立体几何角度的求法

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立体几何角度求解全攻略

立体几何中的角度问题攻略新东方孟祥飞异面直线角：采用平移法，或者向量线面角：（1）当射影线好找时采用定义法，（2）当射影线不好找时建议采用向量法，但是等体积法也是不错的选择二面角：（1）当二面角的二面为双等腰图形或者全等对称或者二面交线垂线相对好平移的情况，采用定义法即可（2）当二面交线垂线不好平移（主要原因为计算量太大）建议直接采用向量法，但是三垂线法也是不错的选择，可以减少平移运算。

（3）三垂线法也会出现射影线不好找的情况，此时可以采用等体积转化。

S 中，E，F为中点，求异面直线BE，SF所称角度例题：1.正四面体ABCSEA CFB异面直线角的求法只需记住平移和向量即可，但是有些小题考查可能不好建系，所以需要大家对平移好好掌握，而平移其实就是构建辅助线，辅助线的构造基本和证明线面平行时的构造相同，即平行四边形构造和中位线构造，相对而言中位线可能够难想一点，中位线构造常常出现在三棱锥中。

SEPA CPF和SF所成平面角即所求FBSE这样的构建也是不错的选择EQ 和EB 所成角为所求A CQF B求三边套余弦定理即可，令正四面体边长为2，则EB=3，EQ=23，QB=27 所以32323247343cos =⨯⨯-+=QEB 此题还可以采用五坐标向量法来求解，2.三棱锥A BCD -，且,,,)(,>=<+===AC EF f DFCFBE AE λλλαβαλλ>=<BD EF ,λβ，求)(λf 的单调性 A EQB DFC此题的方法也为平移转化，由于是三棱锥，所以采用中位线（等比例线）方式平移，如图，不难发现，其实题目设计成求和角单调性，由于内角和为定值π，其实就是求角EQF 的单调性，而角EQF 为棱AC 和BD 之间角，是为定值的3.正方体1111D C B A ABCD -，E 是1BC 中点，求DE 与ABCD 所成角。

D 1 C 1 A 1 B 1 ED C Q A B线面角在求解时，我们觉得可能难度略大于异面直线，但是同学们注意其实把方法掌握，一样是很简单的，因为立体几何的特点是规律性非常强！我们看此题，线面角的定义是射影和斜线的成角，所以我们要先找DE 直线的射影，不难发现DE 的射影即为DQ ，所以所求线面角的平面角即为∠EDQ ，只需求解直角三角形EDQ 即可求出线面角的三角函数值。

空间向量与立体几何角度及距离的求法

ABC D αnab空间向量与立体几何一．基本方法：1、利用向量证明平行(1) 线线平行（面面平行）方法：(0)a b b a b λ≠⇔=(2) 线面平行方法：利用共面向量定理，如果两个向量a →、b → 不共线，则向量 c →与向量a →、b →共面的充要条件是存在实数对x,y ，使c →=x a →+y b →．2．利用向量求距离（1）点到平面的距离方法1：直接作出距离，然后用向量进行计算．方法2：已知AB 为平面α的一条斜线段，n 为平面α的法向量，则A 到平面α的距离AC =AB n n⋅.（2）两条异面直线距离：方法：a 、b 为异面直线，a 、b 间的距离为：AB n d n⋅=.其中n 与a 、b 均垂直，A 、B 分别为两异面直线上的任意两点 3、利用向量求角（1）异面直线所成角：向量a →和b →的夹角<a →,b →>(或者说其补角)等于异面直线a 和b 的夹角.cos ,a b a b a b⋅=⋅（2）直线和平面所成的角（法向量法）与平面的斜线共线的向量a 和这个平面的一个法向量n 的夹角<a ,n >(或者说其补角)是这条斜线与该平面夹角的余角.（3）求二面角的大小。

方法1：转化为分别是在二面角的两个半平面内且与棱都垂直的两条直线上的两个向量的夹角（注意：要特别关注两个向量的方向）．方法2：先求出二面角一个面内一点到另一个面的距离及到棱的距离，然后通过解直角三角形求角．方法3：（法向量法）m 、n 分别是平面α和平面β的法向量，那么<m ，n >(或者其补角)与二面角α-l-β的大小相等。

18．（12分）已知棱长为1的正方体A C 1，E 、F 分别是B 1C 1、C 1D 的中点．（1）求证：E 、F 、D 、B 共面；（2）求点A 1到平面的B DEF 的距离；（3）求直线A 1D 与平面B DEF 所成的角．如图，在五面体ABCDEF 中，FA ⊥平面ABCD, AD//BC//FE ，AB ⊥AD ，M 为EC 的中点，AF=AB=BC=FE=12AD (I) 求异面直线BF 与DE 所成的角的大小； (II) 证明平面AMD ⊥平面CDE ；（III ）求二面角A-CD-E 的余弦值。

