求二面角大小的直接计算法(讲稿)
怎样求解二面角问题
二面角问题在立体几何中比较常见，常见的命题形式有求二面角的大小、求二面角的余弦值，证明两个平面互相垂直等.此类问题的难度一般较大，需综合运用立体几何知识、平面几何知识、解三角形知识、三角函数知识，才能顺利求得问题的答案.本文结合实例，重点探讨一下求解二面角问题的几种常用方法.一、定义法二面角是由从一条直线出发的两个半平面所组成的，而二面角的大小往往是用其平面角的大小来表示，因此在求二面角的大小时，通常要用到二面角的平面角的定义：过二面角的棱上的一点在两个半平面内作垂直于棱的射线，两射线所成的角.然后根据正余弦定理、勾股定理求得二面角的平面角的大小，即可求得二面角的大小.例1.如图1，已知空间中有三条射线CA 、CP 、CB ，且∠PCA =∠PCB =60°，∠ACB =90°，求二面角B -PC -A 的余弦值.图1解：在PC 上任取一点D ，过D 分别作DE ⊥PC ，DF ⊥PC ，连接EF ，所以∠EDF 为二面角B -PC -A 的平面角，设CD =a ，因为∠PCA =∠PCB =60°，所以CE =CF =2a ，DE =DF =3a ，因为∠ACB =90°，所以EF =22a ，在△DEF 中，根据余弦定理得：cos ∠EDF =3a 2+3a 2-8a 22∙3a2=-13.解答本题主要运用了定义法，需根据二面角的平面角的定义，在二面角B -PC -A 的棱PC 上任取一点D ，过D 分别作DE ⊥PC ，DF ⊥PC ，从而确定了二面角B -PC -A 的平面角∠EDF ，再根据余弦定理求得cos ∠EDF 的值.二、垂面法垂面法是指作一个垂直的平面，根据其中的垂直关系求得问题的答案.在求解二面角问题时，若题目中涉及的垂直关系较多，可过二面角棱上的一点在两个半平面内作棱的垂线；也可将两个半平面内的垂线平移，使其交于一点；还可过一条垂线上的一点作另一个平面的垂线，从而构成一个垂面，则垂面上的两条垂线或其平行线所形成的夹角即为二面角的平面角.最后根据勾股定理即可求得二面角的平面角的大小.例2.如图2，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.图2解：因为PA ⊥平面ABCD ，ABCD 是正方形，所以PA ⊥BD ，BD ⊥AC ，所以BD ⊥平面PAC ,可得BD ⊥PC ，分别过B 、D 作DH ⊥PC ，BH ⊥PC ，则∠BHD 为二面角B -PC -D 的平面角，因为PA =AB =a ，所以BC =a ，PB =AC =2a ，所以PC =3a ，根据勾股定理可得∠PBC =90°，所以在△PBC 中，12PB ∙BC =S △PBC =12PC ∙BH ，则BH ，同理可得DH ，因为BD =2a ，所以在△BHD 中，由余弦定理可得：cos ∠BHD =ö÷2+ö÷2-2a 2-12，因为0<∠BHD <π，则∠BHD =2π3,即二面角B -PC -D 的大小为2π3.本题中的垂直关系较多，于是分别过B 、D 作DH ⊥PC ，BH ⊥PC ，得到PC 的垂面BHD ，据此确定二面角B -PC -D 的平面角∠BHD ，再在△BHD 中由怎样求解二面角问题方法集锦43余弦定理即可求得∠BHD 的大小，进而求得二面角B -PC -D 的大小.值得注意的是，二面角α的范围为：[0,π].三、三垂线法三垂线法是利用三垂线定理解题的方法.运用三垂线法求解二面角问题，需先找到平面的垂线，然后过垂线上的一点作平面的斜线，若平面内的一条直线与平面的斜线垂直，那么这条直线与斜线在平面内的射影垂直，根据这些垂直关系就可以确定二面角的平面角，最后根据勾股定理、正余弦定理即可求得平面角的大小.例3.如图3所示，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.图3解：如图3，过A 作AH ⊥BC 于H ，连接PH ，因为PA ⊥平面ABCD ，所以PA ⊥BC ，PA ⊥AH ，所以BC ⊥平面PHA ，所以BC ⊥PH ，可知∠PHA 是二面角P -BC -A 的平面角，在Rt△ABH 中，AB =a ，∠ABH =∠ABC =30°所以AH =AB sin ∠ABH =a sin 30°=12a ，因为PA ⊥AH ，所以在Rt△PHA 中，tan ∠PHA =PA AH=2，所以∠PHA =arctan 2，故二面角P -BC -A 的大小为arctan 2.根据题意作AH ⊥BC ，便可知AH 为PH 在平面ABCD 内的射影，由三垂线定理可得BC ⊥PH ，由此可确定∠PHA 是二面角P -BC -A 的平面角，再在Rt△PHA 中根据正切函数的定义求得∠PHA 的大小，进而可得到二面角P -BC -A 的大小.由此可见，求解二面角问题的关键有两步：第一步，根据二面角的平面角的定义、三垂线定理、垂面的性质，确定二面角的平面角；第二步，根据勾股定理、正余弦定理、三角函数的定义求得平面角的大小.（作者单位：江西省赣州市南康第三中学）二次函数是一种基本初等函数.二次函数问题的常见命题形式有求二次函数的解析式、最值、对称轴、单调区间、零点等.这类问题侧重于考查二次函数的图象和性质.下面重点谈一谈如何求解有关二次函数的最值问题、零点问题和不等式问题.一、二次函数的最值问题二次函数y =ax 2+bx +c 的图象是一条抛物线，若a >0，则抛物线的开口向上；若a <0，则抛物线的开口向下.