2mn θcos例1：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=6,求二面角P-BC-A 的大小。

分析：由于这两个三角形是全等的三角形，故采用定义法解：取BC 的中点E ，连接AE 、PEAC=AB ，PB=PC ∴AE ⊥ BC ，PE ⊥BC∴PEA ∠为二面角P-BC-A 的平面角PCBAE在PAE ∆中AE=PE=3，PA=6∴PEA ∠=900∴二面角P-BC-A 的平面角为900。

例2：已知ABC ∆是正三角形，⊥PA 平面ABC 且PA=AB=a,求二面角A-PC-B 的大小。

[思维]二面角的大小是由二面角的平面角来度量的，本题可利用三垂线定理（逆）来作平面角，还可以用射影面积公式或异面直线上两点间距离公式求二面角的平面角。

解1：（三垂线定理法）取AC 的中点E ，连接BE ，过E 做EF ⊥PC,连接BF ⊥PA 平面ABC ，PA ⊂平面PAC∴平面PAC ⊥平面ABC, 平面PAC 平面ABC=AC∴BE ⊥平面PAC由三垂线定理知BF ⊥PC∴BFE ∠为二面角A-PC-B 的平面角设PA=1,E 为AC 的中点，BE=23,EF=42∴tan BFE ∠=6=EFBE∴BFE ∠=argtan 6解2：（三垂线定理法）取BC 的中点E ，连接AE ，PE 过A 做AF ⊥PE, FM ⊥PC,连接FMAB=AC,PB=PC ∴AE ⊥BC,PE ⊥BC∴ BC ⊥平面PAE,BC ⊂平面PBC∴平面PAE ⊥平面PBC, 平面PAE 平面PBC=PEPC AEF MEPCBAF图1由三垂线定理知AM ⊥PC∴FMA ∠为二面角A-PC-B 的平面角设PA=1，AM=22,AF=721.=PE AE AP∴sin FMA ∠=742=AM AF ∴FMA ∠=argsin742解3：（投影法）过B 作BE ⊥AC 于E,连结PE ⊥PA 平面ABC ，PA ⊂平面PAC∴平面PAC ⊥平面ABC, 平面PAC 平面ABC=AC∴BE ⊥平面PAC∴PEC ∆是PBC ∆在平面PAC 上的射影设PA=1,则PB=PC=2,AB=141=∆PEC S ,47=∆PBC S由射影面积公式得，77cosarg ,77=∴==∆∆θθPBC PEC S S COS , 解4：（异面直线距离法）过A 作AD ⊥PC,BE ⊥PC 交PC 分别于D 、E 设PA=1,则AD=22,PB=PC=2 ∴BE=PC S PBC 21∆=414,CE=42,DE=42由异面直线两点间距离公式得 AB 2=AD 2+BE 2+DE 2-2ADBE θCOS ,θCOS =77cos arg ,77=∴θ PCBAEEPCBA D图3图4[点评]本题给出了求平面角的几种方法，应很好掌握。

二面角的多种求法(最新经典版)

六种方法求二面角从全国19份高考试卷中我们知道，立体几何题中命有求二面角大小的试题共有12份，并都为分值是12分的大题，足以说明这一知识点在高考中的位置，据有关专家分析，它仍然是2010年高考的重点，因此，我们每位考生必须注意，学会其解题方法，掌握其解题技巧，是十分重要的。

本定义为解题提供了添辅助线的一种规律。

证（I ）略解（II ）：利用二面角的定义。

正四面体二面角8种求法（学生版）

大小方法的典型几何体。

笔者通过探求正方体中有关二面角，笔者通过探求正方体中有关二面角，笔者通过探求正方体中有关二面角，分析求二面角大小的八种方法：分析求二面角大小的八种方法：（1）平面角定义法；（2）三垂线定理法；（3）线面垂直法；（4）判定垂面法；（5）异面直线上两点间距离公式法；（6）平行移动法；（7）投影面积法；（8）棱锥体积法。

）棱锥体积法。

一、平面角定义法此法是根据二面角的平面角定义，直接寻求二面角的大小。

以所求二面角棱上任意一点为端点，在二面角两个平面内分别作垂直于棱的两条射线所成角就是二面角的平面角，如图二面角α-l-β中，在棱l 上取一点O ，分别在α、β 两个平面内作AO AO⊥⊥l ，BO BO⊥⊥l ，∠，∠AOB AOB 即是所求二面角的平面角。