高中数学立体几何角度计算技巧

高中数学立体几何角度计算技巧在高中数学中，立体几何是一个重要的考点，其中涉及到角度的计算。

正确计算角度是解决立体几何问题的关键，因此我们需要掌握一些角度计算的技巧。

本文将通过具体的题目来说明这些技巧，并给出一些解题思路和方法。

一、角度计算的基本概念在立体几何中，角度是指由两条射线或线段构成的图形，常用度（°）作为单位来表示。

我们首先需要了解一些基本概念：1. 直角：两条相互垂直的线段所形成的角度称为直角，常用符号“∠”表示。

例如，直角的度数为90°。

2. 锐角：两条相互交叉且夹角小于90°的线段所形成的角度称为锐角。

例如，30°、60°都是锐角。

3. 钝角：两条相互交叉且夹角大于90°的线段所形成的角度称为钝角。

例如，120°、150°都是钝角。

二、角度计算的常见题型1. 直角三角形的角度计算直角三角形是立体几何中常见的一种形式。

在计算直角三角形的角度时，我们可以运用三角函数的知识。

例如，已知直角三角形的两条边的长度，我们可以通过正弦、余弦、正切等函数来计算角度。

举个例子，已知直角三角形的斜边长为5，一条直角边长为3，我们需要计算另一条直角边与斜边的夹角。

首先，我们可以利用正弦函数来计算这个夹角的正弦值：sinθ = 对边/斜边 = 3/5。

然后，通过反正弦函数，我们可以求得这个夹角的度数：θ = arcsin(3/5) ≈ 36.87°。

2. 平行线与横截线的角度计算在立体几何中，平行线与横截线的角度计算也是一个常见的考点。

当两条平行线被一条横截线所截断时，我们需要计算出相应的角度。

例如，已知两条平行线AB和CD，横截线EF与这两条平行线相交于点G，我们需要计算出∠GEF的度数。

根据平行线的性质，我们知道∠ABG和∠DCE是对应角，它们的度数相等。

因此，我们可以通过计算∠DCE的度数来得到∠GEF的度数。

立体角计算公式

立体角计算公式立体角，又称夹角、内角、拱角，是指在立体空间内三条曲线汇合成的一种特殊的角，它体现了空间几何学的概念。

它的计算通常使用三角函数和立体几何的相关参数。

立体角的计算都是围绕着一个拱角内三个平面之间的夹角来完成的。

基本计算公式二维平面立体角的计算公式如下：夹角=sin-1[(b x c)/(|b||c|)]其中，b和c是向量，|b|和|c|分别是b和c的模长，x表示叉乘。

三维平面立体角的计算公式如下：夹角=cos-1[(a x b)c/(|a||b||c|)]其中，a、b和c是向量，|a|、|b|和|c|分别是a、b和c的模长，x和表示叉乘和点乘。

立体几何计算公式立体几何的计算公式可以用来表示立体角的特性，以此来计算夹角的大小。

1.体积公式：V＝abc其中，a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长，V表示立体角的体积。

2.表面积公式：S＝ab+bc+ca其中，a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长，S表示立体角的表面积。

3.距离公式：D＝√(a+b+c)其中，a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长，D表示立体角的距离。

4.角平分公式：α/β/γ＝a/b/c其中，α、β和γ是各角的大小，a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长。

5.体积中垂线公式：V＝abc sin其中，V表示立体角的体积，a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长，α表示立体角的内角大小。

立体角的应用立体角计算公式广泛应用于几何学、机械工程、电子学等领域，它可以用来计算空间坐标系的定位，构建复杂的几何体，也可用来测量空间距离、角度、体积等。

比如，在机械结构设计中，立体角的计算公式可以用来计算连接的螺栓的角度、位置和大小，为准备安装和维护机械设备提供依据。

在电子工程中，立体角的计算公式也可以用来计算电子元件之间的位置、距离和角度，这些参数对正确构建电子系统非常重要。

总结立体角是一种有三条曲线汇合而成的特殊角，它体现了空间几何学的概念。

立体几何中的角度、体积、距离问题

第02讲玩转立体几何中的角度、体积、距离问题【学习目标】1.掌握各种角的定义，弄清异面直线所成的角与两直线所成的角，二面角与二面角的平面角，直线与平面所成的角和斜线与平面所成的角，二面角与两平面所成的角的联系与区别，弄清他们各自的取值范围。