当x =-b 2a 时,函数在R 上有最值b 2-4ac 4a.若函数的定义域为[m ,n ]，则需分三种情况考虑：（1）当-b 2a ∈[m ,n ]时，函数在x =-b 2a 处取得最值；（2）当x =-b 2a,在[m ,n ]的左侧时，若a >0，则函数在x =m处取最小值，在x =n 处取最大值，若a <0，则相反；（3）当x =-b2a在[m ,n ]的右侧时，若a >0，则函数在x =m 处取最大值，在x =n 处取最小值；若a <0，则相反.例1.求y=-5x 2-6x ＋1的最大值.解：y =-5x 2-6x ＋1是二次函数，x 2的系数是-5，所以二次函数图象的开口向下，当x =-65时，函数有最大值1.利用二次函数的图象，即可确定二次函数在对称轴处取得最值.除了用图象法求解最值问题，还可以用配方法，比如y =x 2＋4x ＋3=()x +22-1，可知当x =-2时函数的最小值为-1.例2.已知函数f (x )=x 2＋(2a -1)x -3.方法集锦44。
求二面角的方法
求二面角的方法求二面角的方法二面角是一个非常重要的概念，在数学、物理、化学等领域都有广泛的应用。
它是指两个平面或曲面之间的夹角，也可以理解为一个三维图形中相邻两个面之间的夹角。
在这里，我们将介绍几种求二面角的方法。
方法一：向量法向量法是一种比较简单易懂的方法。
首先，我们需要找到两个平面或曲面上的法向量，然后计算它们之间的夹角即可得到二面角。
具体步骤如下：1. 找到两个平面或曲面上的法向量。
2. 计算这两个法向量之间的夹角，可以使用余弦定理或内积公式进行计算。
3. 将得到的结果转换为度数制即可得到二面角。
例如，假设我们要求一个正四棱锥中底面和侧棱所在平面之间的二面角。
首先，我们需要找到底面和侧棱所在平面上的法向量。
底面上任意一点处垂直于底面且指向外部的单位法向量为(0,0,-1)，而侧棱所在平面上任意一点处垂直于该平面且指向内部的单位法向量为(1/√2,0,-1/√2)。
然后，我们可以使用余弦定理计算它们之间的夹角，即cosθ=（0×1/√2+0×0+（-1）×（-1/√2））÷（√（0²+0²+1²）×√（（1/√2）²+0²+（-1/√2）²）），得到cosθ=1/3。
将其转换为度数制，即θ≈70.53°，即可得到二面角。
方法二：三角形面积法三角形面积法是另一种求解二面角的方法。
它需要先求出相邻两个面所在平面上的三个顶点，然后计算这三个顶点构成的三角形面积，最后根据正弦定理求出二面角。
具体步骤如下：1. 找到相邻两个面所在平面上的三个顶点。
2. 计算这三个顶点构成的三角形的面积。
3. 根据正弦定理计算出二面角。
例如，假设我们要求一个立方体中相邻两个正方形所在平面之间的二面角。
首先，我们需要找到这两个正方形所在平面上的三个顶点。
可以选择其中一个正方形上任意一点作为第一个顶点，然后在该正方形上选择任意两个相邻的点作为第二和第三个顶点。
向量法求二面角的大小
向量投影的计算方法：先求出两个向量的点积和模长然后根据定义计算投影长度。
向量投影的应用：在几何、物理和工程等领域中向量投影是重要的概念用于描述方向、速度和力等物理量在某个 方向上的分量。
向量投影的定义：向量的投影是该向量在给定平面上的正交投影长度。
向量法在二面角计算中的步 骤
向量法的基本原理
ห้องสมุดไป่ตู้
向量法在二面角计算中的优 势
向量法在二面角计算中的注 意事项
向量法求二面角大 小的步骤
确定原点：选择一个方便的点作为 原点通常选择二面角的顶点
确定坐标：根据需要在x轴和y轴上 选择单位长度并确定其他点的坐标
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
确定轴：选择两个垂直的向量作为 x轴和y轴通常选择二面角的两个法 向量
向量投影的性质：投影长度总是非负的且与原向量平行。
向量投影的计算方法：先求出原向量与给定平面的法向量的点积再除以法向量的模的平 方。
向量投影的应用：在求解二面角的大小、向量的模等问题中可以通过计算向量投影来简 化计算。
向量法求二面角大 小的原理
单击此处添加标题
向量法定义：利用向量的数量积、向量积和向量的混合积计算二面角的大小。
向量的模定义：向 量的大小或长度记 作||计算公式为|| = √(x^2 + y^2)。
向量的数量积定义： 两个向量的点乘记 作 ·b 计 算 公 式 为 ·b = ||·|b|·cosθ其中 θ为两向量之间的 夹角。
向量的数量积性 质 ： ·b = b ·即 点 乘 满足交换律；分配 律 ： ( + b ) ·c = ·c + b ·c 。
求二面角大小的直接计算法
求二面角大小的方法PPT教学课件
刷子李
是一个 自信、豪气干云、心细如发
的人
泥人张
是一个
沉稳干练、个性内敛、应对从容
的人
刷子李：奇在行事奇，做派奇。他手艺 出众，技艺高超，原本已在“奇人”之列 但是他为自己设立的近乎苛刻的“从业标准”更是 奇崛至极。他以这样的标准使自己远远超越了同 行，使自己成为高山仰止的偶像。他其实是用奇 特的方式展示自己的才能，渲染自己的本领。大 胆的“承诺”，充满自信，豪气干云；同时又心细 如发，对于小徒弟的内心活动体察入微。
3．手艺道上的人，捏泥人的“泥人张”排第 一。而且，有第一，没第二，第三差着十万八 千里。 作者说泥人张的手艺“有第一，没第二，第三 差着十万八千里”，这么说是不是太夸张了?你 怎么理解这种夸张的作用?