即是所求二面角的平面角。

例题1：已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，中，O O 、O 1是上下底面正方形的中心，求二面角O 1-BC-O 的大小。

大小。

例题2：已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，中，E E 、F 为A 1D 1、C 1D 1的中点，求平面EFCA 与底面ABCD所成的二面角。

所成的二面角。

B A O l β α H O G F E A D DC 1BAC B O O E A D D C 1 B AC B 二、利用三垂线定理法此方法是在二面角的一个平面内过一点作另一个面的垂线，再由垂足（或仍是该点）作棱的垂线，连接该点和棱上的垂足（或连两垂足）两点线，即可得二面角的平面角。

如图二面角α-l-β中，在平面α内取一点A ，过A 作AB AB⊥平面⊥平面β，B 是垂足，是垂足，由B （或A ）作BO BO（或（或AO AO）⊥）⊥）⊥l l ，连接AO AO（或（或BO BO）即得）即得AO 是平面β的斜线，的斜线， BO 是AO 在平面β中的射影，中的射影，根据三垂线定理（或逆定理）即得AO AO⊥⊥l ，BO BO⊥⊥l ，即∠即∠AOB AOB 是α-l-β的平面角。

高中数学立体几何——二面角求法

高中数学立体几何——二面角求法
二面角是指两个平面之间的角度，通常用于描述两个多面体表面相接的角度。

二面角的求法有以下几种常见的方法：
1.面对面法：首先确定两个相邻平面的法向量，然后计算它们之间的夹角，即为二面角。

2.边对边法：首先找到两个相邻平面的公共边，然后计算这条边分别在两个平面上的投影长度，最后使用向量夹角的方法求得二面角。

3.用平行面的夹角计算二面角：如果两个面是平行的，则二面角为零。

需要注意的是，在具体的问题中，可能还会有其他方法来计算二面角，具体的求解方法要根据具体的情况和已知条件来选择合适的计算方式。

立体几何向量法求二面角

立体几何向量法求二面角简介在立体几何中，二面角指的是两个平面的夹角。

为了求解二面角，我们可以使用向量法，具体就是将两个平面的法向量进行运算，得到两个向量之间的夹角。

本文将详细介绍立体几何向量法求解二面角的原理和具体步骤。

背景知识在学习立体几何向量法求解二面角之前，我们需要了解一些基础知识： 1. 平面的法向量：平面上的每一点都有一个与之垂直的向量，称为平面的法向量。

平面的法向量可以用两个不共线的向量来确定。

2. 向量的点乘：向量的点乘运算可以得到两个向量之间的夹角。

点乘的结果等于两个向量的模长乘积与它们之间夹角的余弦值的乘积。

3. 向量的模长：向量的模长表示向量的长度。

理论推导假设有两个平面，分别为平面A和平面B，我们需要求解它们之间的二面角。

要求解二面角，我们可以使用以下的步骤： 1. 确定平面A和平面B的法向量。

可以通过已知条件或者使用平面上的点来确定法向量。

2. 对平面A和平面B的法向量进行点乘运算，得到它们之间的夹角的余弦值。

3. 通过反余弦函数，将夹角的余弦值转换为夹角的度数。

以下是具体的求解步骤：步骤1：确定法向量首先，我们需要确定平面A和平面B的法向量。

实际情况中，可能已经给出了平面的法向量，也可能需要通过平面上的点来计算法向量。

假设平面A的法向量为??，平面B的法向量为??。

步骤2：点乘运算接下来，我们对平面A和平面B的法向量进行点乘运算，得到它们之间的夹角的余弦值。

点乘的结果等于两个向量的模长乘积与它们之间夹角的余弦值的乘积。

? · ?? = |??| |??| cos(?)其中，?为平面A和平面B的法向量之间的夹角。

步骤3：求解夹角最后，通过反余弦函数，我们可以将夹角的余弦值转换为夹角的度数。

得到的结果就是平面A和平面B之间的二面角。

= arccos( · ?)实例演示为了更好地理解立体几何向量法求解二面角的过程，我们来看一个具体的实例。

假设有两个平面，平面A的法向量为? = (1, 0, 0)，平面B的法向量为?? = (0, 1, 0)。

立体几何中二面角8个常用求法

⽴体⼏何中⼆⾯⾓8个常⽤求法
⼆⾯⾓定义的回顾：
⼆⾯⾓的通常求法
1、由定义作出⼆⾯⾓的平⾯⾓；
2、利⽤三垂线定理（逆定理）作出⼆⾯⾓的平⾯⾓；
3、作⼆⾯⾓棱的垂⾯，则垂⾯与⼆⾯⾓两个⾯的交线所成的⾓就是⼆⾯⾓的平⾯⾓。