2.细心体会求空间角的转化和数形结合思想。

3.掌握各种距离和距离的求解方法.【基础知识】知识点1.求点线、点面、线面距离的方法(1)若P 是平面α外一点，a 是平面α内的一条直线，过P 作平面α的垂线PO ，O 为垂足，过O 作OA ⊥a ，连接P A ，则以P A ⊥a ．则线段P A 的长即为P 点到直线a 的距离(如图所示)．(2)一条直线与一个平面平行时，这条直线上任意一点到这个平面的距离叫直线与平面的距离．(3)求点面距离的常用方法：①直接过点作面的垂线，求垂线段的长，通常要借助于某个直角三角形来求解．②转移法：借助线面平行将点转移到直线上某一特殊点到平面的距离来求解．③体积法：利用三棱锥的特征转换位置来求解．知识点2.异面直线所成角的常用方法求异面直线所成角的一般步骤：(1)找(或作出)异面直线所成的角——用平移法，若题设中有中点，常考虑中位线.(2)求——转化为求一个三角形的内角，通过解三角形，求出所找的角.(3)结论——设(2)所求角大小为θ.若090θ︒<≤︒，则θ即为所求；若90180θ︒<<︒，则180θ︒-即为所求.知识点3.直线与平面所成角的常用方法求平面的斜线与平面所成的角的一般步骤(1)确定斜线与平面的交点(斜足)；(2)通过斜线上除斜足以外的某一点作平面的垂线，连接垂足和斜足即为斜线在平面上的射影，则斜线和射影所成的锐角即为所求的角；(3)求解由斜线、垂线、射影构成的直角三角形.知识点4.作二面角的三种常用方法(1)定义法：在二面角的棱上找一个特殊点，在两个半平面内分别作垂直于棱的射线.如图①，则∠AOB 为二面角α-l -β的平面角.(2)垂直法：过棱上一点作棱的垂直平面，该平面与二面角的两个半平面产生交线，这两条交线所成的角，即为二面角的平面角.如图②，∠AOB 为二面角α-l -β的平面角.(3)垂线法：过二面角的一个面内异于棱上的一点A 向另一个平面作垂线，垂足为B ，由点B 向二面角的棱作垂线，垂足为O ，连接AO ，则AOB ∠为二面角的平面角或其补角.如图③，AOB ∠为二面角l αβ--的平面角.知识点5.求体积的常用方法选择合适的底面，再利用体积公式求解.【考点剖析】考点一：异面直线所成的角例1．在空间四边形ABCD 中，E ，F ，G ，H 分别是AB ，BC ，CD ，DA 的中点，若2==AC BD ，且AC 与BD 所成的角为60°，则EG 的长为（）A ．1或2B ．2或3C ．1或3D ．12或32考点二：线面角例2．如图，在三棱柱ABC A B C '''-中，底面ABC 是正三角形，AA '⊥底面ABC ，且1AB =，2AA '=，则直线BC '与平面ABB A ''所成角的正弦值为______．考点三：二面角例3．在四棱锥P ABCD -中，底面ABCD 是菱形，60ABC ∠=︒，PA ⊥平面ABCD ，2PA AB ==．(1)求证：PC BD ⊥；(2)求二面角P CD A --的正弦值．考点四：距离问题例4．如图，在直三棱柱111ABC A B C -中，1,,22AB BC AA AC AB BC ⊥===，E ，F 分别是11,AC AB 的中点．(1)证明：AE ∥平面11B C F ．(2)求点C 到平面11B C F 的距离．考点五：体积问题例5．如图，在四棱锥P ABCD -中，PA ⊥平面ABCD ，四边形ABCD 为正方形，点F 为线段PC 上的点，过A ，D ，F 三点的平面与PB 交于点E ．(1)证明：//EF 平面ABCD ；(2)若E 为PB 中点，且2AB PA ==，求四棱锥P AEFD -的体积．【真题演练】1．在正方体1111ABCD A B C D -中，P 为11B D 的中点，则直线PB 与1AD 所成的角为（）A ．π2B ．π3C ．π4D ．π62．如图，四棱锥S -ABCD 的底面为正方形，SD ⊥底面ABCD ，则下列结论中不正确的是（） A ．AC ⊥SBB ．AB ∥平面SCDC ．SA 与平面SBD 所成的角等于SC 与平面SBD 所成的角D ．AB 与SC 所成的角等于DC 与SA 所成的角1．线面平行垂直的判定；2．线面角，异面直线所成角3．已知四棱锥S ABCD -的底面是正方形，侧棱长均相等，E 是线段AB 上的点（不含端点），设SE 与BC 所成的角为1θ，SE 与平面ABCD 所成的角为2θ，二面角S AB C --的平面角为3θ，则A ．123θθθ≤≤B ．321θθθ≤≤C ．132θθθ≤≤D ．231θθθ≤≤4．在正方体1111ABCD A B C D -中，E 为棱1CC 的中点，则异面直线AE 与CD 所成角的正切值为A 235D 7 5．已知正方体1111ABCD ABCD -中，E 、F 分别为11、BB CC 的中点，那么异面直线AE 与1D F 所成角的余弦值为____________.6．如下图，在四棱锥S ABCD -中，底面ABCD 是正方形，平面SAD ⊥平面ABCD ，2SA SD ==，3AB =．