作者并没有太夸张，这里运用夸张手法，突出 了泥人张的手艺高超，无与伦比。
4．海张五那边还在不停地找乐子，泥人张这 边肯定把这些话在他手里的这团泥上全找回来 了。
B
α
lA
2 21
O
M
β
15
练2．如图，三棱锥P-ABC的顶点P在底面ABC上的射影是
底面Rt△ABC斜边AC的中点O，若PB=AB=1，BC= ，求二
面角P-A2B-C的正切值。
解：取AB 的中点为E，连PE，OE
P
∵O为 AC 中点， ∠ABC=90º
∴OE∥BC且 OE OE⊥AB ，因此
BC12 PE⊥AB
z P
A xB
Dy C
内
10
例题1:
如图,正方体ABCD A1B1C1D1,棱长为1
(1)二面角B1 AC D1的大小为_____;_
D1
二面角的计算方法精讲
二面角的计算方法精讲本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March图 1二面角的计算方法精讲二面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棱的垂线；⑵三垂线法：如图1，C 是二面角βα--AB 的面β内的一个点，CO ⊥平面α于O ，只需作OD ⊥AB 于D ，连接CD ，用三垂线定理可证明∠CDO 就是 所求二面角的平面角。
⑶垂面法：即在二面角的棱上取一点，过此点作平面γ，使γ垂直于二面角的棱，则γ 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 ⊥底面ABCD ． （1）证明AB ⊥平面VAD ；（2）求面VAD 与面VDB 所成的二面角的大小． 解：（1）证明：VAD ABCDAB AD AB VADAB ABCD AD VAD ABCD ⊥⎫⎪⊥⎪⇒⊥⎬⊂⎪⎪=⎭平面平面平面平面平面平面 （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， 2222BD AB AD AB VA VB,=+=+=∴AE ⊥VD ，BE ⊥VD ，∴∠AEB 就是所求二面角的平面角. 又在Rt △ABE 中，∠BAE=90°，AE=3AD=3AB ， 因此，tan ∠AEB=.332=AE AB 即得所求二面角的大小为.332arctan例2 如图3，AB ⊥平面BCD ，DC ⊥CB ，AD 与平面BCD 成30°的角，且AB=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=2，求点B 到平面ACD 的距离。
向量法求二面角的大小PPT.
１.擦璃时,如果高处够不着,登桌子或椅子,一定要先看看桌子或椅子是否结实,或旁边有人扶着．
a,n
2
n
a,n
2
四、教学过程的设计与实施
1 温故知新
设计意图
通过复习二面角平面角的知识，类比线线角、线 面角的解决方法，自然引出用向量探究二面角的 大小.
四、教学过程的设计与实施
四、教学过程的设计与实施
2 探究方法
设计意图
通过教师引导和学生的交流讨论，培养学生的空 间想象能力、逻辑思维能力和乐于探索的精神；
通过实物教具、板书画图、课件演示，帮助学生 理解法向量夹角与二面角大小的关系．
四、教学过程的设计与实施
2 探究方法
问题3： 法向量的夹角与二面角的大小什么时候相等，什么 时候互补？
向量法求二面角的大小
一、教学背景的分析 二、教学目标的确定 三、教学方法的选择 四、教学过程的设计与实施 五、教学效果评价与反思
一、教学背景的分析
1 教材分析
本节课教学内容选自人教高中数学B版选修2—1第 三章第2.4节“二面角及其度量”的第2课时．
二面角是立体几何的重要概念之一．它是学生在 学习异面直线所成的角，直线与平面所成的角之 后，又重点研究的一种空间角．
1 温故知新
异面直线所成的角
v1
v2
v1,v2
|
v1
v2
v1,v2
四、教学过程的设计与实施
1 温故知新
2.5.2测试前的准备
【本讲重点】
【案例】直线与平面所成的角
销售人员在接电话或从事商务工作的时候，应该注意哪些事项呢？
第二课时 用电知识的“二知道”、“二不”、“一定期”
高一数学二面角的求法课件
二面角、
二面角的平面角 。
一找（作）二证三算
３、三种作法：
2021/11/20
第十一页，共14页。
1、定义法 2 、垂面法
3、三垂线法
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第十二页，共14。从一条直线出发的两个半平面所组成的图形。以二面角的棱上任意一点为端 点，在两个面内分别作垂直于棱的两条射线，这两条射线所成的角叫做二面角的平面角。3）角
No 的边都要垂直于二面角的棱。二面角的平面角的作法：—— 1、定义法。2、证明 1中的角就是
所求的角。二面角两面内的图形具有一定的对称性。二面角的平面角的作法：——2、垂面法。 二面角的平面角的作法：——3、垂线法。二面角A--BC--D。课堂小结
Image
第十四页，共14页。
如何度量二面角
B
二面角的平面角：
O
l
A