4、空间坐标法求⼆⾯⾓的⼤⼩
5、平移或延长（展）线（⾯）法
6、射影公式S射影=S斜⾯cosθ
7、化归为分别垂直于⼆⾯⾓的两个⾯的两条直线所成的⾓
⼀、利⽤定义作出⼆⾯⾓的平⾯⾓，并设法求出其⼤⼩。

⼆、三垂线定理（逆定理）法
由⼆⾯⾓的⼀个⾯上的斜线（或它的射影）与⼆⾯⾓的棱垂直，推得它位于⼆⾯⾓的另⼀的⾯上的射影（或斜线）也与⼆⾯⾓的棱垂直，从⽽确定⼆⾯⾓的平⾯⾓。

四、找（作）公垂⾯法
由⼆⾯⾓的平⾯⾓的定义可知两个⾯的公垂⾯与棱垂直，因此公垂⾯与两个⾯的交线所成的⾓，就是⼆⾯⾓的平⾯⾓。

五、平移或延长（展）线（⾯）法
将图形中有关线段或平⾯进⾏平移或延长（展），以其得到⼆⾯⾓的两个平⾯的交线。

图⼆：
六、射影公式
由公式S射影=S斜⾯cosθ，作出⼆⾯⾓的平⾯⾓直接求出。

运⽤这⼀⽅法的关键是从图中找出斜⾯多边形和它在有关平⾯上的射影，⽽且它们的⾯积容易求得。

图⼆：
七、化归为分别垂直于⼆⾯⾓的两个⾯的两条直线所成的⾓
图⼆：
图三：
⼋、空间向量求解⼆⾯⾓
求解⼆⾯⾓⼤⼩的⽅法很多，诸如定义法、三垂线法、垂⾯法、射影法、向量法等若⼲种。

⽽这些⽅法中最简单易学的就是向量法。

图⼆：
图四：
图五：
图六：
图七：
图⼋：
图九：
图⼗：。

线线角、线面角,二面角(高考立体几何法宝)

1A 1B 1C 1D ABCD E FG线线角、线面角、二面角的求法1.空间向量的直角坐标运算律：⑴两个非零向量与垂直的充要条件是1122330a b a b a b a b ⊥⇔++=⑵两个非零向量与平行的充要条件是a ·b =±|a ||b | 2.向量的数量积公式若a 与b 的夹角为θ(0≤θ≤π),且123(,,)a a a a =，123(,,)b b b b =,则（1）点乘公式： a ·b =|a ||b | cos θ（2）模长公式：则212||a a a a a =⋅=++2||b b b b =⋅=+（3）夹角公式：2cos ||||a ba b a b a ⋅⋅==⋅+（4）两点间的距离公式：若111(,,)A x y z ，222(,,)B x y z ，则2||(AB AB x ==,A B d =①两条异面直线a 、b 间夹角0,2πα⎛⎫∈ ⎪⎝⎭在直线a 上取两点A 、B ，在直线b 上取两点C 、D ，若直线a 与b 的夹角为θ，则cos |cos ,|AB CD θ=<>=例1 (福建卷)如图，长方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，AA 1=AB =2，AD =1，点E 、F 、G 分别是DD 1、AB 、CC 1的中点，则异面直线A 1E 与GF 所成的角是（）A ．515arccosB ．4π C ．510arccosD ．2π（向量法，传统法）PBCA例 2 (2005年全国高考天津卷)如图，PA ⊥平面ABC ，90ACB ∠=︒且PA AC BC a ===，则异面直线PB 与AC 所成角的正切值等于_____．解：（1）向量法（2）割补法：将此多面体补成正方体'''DBCA D B C P -，PB 与AC 所成的角的大小即此正方体主对角线PB 与棱BD 所成角的大小，在Rt △PDB中，即t a n 2PDDBA DB∠==．点评：本题是将三棱柱补成正方体'''DBCA D B C P -②直线a 与平面α所成的角0,2πθ⎛⎤∈ ⎥⎝⎦(重点讲述平行与垂直的证明)可转化成用向量→a 与平面α的法向量→n 的夹角ω表示，由向量平移得：若ππ（图）；若ππ平面α的法向量→n 是向量的一个重要内容，是求直线与平面所成角、求点到平面距离的必备工具.求平面法向量的一般步骤：(1)找出(求出)平面内的两个不共线的向量的坐标111222(,,),(,,)a a b c b a b c == (2)设出平面的一个法向量为(,,)n x y z =(3)根据法向量的定义建立关于x,y,z 的方程组(0a <(4)解方程组，取其中的一组解，即得法向量。