（1）求SA 与BC 所成角的余弦值；（2）求证：AB SD ⊥．7．如图，三角形DC P 所在的平面与长方形CD AB 所在的平面垂直，D C 4P =P =，6AB =，C 3B =．（1）证明：C//B 平面D P A ；（2）证明：C D B ⊥P ；（3）求点C 到平面D P A 的距离．8．如图，在圆锥PO 中，已知2PO O 的直径2AB =，点C 在AB 上，且30CAB ∠=，D 为AC 的中点．（I ）证明：AC ⊥平面POD ；（II ）求直线OC 和平面PAC 所成角的正弦值．9．如图，P 是边长为1的正六边形ABCDEF 所在平面外一点，1PA =，P 在平面ABC 内的射影为BF 的中点O ．（Ⅰ）证明PA ⊥BF ；（Ⅰ）求面APB 与面DPB 所成二面角的大小的余弦值．10．在四棱锥P ABCD -中，底面ABCD 为正方形，平面PAD ⊥平面ABCD ，点M 在线段PB 上，PD ∥平面MAC ，PA PD =.(1)判断M 点在PB 的位置并说明理由；(2)记直线DM 与平面P AC 的交点为K ，求DK KM的值；(3)若异面直线CM 与AP M CD A --的平面角的正切值. 11．如图，在长方体1111ABCD A B C D -中，AD =1，12AB AA ==，H ，F 分别是棱11C D ，1BB 的中点.(1)判断直线HF 与平面11A BCD 的位置关系，并证明你的结论；(2)求直线HF 与平面ABCD 所成角的正弦值；(3)在线段HF 上是否存在一点Q ，使得点Q 到平面11A BCD ，若存在，求出HQ HF的值；若不存在，说明理由. 【过关检测】1．在长方体1111ABCD A B C D -中，12AB AA ==，3AD =，点E 、F 分别是棱AB 、1AA 的中点，E 、F 、1C ∈平面α，直线11A D 平面P α=，则直线BP 与直线1CD 所成角的余弦值为（）A C 2．在正方体1111ABCD ABCD -中，E ，F 分别为棱AD ，11A B 的中点，则异面直线EF 与1CD 夹角的余弦值为（）A D3．如图所示，三棱锥P ABC -的底面ABC 是等腰直角三角形，90ACB ∠=，且2PA PB AB ===，=PC 则PC 与平面P AB 所成角的余弦值等于（）A B 4．在空间四边形ABCD 中，E ，F ，G ，H 分别是AB ，BC ，CD ，DA 的中点，若2==AC BD ，且AC 与BD 所成的角为60°，则EG 的长为（）A．1．1．125．在棱长为1的正方体1111ABCD A B C D -中，O 为正方形1111D C B A 的中心，则下列结论错误的是（） A ．BO AC ⊥B ．BO ∥平面1ACDC ．点B 到平面1ACD D ．直线BO 与直线1AD 的夹角为3π 6．在正方体1111ABCD A B C D -中，,,E F G 分别为11,,BC CC BB 的中点，则下列结论中正确的是（） A ．1D D AF ⊥B ．二面角F AEC --的正切值为2C ．异面直线1A G 与EFD ．点G 到平面AEF 的距离是点C 到平面AEF 的距离的2倍7．如图，AB 是半球的直径，O 为球心，4,,AB M N =依次是半圆AB 上的两个三等分点，P 是半球面上一点，且PN MB ⊥，(1)证明：平面PBM ⊥平面PON ；(2)若点P 在底面圆内的射影恰在BM 上，求二面角--A PB N 的余弦值．8．已知平面四边形ABCD ，2AB AD ==，60BAD ∠=︒，30BCD ∠=︒，现将ABD △沿BD 边折起，使得平面ABD ⊥平面BCD ，此时AD CD ⊥，点P 为线段AD 的中点.(1)求证：BP ⊥平面ACD ；(2)若M 为CD 的中点，求MP 与平面BPC 所成角的正弦值；(3)在（2）的条件下，求二面角P BM D --的平面角的余弦值.9．已知四棱锥P ABCD -的底面是边长为2的菱形，PD ⊥底面ABCD .(1)求证：AC ⊥平面PBD ；(2)当1PD =，BD =PB 与AD 所成角的余弦值；10．已知四棱锥P ABCD -的底面是边长为2的菱形，PD ⊥底面ABCD ．(1)求证：AC ⊥平面PBD ；(2)已知1PD =，（Ⅰ）当BD PB 与AD 所成角的余弦值；（Ⅰ）当直线PB 与平面ABCD 所成的角为45︒时，求四棱锥P ABCD -的体积．11．在直三棱柱111ABC A B C -中，90ABC ∠=︒，1AB BC ==，12BB =.(1)求异面直线11B C 与1A C 所成角正切值的大小；(2)求点1B 与平面1A BC 的距离.第02讲玩转立体几何中的角度、体积、距离问题【学习目标】1.掌握各种角的定义，弄清异面直线所成的角与两直线所成的角，二面角与二面角的平面角，直线与平面所成的角和斜线与平面所成的角，二面角与两平面所成的角的联系与区别，弄清他们各自的取值范围。