以二面角的棱上任意一点为端点，在两个面内分别作
垂直于棱的两条射线，这两条射线所成的角叫做二
面角的平面角。
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第二页，共14页。
注意： 二面角的平面角必须满足：
1）角的顶点在棱上 2）角的两边分别在两个面内 3）角的边都要垂直于二面角的棱
A
A
l
O
二面角B--B’C--A
例 4.在正A三 B A 1 C 棱 B 1C 1 中 A 柱 C 1 , A1 A 2,连A 1B 接 ,A 1C ,求二 A A 面 1BC 的 角正
垂面 —— 垂线法
A1
C1 B1
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F
A
C
第十页，共14页。
D
B
课堂小结
1、两个概念 ：
２、三个步骤：
二面角大小的几种求法(归类总结分析)
二面角大小的几种求法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。
I.寻找有棱二面角的平面角的方法(定义法、三垂线法、垂面法、射影面积法)一、定义法：利用二面角的平面角的定义，在二面角的棱上取一点（特殊点），过该点在两个半平面内作垂直于棱的射线，两射线所成的角就是二面角的平面角，这是一种最基本的方法。
要注意用二面角的平面角定义的三个“主要特征”来找出平面角。
例空间三条射线CA 、CP 、CB ，∠PCA=∠PCB=60o ，∠ACB=90o ，求二面角B-PC-A 的大小。
解：过PC 上的点D 分别作DE ⊥AC 于E ，DF ⊥BC 于F ，连EF.∴∠EDF 为二面角B-PC-A 的平面角，设CD=a ，∵∠PCA=∠PCB=600，∴CE=CF=2a ，DE=DF=a 3，又∵∠ACB=900，∴EF=，∴∠EDF=31328332222=⋅-+a a a a PB αC AE FD二、三垂线法：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。
解：如图，PA ⊥平面BD ，过A 作AH ⊥BC 于H ，连结PH ，则PH ⊥BC 又AH ⊥BC ，故∠PHA 是二面角P-BC-A 的平面角。
在Rt △ABH 中，AH=ABsin ∠ABC=aSin30°=2a ；在Rt △PHA 中，tan ∠PHA=PA/AH=22aa =，则∠PHA=arctan2.三、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。
求二面角的方法
解题宝典空间角主要包括异面直线所成的角、直线与平面所成的角、二面角.二面角是指从一条直线出发的两个半平面所组成的图形.求二面角的大小是一类常见的问题.本文重点介绍求二面角大小的四种方法:定义法、向量法、面积投影法、三垂线定理法.一、定义法过二面角棱上的任一点，在两个半平面内分别作与棱垂直的射线，则两射线所成的角叫做二面角的平面角.一般地，要求得二面角的大小只需要求出二面角的平面角的大小即可.在求二面角的大小时，我们可以根据二面角的平面角的定义来求解.首先在二面角的棱上选取一点，在两个面内作棱的垂线，则两条垂线的夹角，即为二面角的平面角，求得平面角的大小即可得到二面角的大小.例题：如图1，在长方体ABCD-A1B1C1D1中，底面ABCD是正方形，点E在棱AA1上，BE⊥EC1．（1）证明：BE⊥EB1C1；（2）若AE=A1E，求二面角B-EC-C1正弦值．图1图2解：（1）略；（2）由（1）知∠BEB1=90°．由题设知Rt△ABE≌Rt△A1B1E，所以∠AEB=45°，故AE=AB，AA1=2AB．如图2所示，在平面BCE内过B点作BM⊥CE于点M，取棱CC1的中点N，连结MN,EN.因为EC1=EC，所以EN⊥CC1，所以ΔCEN为直角三角形.因为BC⊥BE，所以ΔCEB为直角三角形.令AB=1，则BC=NC=1,BE=EN=2,CE=3，所以RtΔBEC≌RtΔNEC，所以MN⊥EC，则∠BMN即为二面角B-EC-C1的平面角.在RtΔBEC中，sin∠BCE=BE CE=BM BC，所以BM=，MN.在ΔBMN中，cos∠BMN=BM2+MN2-BN22BM∙MN=-12，则sin∠BMN=，故二面角B-EC-C1正弦值.利用定义法求二面角的大小的关键是作出二面角的平面角.在作图的过程中要充分利用题目条件中隐含的垂直关系，如等腰三角形三线合一的性质、菱形或正方形的对角线相互垂直、直角三角形中勾股定理及其逆定理等.另外在构造二面角的平面角时，常用的方法还有垂面法，即经过两个面的垂线的平面与两个平面的交线所夹的角即为二面角的平面角.二、三垂线法三垂线法是指利用三垂线定理求作二面角的平面角，求得二面角大小的方法.在求作二面角的平面角时，需过其中一个面内的一点作另一个面的垂线，再经过垂足作棱的垂线，连接该点与棱上的垂足，进而构造出与二面角的平面角相关的角，再结合图形中的垂直关系求得二面角的大小.以上述例题为例.解：如图3，连接BD,AC，交点为O，过点O作CE的垂线，垂足为P，连接BP.