高考数学二面角10种求法及锐钝角的判断

二面角10种求法及判断锐钝角二面角大小的求法中知识的综合性较强，方法的灵活性较大，一般而言，二面角的大小往往转化为其平面角的大小，从而又化归为三角形的内角大小，在其求解过程中，主要是利用平面几何、立体几何、三角函数等重要知识。

求二面角大小的关键是，根据不同问题给出的几何背景，恰在此时当选择方法，作出二面角的平面角，有时亦可直接运用射影面积公式求出二面角的大小。

1.概念法顾名思义，概念法指的是利用概念直接解答问题。

例1：如图所示，在四面体ABCD 中，1AC AB ==,2CD BD ==,3AD =。

求二面角A BC D --的大小。

分析：四面体ABCD 的各个棱长都已经给出来了，这是一个典型的根据长度求角度的问题。

解：设线段BC 的中点是E ，接AE 和DE 。

根据已知的条件1AC AB ==，2CD BD ==，可以知道AE BC ⊥且DE BC ⊥。

又BC 是平面ABC 和平面DBC 的交线。

根据定义，可以得出：AED ∠即为二面角A BC D --的平面角。

可以求出32AE =，3DE =，并且3AD =。

根据余弦定理知：2222223()(3)372cos 243232AE DE ADAED AE DE+-+-∠===-⨯⨯⨯ 即二面角A BC D --的大小为7arccos4π-。

同样，例2也是用概念法直接解决问题的。

例2：如图所示，ABCD 是正方形，PB ABCD ⊥平面，1PB AB ==，求二面角A PD C --的大小。

解：作辅助线CE PD ⊥于点E ，连接AC 、AE 。

由于AD CD =，PA PC =，所以PAD PCD ≅三角形三角形。

即AE PD ⊥。

由于CE PD ⊥，所以AEC ∠即为所求的二面角的大小。

通过计算可以得到：2PC =，3PD =，又1CD =，在三角形PCD 中可以计算得到63CE =。

由此可以得到：63AE CE ==，又2AC =。

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二面角求法
1 .定义法
即在二面角的棱上找一点，在二面角的两个面内分别作棱的射线即得二面角的平面角.
·
例1 . 正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，求二面角A-BD-C 1
解析：易知∠COC 1是二面角C-BD-C 1的平面角，且tan ∠COC 1
例2.在锥体P-ABCD 中，ABCD 是边长为1的菱形，且∠DAB=60︒，PA PD ==分别是BC,PC 的中点.
求：二面角P-AD-B 的余弦值.
&
解：由（1）知PGB ∠为二面角P AD B --的平面角，
在Rt PGA ∆中，2217
()24
PG =-=；在Rt BGA ∆中，
2
2
213
1()24
BG =-=；
在PGB ∆中，222cos 2PG BG PB PGB PG BG +-∠==⋅.
2 三垂线法
此法最基本的一个模型为：如图3，设锐二面角βα--l ，过面α 内一点P 作PA ⊥α于A ，作AB ⊥l 于B ，连接PB ，由三垂线定理得PB ⊥l ，则∠PBA 为二面角βα--l 的平面角，故称此法为三垂线法.
《
例3.如图4，平面α⊥平面β，α∩β=l ，A ∈α，B ∈β，点A 在直线l 上的射影为A 1，点B 在l 的射影为B 1，已知AB=2，AA 1=1，BB 1=2，求：二面角A 1－AB －B 1的正弦值.
分析与略解：
作A 1E ⊥AB 1于AB 1于E ，则可证A 1E ⊥平面AB 1B.
@
—
A
图3
α
β
P
￥
B
l
B 1 A *
A 1
l
%
E
F
@P
C
Ｓ
| F
G
P A
Ｓ
B
Ｓ
;
C D
Ｓ
F E
,
过E 作EF ⊥AB 交AB 于F ，连接A 1F ，则得A 1F ⊥AB ， ∴∠A 1FE 就是所求二面角的平面角.依次可求得 AB 1=B 1B=2，A 1B=3，A 1E=
22，A 1F=2
3，则在Rt △A 1EF 中，sin ∠A 1FE=A 1E A 1F =6
3 .
·
例4.如图所示,在四棱锥P-ABCD 中,底面ABCD 为矩形,PA ⊥平面ABCD,点E 在线段PC 上,PC ⊥平面BDE.
若PA=1,AD=2,求二面角B-PC-A 的正切值.
】
解:由(1)得BD ⊥平面PAC, ∴BD ⊥AC.
又四边形ABCD 为矩形,∴四边形ABCD 是正方形.
设AC 交BD 于O 点,∵PC ⊥平面BDE,∴∠BEO 即为二面角B-PC-A 的平面角. ∵PA=1,AD=2,∴AC=2,BO=OC=,∴PC=
=3,
—
又OE===在直角三角形BEO 中,tan ∠BEO===3,∴二面角B-PC-A 的正切值为3.
例5. 如图, 四棱锥P-ABCD 中, 底面ABCD 为矩形, PA ⊥底面ABCD, PA=AB=, 点E 是棱
PB 的中点.
(1) 若AD=, 求二面角A-EC-D的平面角的余弦值.
—
(1) 过点D作DF⊥CE, 交CE于F, 过点F作FG⊥CE, 交AC于G, 则∠DFG为所求的二面角的平面角.
由(Ⅰ) 知BC⊥平面PAB, 又AD∥BC, 得AD⊥平面PAB, 故AD⊥AE, 从而DE==. 在Rt△CBE中, CE==. 由CD=, 所以△CDE为等边三角形, 故F为CE的中点, 且DF=CD·sin=.
因为AE⊥平面PBC, 故AE⊥CE, 又FG⊥CE, 知FG=AE, 从而FG=, 且G点为AC的中点. 连结DG, 则在Rt△ADG中, DG=AC
==.
，
所以cos∠DFG==.
、
3、向量法
向量法解立体几何中是一种十分简捷的也是非常传统的解法，可以说所有的立体几何题都可以用向量法求解，用向量法解立体几何题时，通常要建立空间直角坐标系，写出各点的坐标，然后将几何图中的线段写成用坐标法表示的向量，进行向量计算解题。