立体几何余弦定理

立体几何余弦定理立体几何中的余弦定理是一条重要的定理，它可以用来计算三角形的边长或角度。

本文将对余弦定理进行详细讲解，并通过例题来加深理解。

我们来看一下余弦定理的表述。

对于一个三角形ABC，设边长分别为a、b、c，对应的角度为A、B、C。

余弦定理可以表示为：c² = a² + b² - 2abcosC其中，c为三角形的斜边，a和b为两个边长，C为两个边之间的夹角。

这个公式可以帮助我们在已知两条边和它们之间的夹角的情况下，求解第三条边的长度。

接下来，我们通过一个例题来说明余弦定理的应用。

假设我们有一个三角形ABC，已知边长a=5，边长b=7，夹角C=60°，我们需要求解边长c。

根据余弦定理，我们可以将已知的值代入公式：c² = 5² + 7² - 2 * 5 * 7 * cos60°化简计算得到：c² = 25 + 49 - 70 * 0.5= 25 + 49 - 35再开方得到：c ≈ √39通过计算，我们得到边长c的近似值为√39。

这样，我们就成功地利用余弦定理求解了三角形的边长。

除了求解边长外，余弦定理还可以用来计算三角形的角度。

如果我们已知三角形的边长a、b和c，并需要求解夹角C，可以通过余弦定理进行计算。

假设我们有一个三角形ABC，已知边长a=3，边长b=4，边长c=5，我们需要求解夹角C。

同样地，我们将已知的值代入余弦定理公式：5² = 3² + 4² - 2 * 3 * 4 * cosC化简计算得到：25 = 9 + 16 - 24cosC继续化简计算：24cosC = 25 - 9 - 16解方程得到：cosC = 0 / 24= 0通过反余弦函数，我们可以得到夹角C的值：C = arccos(0)= 90°通过计算，我们得知，在边长a=3、边长b=4和边长c=5的情况下，夹角C的大小为90°。

巧用三射线定理求解空间角度问题

巧用“三射线定理”求解空间角度问题立体几何试卷中常遇有空间角度计算问题：求异面直线所成的角、求直线与平面所成的角、求平面与平面所成的角等，这是学生们普遍感觉较为困难的一类问题．这类问题有两种常用的求解方法：一是通过作图，找出并证明问题所涉及到的对应角，然后利用平面几何知识或三角函数知识求出这一角度的值；二是通过建立空间直角坐标系，利用空间向量的坐标运算去求角．本文不打算在这两种固定不变的思路上做文章，而是意图通过介绍一个定理，利用数道例题，来给出用于求解空间角度问题的另外一种手段，以期能帮助激发同学们的求异与创新思维．1．三射线定理及其证明从空间一点P 任意引三条不共面的射线PA 、PB 、PC ，设∠BPC α=，∠CPA β=，∠APB γ=，且二面角A —PC —B 为θ，则cos cos cos sin sin cos γαβαβθ=+．..(1)二面角C PB A --为ϕ，则 .cos sin sin cos cos cos ϕγαγαβ+= (2)二面角C AP B --为δ，则δγβγβαcos sin sin cos cos cos +=…(3) 证明(1)式：如图1，已知PA 、PB 、PC 是这样的三条射线，不妨设BC ⊥PC 于C ，AC ⊥PC ，则∠ACB 即为二面角A —PC —B 的平面角， ∴∠ACB θ=，设PA a =，PB b =，PC c =，AC m =，BC n =，AB p =，在Rt ∆BPC 中，有cos c b α=，sin n bα=，同理在Rt ∆CPA 中，有cos c a β=，sin maβ=，而在∆APB 中，有222cos 2a b p ab γ+-=，在∆ACB 中，有222cos 2m n p mnθ+-=，∴222cos cos sin sin cos 2c c n m m n p b a b a mn αβαβθ+-+=⋅+⋅⋅22222c m n p ab ab +-=+22222c m n p ab++-=，而22222c a m b n =-=-，∴222222c a b m n =+--，代入上式即得图1PABCa cbmnpα γ θ222cos cos sin sin cos cos 2a b p abαβαβθγ+-+==，证毕．中学数学教材没有直接介绍三射线定理，而仅仅介绍了三射线定理的特例：如图2，已知AP 是平面M 的斜线，P 是斜足，AC 垂直于平面M ，C 为垂足，设PB 是平面M 内的任意一条直线，且BC ⊥PB ，垂足为B ，若PB 与PC 所成的角为α，PA 与PC 所成的角为β，而PA 与PB 所成的角为γ，则有cos cos cos γαβ=．此时的三射线还是PA 、PB 、PC ，但是附加有条件平面PAC ⊥平面PBC ，∴二面角A —PC —B 的大小2πθ=，将cos cos02πθ==代入三射线定理即得cos cos cos γαβ=．为叙述方便起见，在下文中，我们将把由三条射线两两形成的三个角都称之为做对应于的某条射线的“面角”．如图1中的∠BPC 我们将其称之为对应于射线PA 的一个“面角”；图2中的∠APB 我们将其称为对应于射线PC 的一个“面角”等．因此，三射线定理也被称为三面角的余弦定理，常被记为cos cos cos cos sin sin γαβθαβ-=的形式。

高中空间几何求各种角的公式

在高中的空间几何学习中，常见的几何形状包括点、线、面、体等，涉及到各种角的计算。

以下是一些常见的角的公式：
1. 平面内的角：
-顶点在圆心的圆心角和半圆角：圆心角等于对应的圆周角，半圆角为180度。

-对顶角：对顶角相等。

-同位角：同位角相等。

-内错角和内错角互补：内错角之和等于180度，内错角互补。

2. 空间内的角：
-平行线与截线：平行线与截线的对应角相等。

-直线与平面：直线与平面的夹角等于其倾斜角。

-平面与平面：两平面的夹角等于它们法向量的夹角。

3. 立体几何中的角：
-直线与立体的交角：直线与平面或立体的夹角等于90度减去它们的夹角余补角。

-两平面之间的夹角：两平面的夹角是它们的法线之间的夹角。

这些公式是空间几何中常见的角度计算原则，通过理解和掌握这些规律，可以更好地解决空间几何题目中涉及到的各种角度问题。

立体几何中的向量方法求夹角

立体几何中的向量方法求夹角1.确定两个向量假设有两个向量A和B，它们的坐标分别为(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)。