由三垂线定理可知BP垂直于CE，所以∠BPO即为所求二面角平面角的补角.设AB=1，由（1）可知AE=1，所以BE=2，CE=3.因为BC⊥BE，所以ΔBCE为直角三角形，所以RtΔBCP∽RtΔBCE.陈秀林图342解题宝典所以BP.在Rt△BOP 中，sin ∠BPO =BC BP=，即所求二面角正弦值为.此法与定义法的不同之处是将所求二面角的相关角置于直角三角形中，从而使解题的过程更加简洁.三、向量法向量法是通过空间向量的坐标运算，将所求的二面角转化为两个平面的法向量的夹角的方法.解题的思路是通过建立空间直角坐标系，求出两个平面的法向量，根据向量的数量积公式求出夹角，再利用法向量的夹角与二面角的关系来确定二面角的大小.值得说明的是，二面角的平面角与法向量的夹角的关系是相等或互补.以上述例题为例.解：（2）由（1）知∠BEB 1=90°.由题设知Rt△ABE ≌Rt△A 1B 1E ，所以∠AEB =45°，故AE =AB ，AA 1=2AB ．以D 为坐标原点，建立如图4所示的空间直角坐标系D -xyz ，则C (0,1,0),B (1,1,0),C 1(0,1,2),E (1,0,1)，所以 CB =(1,0,0)，CE =(1,-1,1)，CC 1=(0,0,2)．设平面BCE 的法向量为n =(x ,y ,z )，则ìíî CB ∙n =0,CE ∙n =0,即{x =0,x -y +z =0,令y =-1,得n =(0,-1,-1).设平面ECC 1的法向量为m =(x ,y ,z )，则ìíî CC 1∙m =0,CE ∙m =0,即{2z =0,x -y +z =0,令x =1得m=(1,1,0)．于是cos m,n =m ∙n |m |∙|n |=-12.所以二面角B -EC-C 1平面角正弦值为．向量的引入降低了立体几何问题的难度，但对同学们的运算能力提出了更高的要求.求法向量的原则是先找后求，即如果存在一条已知的直线与二面角的某一个平面垂直，则该直线的方向向量即可视为此平面的法向量.四、投影法投影法，即为构造出二面角的两个平面中的一个平面在另外一个平面内的投影，从而利用此平面与其投影的夹角θ来判断所求二面角的大小的方法.若该平面与其投影的面积分别为S 1,S 2，则cos θ=S 1S 2.θ与所求二面角的关系有两种，即相等或互补.以上述例题为例.解：如图5，连接BD 交AC 于点O ，连接EO .因为四边形ABCD 为正方形，所以BD ⊥AC ，所以点B 在面C 1CE 内的投影，三角形EOC 为ECB 的投影.设棱AB =1，由（1）可知AE =1，则AC =BE =2，EC =3，所以三角形OCE 的面积为S 1=12∙OC ∙AE =12，三角形BCE 的面积为S 2=12BC ∙BE =12×1×2.所以S 2S 1=42=12.所以面BCE 与面ECC 1所成锐二面角的余弦值为12，故二面角的正弦值为.在本题中，三角形ECB 与其在面ECC 1上的投影EOC 的夹角即为所求二面角的补角，而两角互补，则其正弦值相等，所以可直接利用投影法来求解.一般地，求二面角的问题主要有两类，即求有棱二面角的大小和无棱二面角的大小，虽然图形有所不同，但解题的方法基本上一致.同学们在解题的过程中要注意仔细审题，择优而用.（作者单位：江苏省大丰高级中学）图5图443。
(完整版)二面角求解方法
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 的平面角在PAE ∆中AE=PE=3，PA=6PCBAE∴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 ∠=arctan 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=PE由三垂线定理知AM ⊥PCPC BAEF MEPCBAF图1图2∴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 [点评]本题给出了求平面角的几种方法，应很好掌握。
人教版高中数学必修二二面角的求法最新ppt课件
请同学们将刚才的例一用其他方法试一下：
试一试：
S
例1、如图：在三棱锥S-ABC中，
SA⊥平面ABC，AB⊥BC,DE垂直平
E
分SC,分别交AC、SC于D、E，且 SA=AB=a,BC= 2 a.
D A
C
求：平面BDE和平面BDC所成的二
面角的大小。
B
规范训练一
1、（本小题为2007年山东高考试卷理科 19题） 如已图知，：在DC直=D四C1棱=2柱ADA=B2ACBD,-AAD1⊥B1DC1CD, 1A中B/，/DC
α β
αβ γ
αA C Bβ
探究准备：
答：相等或互补
2、两个平面的法向量
的夹角与这两个平面
α
所成的二面角的平面
角有怎样的关系？
β
互补
m α
β m
相等
探究一：
试一试：
S
例1、如图：在三棱锥S-ABC中，
SA⊥平面ABC，AB⊥BC,DE垂直平
E
分SC,分别交AC、SC于D、E，且 SA=AB=a,BC= 2 a.