①分别求出α和β的法向量n m ,，则二面角βα--l 的大小为><n m ,或π—><n m ,
@
例1. 如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,点E在线段PC上,PC ⊥平面BDE.
若PA=1,AD=2,求二面角B-PC-A的正切值.
！
由(1)可知BD⊥面PAC,
∴BD⊥AC,
∴矩形ABCD为正方形,
：
建立如图所示的坐标系A-xyz,则A(0,0,0),P(0,0,1),C(2,2,0),B(2,0,0).
∴=(0,0,1),=(2,2,0).
设平面PAC的法向量为n1=(x,y,z),
则令x=1,
∴y=-1,z=0. 即n1=(1,-1,0).
"
同理求得面PBC的一个法向量n2=(1,0,2).
∴cos<n1,n2>=.
设二面角B-PC-A的大小为α,则cos α=,∴sin α=,∴tan α=3.
例2. (2014广东,18,13分)如图,四边形ABCD为正方形,PD
⊥平面ABCD,∠DPC=30,AF⊥PC于点F,FE∥CD,交PD于点
E.
(1)求二面角D-AF-E的余弦值.
解法一:设AB=1,则Rt△PDC中,CD=1,∵∠DPC=30°,
∴PC=2,PD=,由(1)知CF⊥DF,∴DF=,
∴CF=,又FE∥CD,
∴==,∴DE=,同理EF=CD=,
解法二：如图所示,以D为原点,建立空间直角坐标系,则A(0,0,1),
E,F,P(,0,0),C(0,1,0).
设m=(x,y,z)是平面AEF的法向量,
则又∴
令x=4,得z=,故m=(4,0,),
由(1)知平面ADF的一个法向量为=(-,1,0),设二面角D-AF-E的平面角为θ,可知θ为锐角,
cos θ=|cos<m,>|===,故二面角D-AF-E的余弦值为.
例3.(2010天津, 19, 12分) 如图, 在长方体ABCD-A1B1C1D1中, E, F分别是棱BC, CC1上的点, CF=AB=2CE, AB∶AD∶AA1=1∶2∶4.
(1) 求二面角A1-ED-F的正弦值
(1) 设平面EFD的法向量
u=(x, y, z) , 则即
不妨令x=1, 可得u=(1, 2, -1) .
由(Ⅱ) 可知, 为平面A1ED的一个法向量. 于是cos<u, >==. 从而sin<u, >=. 所以二面角A1-ED-F的正弦值为.。