2.计算向量的点积向量的点积是两个向量各个对应坐标分量的乘积之和，可以用以下公式表示：A·B=x₁x₂+y₁y₂+z₁z₂3.计算向量的模向量的模是向量的长度，可以用以下公式表示：A，=√(x₁²+y₁²+z₁²)B，=√(x₂²+y₂²+z₂²)4.计算夹角的余弦值夹角的余弦值可以通过点积和模的关系计算得到，用以下公式表示：cosθ = (A·B) / (，A，，B，)5.计算夹角夹角的弧度可以通过余弦值计算得到，用以下公式表示：θ = arccos(cosθ)6.将弧度转换为度数为了方便阅读和理解，可以将弧度转换为角度，用以下公式表示：α=θ*180°/π以上就是利用向量方法求解立体几何中夹角的具体步骤。

下面通过一个例子来说明向量方法求解立体几何中夹角的应用。

例题：给定两个向量A(2,3,-1)和B(1,-2,4)，求它们之间的夹角。

解答：首先计算向量A和向量B的点积：A·B=2*1+3*(-2)+(-1)*4=2-6-4=-8然后计算向量A和向量B的模：A，=√(2²+3²+(-1)²)=√(4+9+1)=√14B，=√(1²+(-2)²+4²)=√(1+4+16)=√21接下来计算夹角的余弦值：cosθ = (A·B) / (，A，，B，) = -8 / (√14 * √21)然后计算夹角：θ = arccos(cosθ)最后将弧度转换为角度：α=θ*180°/π通过以上计算，可以得到向量A和向量B之间夹角的大小。

空间向量与立体几何：第7讲利用平面向量求角度问题

利用平面向量求角度问题【基础知识】一般地，异面直线AC ，BD 的夹角β的余弦值为cos β＝|AC →·BD →||AC →||BD →|.利用向量求线面角的方法：(1)分别求出斜线和它所在平面内的射影直线的方向向量，转化为求两个方向向量的夹角(或其补角)；(2)通过平面的法向量来求，即求出斜线的方向向量与平面的法向量所夹的锐角，取其余角就是斜线和平面所成的角．求二面角最常用的方法就是分别求出二面角的两个面所在平面的法向量，然后通过两个平面的法向量的夹角得到二面角的大小，但要注意结合实际图形判断所求角是锐角还是钝角．【规律技巧】注意线线、线面和二面角的平面角的角度的取值范围【典例讲解】求异面直线所成的角【例1】如图，在四棱锥P -ABCD 中，底面ABCD 是矩形，P A ⊥底面ABCD ，E 是PC 的中点．已知AB ＝2，AD ＝22，P A ＝2.求：(1)△PCD 的面积．(2)异面直线BC 与AE 所成的角的大小．解 (1)因为P A ⊥底面ABCD ，所以P A ⊥CD .【变式探究】如右图所示正方体ABCD －A ′B ′C ′D ′，已知点H 在A ′B ′C ′D ′的对角线B ′D ′上，∠HDA ＝60°.求DH与CC′所成的角的大小．利用空间向量求直线与平面所成的角【例2】如图，正方形AMDE的边长为2，B，C分别为AM，MD的中点．在五棱锥P－ABCDE中，F为棱PE的中点，平面ABF与棱PD，PC分别交于点G，H.(1)求证：AB∥FG；(2)若P A⊥底面ABCDE，且P A＝AE.求直线BC与平面ABF所成角的大小，并求线段PH的长．【变式探究】(2014·福建卷)在平面四边形ABCD中，AB＝BD＝CD＝1，AB⊥BD，CD⊥BD，将△ABD沿BD折起，使得平面ABD⊥平面BCD，如图．(1)求证：AB⊥CD；(2)若M为AD中点，求直线AD与平面MBC所成角的正弦值．利用空间向量求二面角【例3】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)证明：CF ⊥平面ADF ； (2)求二面角D －AF －E 的余弦值．设平面AEF 的法向量为n 1＝(x 1，y 1，z 1)，则n 1⊥EF →，n 1⊥F A →，因此⎩⎨⎧y 1＝0，－3x 1－3y 1＋4z 1＝0，取x 1＝4，则n 1＝(4，0，3)为平面AEF 的一个法向量．[来源:学+科+网] 由于CF ⊥平面ADF ，故平面ADF 的一个法向量n 2＝(3，－1，0)．由图可见所求二面角θ的余弦值为cos θ＝|n 1·n 2||n 1||n 2|＝4316＋3×（3）2＋（－1）2＝25719.【变式探究】如图，△ABC 和△BCD 所在平面互相垂直，且AB ＝BC ＝BD ＝2，∠ABC ＝∠DBC ＝120°，E ，F 分别为AC ，DC 的中点．(1)求证：EF⊥BC；(2)求二面角E－BF－C的正弦值．【针对训练】1、已知两平面的法向量分别为m＝(0，1，0)，n＝(0，1，1)，则两平面所成的二面角的大小为__________．2、如图，在四棱锥P－ABCD中，P A⊥底面ABCD，AD⊥AB，AB∥DC，AD＝DC＝AP＝2，AB＝1，点E 为棱PC的中点．(1)证明：BE⊥DC；(2)求直线BE与平面PBD所成角的正弦值；(3)若F为棱PC上一点，满足BF⊥AC，求二面角F－AB－P的余弦值．【练习巩固】1．在正方体ABCD－A1B1C1D1中，点E为BB1的中点，则平面A1ED与平面ABCD所成的锐二面角的余弦值为()A.12B.23C.33D.22答案 B2．在正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AA 1＝2AB ，则CD 与平面BDC 1所成角的正弦值等于__________．答案 233.如图所示，在三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AA 1⊥底面ABC ，AB ＝BC ＝AA 1，∠ABC ＝90°，点E 、F 分别是棱AB 、BB 1的中点，则直线EF 和BC 1所成的角是__________．4．已知向量a ＝(1，0，－1)，则下列向量中与a 成60°夹角的是( ) A ．(－1，1，0) B ．(1，－1，0) C ．(0，－1，1)D ．(－1，0，1)5．在直三棱柱 ABC －A 1B 1C 1中，∠BCA ＝90°，M ，N 分别是A 1B 1，A 1C 1的中点，BC ＝CA ＝CC 1，则BM 与AN 所成角的余弦值为( ) A.110B.25C.3010D.22答案 C。