D
1
A
1
F D
A
P
C
1
B
1
C B
解法二：
如图：延长D1F交DA的延长线于点P，连 接PB，则直线PB就是平面BFD1与平面 ABCD的交线；
因为是直棱柱，所以AA ⊥ 底面ABCD,
过A做AE⊥PB,垂足为E,连1接EF,
由三垂线定理可知，EF⊥PB,
∴同∠解AE法F一即可为知二，面等角腰D1△-PABP-BD, 的∠平P=面3角00，；
探究准备：
答：1、二面角是指从一条直线出发的两
二面角的求法课件5
A
从一条直线出发的两个半平面所组成
的图形叫做二面角。
• 二面角的大小用它的平面角来度量； 求二面角常用方法有：
B
（1）定义法： 根据定义作出二面角的平面角； （2） 用三垂线定理或其逆定理；
P
a
B
A
A
（3）垂面法： 作二面角棱的垂面，则垂面
O
P
和二面角的两个面的交线所成的角即是该二
面角的平面角。
B
二面角求法
3
例1 在正方体AC1中，E为BC中点，3（1）求面 B1BCC1与面AB1C所成的二面角的正弦值；（2）
求二面角E—B1D1—C1的正切值。2 2
D A
C
D
B
A
C E
B
F
D1
A1
（1）
C1
B1
A1
D1
H
（2）
C1 G B1
例2、如图，△ABC在平面α上的射影为正△AB1 C1，
CF 2 m2 n2 2mn cos 再由RtECF可得 EF 2 d 2 m2 n2 2mn cos
mA
E
d d
mB n
C
F
用此公式亦可求二面角的平面角；这实为异
l
面直线上两点的距离公式，但这里不局于限(0º,90º],
(0º,180º)。
B
5
600 aE
P 3
A
例4 已知Rt△ABC顶点A不在α内，斜边BC在α内，
AB、AC分别与平面α成300、450角，求△ABC所在
平面与α所成角。
A
A1
300
450
B
E
二面角的求法(高老师)
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、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2、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3、如图，在正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，已知AB =2，AA 1=22，M 为棱A 1A 上的点，若A 1CAPC D PM BA⊥平面MB 1D 1。
（Ⅰ）确定点M 的位置；（Ⅱ）求二面角D 1－MB 1－B 的大小。
解：（Ⅰ）连结A 1D ，在正四棱柱ABCD —A 1B 1C 1D 1中，侧面ADD 1A 1为矩形，∵A 1C ⊥平面MB 1D 1， ∴A 1C ⊥D 1M ，因此A 1C 在平面AD 1上的射影A 1D ⊥D 1M ， ∴△A 1MD 1∽△D 1A 1D ，∴A 1M=,22241211==DD D A 因此M 是A 1A 的中点。
（Ⅱ）引A 1E ⊥B 1M 于E ，连结D 1E ，则A 1E 是D 1E 在平面BA 1上的射影，由三垂线定理可知D 1E ⊥B 1M ，∴∠A 1ED 1是二面角D 1－MB 1－B 的平面角的补角， 由（Ⅰ）知，A 1M=2，则,322222tan 211111=+⨯==E A D A ED A ∴,311π=∠ED A∴二面角D 1－MB 1－B 等于.32π例4、四棱锥A BCDE -中，底面BCDE 为矩形，侧面ABC ⊥底面BCDE ，2BC =，2CD =，AB AC =．（Ⅰ）证明：AD CE ⊥；（Ⅱ）设CE 与平面ABE 所成的角为45 ，求二面角C AD E --的大小的余弦值． 解：（1）取BC 中点F ，连接DF 交CE 于点O ， AB AC =，∴AF BC ⊥，又面ABC ⊥面BCDE ，∴AF ⊥面BCDE ， ∴AF CE ⊥．2tan tan 2CED FDC ∠=∠=，∴90OED ODE ∠+∠= ，90DOE ∴∠= ，即CE DF ⊥，CE ∴⊥面ADF ，CE AD ∴⊥．（2）在面ACD 内过C 点作AD 的垂线，垂足为G ．CG AD ⊥，CE AD ⊥，AD ∴⊥面CEG ，EG AD ∴⊥，ACDEAB则CGE ∠即为所求二面角的平面角．233AC CD CG AD ==，63DG =，22303EG DE DG =-=， 6CE =，则22210cos 210CG GE CE CGE CG GE +-∠==- ， 例5、如图，已知正方形ABCD 和矩形ACEF 所在的平面互相垂直，AB =2，AF =1，M 是线段EF 的中点。
法向量求二面角 空间向量课件
A
B
x
令z=1,则m=(0,2,1)
? cos<m,n>= ? 10/5 由题意可知，所
?