高中数学立体几何角度和与体积计算方法

高中数学立体几何角度和与体积计算方法在高中数学中，立体几何是一个重要的章节，它涉及到角度和体积的计算方法。

本文将以具体的题目为例，分析和说明这些题目的考点，并给出解题技巧和指导性语言，帮助高中学生或他们的父母更好地理解和应用这些知识。

一、角度计算方法角度是立体几何中一个重要的概念，它可以用来描述物体之间的相对位置关系。

在计算角度时，我们可以利用几何知识和三角函数来求解。

例如，有一道题目如下：已知一个正方体的一个顶点A，以及与这个顶点相邻的两个顶点B和C，求∠BAC的度数。

解题思路：1. 首先，我们可以利用正方体的性质，知道正方体的六个面都是相等的正方形，所以∠BAC的度数应该是90度。

2. 其次，我们可以利用三角函数来计算∠BAC的度数。

根据正方体的性质，我们可以知道AB与AC是两个边长相等的直角三角形，所以可以利用三角函数中的正弦函数来计算∠BAC的度数。

由于∠BAC是直角，所以sin(∠BAC) = 1，所以∠BAC的度数是90度。

通过这个例子，我们可以看到，角度的计算方法可以根据题目的要求来选择合适的方法。

在解题时，我们可以根据题目给出的条件和已知的几何知识来选择合适的计算方法。

二、体积计算方法体积是立体几何中另一个重要的概念，它可以用来描述物体的大小和容积。

在计算体积时，我们可以利用几何知识和公式来求解。

例如，有一道题目如下：已知一个长方体的长、宽、高分别为3cm、4cm、5cm，求它的体积。

解题思路：1. 首先，我们可以利用长方体的性质，知道长方体的体积可以通过长、宽、高的乘积来计算。

所以这个长方体的体积为3cm × 4cm × 5cm = 60cm³。

2. 其次，我们可以利用公式来计算长方体的体积。

长方体的体积公式为V = lwh，其中V表示体积，l表示长，w表示宽，h表示高。

所以这个长方体的体积为V = 3cm × 4cm × 5cm = 60cm³。

立体几何中的向量方法(距离、角度)专题选择性必修第一册

3．如图，已知正方形 ABCD 的边长为 1，PD⊥平面 ABCD，且 PD＝1，E，F 分别为 AB，BC 的中点．则点 D 到平面 PEF 的距离为________；直线 AC 到平面 PEF 的距离为________．
类型一用空间向量求距离【典例】已知四边形ABCD是边长为4的正方形,E,F分别是边AB,AD的中点,CG垂直于正方形ABCD所在的平面,且CG=2,求: (1)点B到直线FG的距离; (2)点B到平面EFG的距离.
05 平面与平面所成角
两个平面的法向量所成角是这两个平面的夹角吗？
, 的夹角为，cos | u v|
| u || v |
例题如图，在直三棱柱ABC-A1B1C1中，AC=CB=2，AA1=3， ∠ACB=90°，P为BC中点，点Q,R分别在棱AA1,BB1上，A1Q=2AQ， BR=2RB1，求平面PQR与平面A1B1C1夹角的余弦值 z
D1 F
C1
N
A1
E
M B1
D
Cy
A
B
x
AB n
d
n
1.4.2 立体几何中的向量方法 ——角度问题
03 异面直线所成角
l
l
m
m
l, m的夹角为，cos | a b|
| a || b |
(0, ]
2
类型二向量法求异面直线所成的角(数学运算，直观想象) 【典例】如图，在直三棱柱 A1B1C1-ABC 中，AB⊥AC，AB＝AC＝2，A1A＝4，点 D 是 BC 的中点．求异面直线 A1B 与 C1D 所成角的余弦值．
(1)证明:DC1⊥BC.
(2)求平面A1B1BD与平面C1BD的夹角的大小.
在四棱锥P-ABCD中，底面ABCD是正方形，侧棱PD⊥底面ABCD，PD=DC，

数学竞赛之立体几何专题精讲(例题+练习)