{
x=0 y=2z
求二面角为锐角，故所求二面角的 大小为arccos( ? 10/5)
8
（2）如图，在空间直角坐标系中，BC=2， 原点O为BC的中点，点A的坐标是（1，1，0） 点D在平面yoz上，且? BDC=90o，? DCB=30o, 求二面角D-BA-C的大小
２）求二面角ＥＦ－Ｂ－ＣＤ的大小。
zＡ
Ｆ
11
广州一模
1.如图,正 ? ABC按它的一个法向n量平移到? A1B1C1 D, E分别是BC ,CC1的中点，AB ? AA1 ? 2
(1)证明：BE ? AB1;
(2)求二面角B ? AB1 ? D的大小。
C1 A1
B1 E
C A
D
12
B
用代数的方法解决立体几何问题是立体几何的 发展趋势，而向量是用代数的方法解决立体几 何问题的主要工具，故，学会用向量法解立体 几何问题是学好立体几何的基础。
14
(0,-1/2,? 3/2) z D
B
E
(0,-1,0)
x
O 30o
y
C (0,1,0)
A (1,1,0)
9
解：由题可知 B（0，-1，0），C（0，1，0）， 又A（1，1，0），得AC=1，AB=? 5，又BC=2， ? ? ACB=90o，又? BCD=30o，? BDC=90o，故 BD=1，CD=? 3，由D点向BC作垂线DE，则 DE=? 3/2，OE=1/2，得D（0，-1/2，? 3/2）， E （0，-1/2 ， 0）， ? ED=(0,0, ? 3/2),BA=(1,2,0),BD=(0,1/2, ? 3/2) ,? 面ABC的法向量为 ED，可求得面 ABD的法向量 为n=(2? 3,-? 3,1)
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求二面角大小的直接计算法肖德凯利用向量求二面角，如何判断所求二面角是锐角或钝角？现行中学数学教材或教辅资料给出的方法是通过观察图形来确定；常见的大学数学教材亦未涉及此问题.由于一个平面有共线且方向相反的两个法向量，所以两个平面所成二面角的平面角的大小与其法向量所成之角可能相等, 也可能互补；而现行中学数学教材是用点积的办法来求法向量的, 点积法的缺陷是不能控制法向量的方向, 所以也就无法准确判断所求二面角究竟是钝角或锐角.本文介绍一种利用向量外积控制平面法向量方向,借助两平面法向量所成角与两平面所成二面角的关系,直接计算二面角并判断其为锐角或钝角的方法. 为此我们首先介绍向量外积概念及运算法则. 1 二阶行列式的概念及运算法则由于二阶行列式与向量外积的计算密切相关,故我们先简要介绍二阶行列式. 二阶行列式源于解二元一次方程组,它的定义是:11122122x y x y x y x y =-例1.1 计算 3437(2)42182927=⨯--⨯=+=-.2 向量外积2.1设a 、b 为同一平面内起点重合的非共线向量，则a 、b 外积n 表示为n =a ⨯b ,其结果n 仍然是一个向量,方向与a 、b 所在平面垂直.向量外积的确切的方向根据右手法则确定(如图2.1):伸开右手掌，使拇指与其余四指垂直，将手腕与a 和b 的始端重合,拇指之外的四指与a 同向,使得手掌弯曲指向b ,但这时a 到b 的角度必须小于180 ,此时大拇指指向的方向就是a ⨯b 的方向,即a 、b 所在平面的法向量的一个方向[一个平面的法向量的方向共有两个(共线的两个),指向平面的两侧,通常并不确定是其中哪一个方向].2.2 向量外积的计算法则 若()111x ,y ,z a=,()222x ,y ,z b =,则()()()111222111111222222122112211221x ,y ,z x ,y ,z y z x z x y ,,y z x z x y y z y z ,x z x z ,x y x y .a b ⨯=⨯⎛⎫=- ⎪⎝⎭=--+-例2.1 已知11(,,1)22a =-,11(,,1)22b =---;求a b ⨯.11,,12211,,1221111112222,,111111222211,0,.2ab ⎛⎫⨯=- ⎪⎝⎭⎛⎫⨯--- ⎪⎝⎭⎛⎫--⎪ ⎪=- ⎪------ ⎪⎝⎭⎛⎫=- ⎪⎝⎭解3 求二面角大小的直接算法如图1, 设二面角C-AB-E 的大小为θ,平面ABEF 的法向量为n , 平面ABCD 的法向量为m 1;n 、m 1的夹角为1θ,那么θ=π-1θ,1cos cos n m n mθθ⋅=-=-.如图2, 设二面角C-AB-E 的大小为θ,平面ABEF 的法向量为n , 平面ABCD 的法向量为m ; n 、m 的夹角为2θ,则2θθ=,2cos cos n m n mθθ⋅==.那么,如何确定两平面的法向量才能保证其所成之角恰好就是我们所要求的二面角呢?其实,只要利用向量外积概念,我们就可以做到这一点.在图2中,按照如下顺序求出n 、m ，我们就可保证所求二面角与计算结果完全一致,nAB AF =⨯ ,mA B A D =⨯ , cos n mn mθ⋅=.上述方法的要点是: ① 确立公共点A(每个向量都以点A 为起始点); ② 确定公共向量AB(每个法向量的计算都以AB为基础); ③ 遵守严格的运算顺序(nAB AF =⨯ ,m AB AD =⨯)求法向量n 与m.例 3.1 (2010全国高考理科试题(I 卷)第19题) 如图3, 四棱锥S-ABCD中,SD ⊥底面ABCD,AB//DC ，AD ⊥DC, AB=AD=1,DC=SD=2，E 为棱SB 上的一点，平面EDC ⊥平面SBC.(1) 证明：SE =2EB ；(2) 求二面角A-DE-C 的大小.解 以D 为坐标原点,DA ﹑DC ﹑DS 边所在直线为x 轴﹑y 轴﹑z 轴建立空间直角坐标系(图4),相应各点坐标为D ()0,0,0,A ()1,0,0, C ()0,2,0, S ()0,0,2.(1) (略)(2) 由(1) 得E 222,,333⎛⎫⎪⎝⎭, 于是222(,,)333D E = ,(1,0,0)D A =,(0,2,0)D C = ,那么,平面DEA 的法向量222(,,)333(1,0,0)222222,,3333330011022(0,,)33nD E D A =⨯=⨯⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭=-平面DEC 的法向量222(,,)333(0,2,0)222222,,33333320244(,0,)33mD E D C =⨯=⨯⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭=-若平面DEA 与平面DEC 所成的角为θ, 则81cos 0233n mn mθ-⋅===-<. 又 []0,θπ∈，所以23θπ=.例3.2(2005高考江苏试题 第21题 第3问) 如图5，在五棱锥S —ABCDE 中,SA ⊥底面ABCDE,SA=AB=AE =2，3==DE BC ,︒=∠=∠=∠120CDE BCD BAE .求二面角B-SC-D 的大小(用反三角函数值表示解 连接BE ,延长BC 、ED 交于点F (图6), 则∠DCF=∠CDF =600,∴△CDF 为正三角形, ∴CF=DF . 又BC=DE, ∴BF=EF , 故△BFE 为正三角形, 因为△ABE 是等腰三角形,且∠BAE =1200, ∴∠ABC =900.以A 为坐标原点, AB 、AS 棱所在的直线分别为x 轴、z 轴, 以平面ABC 内垂直于AB 的直线为y 轴,建立空间直角坐标系(图6), 相应各点坐标为A (0,0,0),B (2,0,0),S (0,0,2),且()2,0C,1,,022D ⎛⎫⎪⎪⎝⎭. 于是()2,2C S =-,()0,0C B =,3,022C D ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭. 平面CSB 的法向量()()2,20,02222,,00000,nC S C B =⨯=-⨯⎛--=-⎝= ;平面CSD 的法向量()2,230222222,,33002223,2mC S CD =⨯=-⎛⎫⨯- ⎪ ⎪⎝⎭⎛-- =- -- ⎝⎛=-- ⎪⎝⎭ .若平面CSB 与平面CSD 所成的角为θ,即二面角B —SC —D 的大小为θ, 则cos 082n m n mθ⋅===-<.又 []0,θπ∈，arccos82θπ=-例3.3 （2005高考重庆理科试题 第20题 第2问）如图7，在三棱柱ABC —A 1B 1C 1中，AB ⊥侧面BB 1C 1C ，E 为棱CC 1上异于C 、C 1的一点，EA ⊥EB 1，已知AB =2，BB 1=2，BC =1，∠BCC 1=3π，求：二面角A—EB 1—A 1的平面角的正切值.解 以B 为坐标原点, BB 1 、BA 棱所在的直线分别为y 轴、z 轴,以平面BCC 1B 1内垂直于BB 1的直线为x 轴,建立空间直角坐标系(图8),相应各点坐标为B (0,0,0),B 1(0,2,0), A (0,0,2), A 1 (0,2,2), 且可根据已知条件设,02E a ⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭,则12,022EA EB a a ⎛⎛⎫⋅=--⋅-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭23204a a =+-=. 解之12a =(或3,2a =若3,2a =则点E 在棱CC 1之外,故舍去),故1,,022E ⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭.于是13,022EB ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭,122EA ⎛=-- ⎝⎭, 13,22EA ⎛=- ⎝⎭. 平面EB 1A 的法向量13,0221,22332222112222,22nEB EA ⎛⎫=⨯=- ⎪ ⎪⎝⎭⎛⨯-- ⎝⎭⎛⎫--⎪ ⎪=- ⎪---- ⎪⎝⎭⎛= ⎝⎭; 平面EB 1A 1的法向量113,02232233222233222222m EB EA⎛⎫=⨯=-⎪⎪⎝⎭⎛⨯-⎝⎭⎛⎫--⎪⎪=-⎪--⎪⎝⎭⎛⎫= ⎪⎪⎝⎭.若平面EB1A与平面EB1A1所成的角为θ,即二面角A-EB1-A1的大小为θ,则cos03n mn mθ⋅===>.又[]0,θπ∈，tan2θ=.DEAB 4练习1.（2009全国1文）19. 如图,四棱锥S A B C D -中,底面A B C D 为矩形,SD ⊥底面A B CD ,AD =2D C SD ==,点M 在侧棱S C 上,∠ABM=60.（I ）证明：M 是侧棱S C 的中点；()II 求二面角SA MB --的大小。
(36arccos-π)2.（2008全国1文）18．四棱锥A B C D E -中，底面B C D E 为矩形，侧面A B C ⊥底面B C D E ，2B C=，CD =A B A C =．(1)证明：AD C E ⊥;(2)设侧面ABC 为等边三角形，求二面角C A D E --的大小．(πarccos 10⎛- ⎝⎭)3.（2008全国2文）20.如图,正四棱柱1111ABC D A B C D -中,124AA AB ==,点E 在1CC 上且EC E C 31=． (1)证明:1A C ⊥平面BED ;(2)求二面角1A D E B --的大小．(arccos 42)AB CDEA 1B 1C 1D 14.（2007全国2文）20.如图,在四棱锥S A B C D -中,底面A B C D 为正方形,侧棱SD ⊥底面ABCD E F,,分别为AB SC ,的中点.(1)证明E F ∥平面S A D ;(2)设2SD D C =,求二面角A EF D -- 的大小.(arccos 3)5.（2006全国2文）20.如图,在直三棱柱111ABC A B C -中,,AB BC D =、E 分别为1B B 、1AC 的中点.（I ）证明：ED 为异面直线1B B 与1AC 的公垂线； （II）设1,AA AC ==求二面角11A AD C --的大小（60°）AEBCFSD。