数学竞赛中的立体几何问题立体几何作为高中数学的重要组成部分之一，当然也是每年的全国联赛的必然考查内容．解法灵活而备受人们的青睐，竞赛数学当中的立几题往往会以中等难度试题的形式出现在一试中，考查的内容常会涉及角、距离、体积等计算．解决这些问题常会用到转化、分割与补形等重要的数学思想方法．一、求角度这类题常以多面体或旋转体为依托,考查立体几何中的异面直线所成角、直线与平面所成角或二面角的大小解决这类题的关键是 ,根据已知条件准确地找出或作出要求的角．立体几何中的角包括异面直线所成的角、直线与平面所成的角、二面角三种．其中两条异面直线所成的角通过作两条异面直线的平行线找到表示异面直线所成角的相交直线所成的角，再构造一个包含该角的三角形，解三角形即可以完成；直线和平面所成的角则要首先找到直线在平面内的射影，一般来讲也可以通过解直角三角形的办法得到，其角度范围是[]0,90︒︒；二面角在求解的过程当中一般要先找到二面角的平面角，三种方法：①作棱的垂面和两个半平面相交；②过棱上任意一点分别于两个半平面内引棱的垂线；③根据三垂线定理或逆定理．另外还可以根据面积射影定理cos S S θ'=⋅得到．式中S '表示射影多边形的面积，S 表示原多边形的面积，θ即为所求二面角．例１直线OA 和平面α斜交于一点O ，OB 是OA 在α内的射影，OC 是平面α内过O 点的任一直线，设,,.AOC AOB BOC αβγ∠=∠=∠=，求证：cos cos cos αβγ=⋅．分析：如图，设射线OA 任意一点A ，过A 作AB α⊥于点B ，又作BC OC ⊥于点C ，连接AC ．有：cos ,cos ,cos ;OC OB OCOA OA OBαβγ=== 所以，cos cos cos αβγ=⋅．评注：①上述结论经常会结合以下课本例题一起使用．过平面内一个角的顶点作平面的一条斜线，如果斜线和角的两边所成的角相等，那么这条斜线在平面内的射影一定会落在这个角的角平分线上．利用全等三角形即可证明结论成立．②从上述等式的三项可以看出cos α值最小，于是可得结论：平面的一条斜线和平面内经过斜足的所有直线所成的角中，斜线与它的射影所成的角最小．例、（1997年全国联赛一试）如图，正四面体ABCD 中，E 在棱AB 上， F 在棱CD 上，使得：()0AE CFEB FDλλ==<<∞，记()f λλλαβ=+， αOC BAF EDCBAG其中λα表示EF 与AC 所成的角，其中λβ表示EF 与BD 所成的角，则：（A ）()f λ在()0,+∞单调增加；（B ）()f λ在()0,+∞单调减少；（C ）()fλ在()0,1单调增加；在()1,+∞单调减少；（D ）()f λ在()0,+∞为常数．` 分析：根据题意可首先找到与,λλαβ对应的角．作EG ∥AC ，交BC 于G ，连FG ．显然 FG ∥BD ，∠GEF=λα，∠GFE=λβ．∵AC ⊥BD ，∴EG ⊥FG ∴90λλαβ+=︒例五、（1994年全国联赛一试）已知一个平面与一个正方体的12条棱的夹角都等于α，则sin α= ．分析：正方体的12条棱可分为三组，一个平面与12条棱的夹角都等于α只需该平面与正方体的过同一个顶点的三条棱所成的角都等于α即可．如图所示的平面A BD '就是合乎要求的平面，于是：sin 3α=二、求体积这类题常是求几何体的体积或要求解决与体积有关的问题解决这类题的关键是 ,根据已知条件选择合适的面作为底面并求出这个底面上的高例十五、（2003年全国联赛一试）在四面体ABCD 中，设1,AB CD ==直线AB 与CD 的距离为2，夹角为3π，则四面体ABCD 的体积等于 ()()()(11 ; ; 23A B C D 分析：根据锥体的体积公式我们知道：1V=3S h ⋅⋅．从题目所给条件看，已知长度的两条线段分别位于两条异面直线上，而已知距离是两条异面直线之间的距离而非点线距．显然需要进行转化．作BE ∥CD,且BE=CD ，连接DE 、AE ，显然，三棱锥A —BCD 与三棱锥A —BDE 底面积和高都相等，故它们有相等的体积．于是有：111sin 362A BCD A BDE D ABE BDE V V V S h AB BE ABE h ---∆====⋅⋅∠⋅=例十六、（2002年全国联赛一试）由曲线224,4,4,4x y x y x x ==-==-围成的图形绕y 轴旋转一周所ODCBAD 'C 'B ' A 'EDCBA得旋转体的体积为V 1，满足()()22222216,24,24x y x y x y +≤+-≥++≥的点(),x y 组成的图形绕y 轴旋转一周所得旋转体的体积为V 2，则：（A ）V 1=12V 2；（B ）V 1=23V 2；（C ）V 1=V 2；（D ）V 1=2V 2；分析：我国古代数学家祖暅在对于两个几何体体积的比较方面作出了卓越的贡献，祖暅原理告诉我们：对于两个底面积相同，高相等的几何体，任做一个平行于底面的截面，若每一个截面的面积相等，则这两个几何体的体积相等．运用祖原理的思想我们可以将不规则的几何体的体积计算转化为规则几何体的体积计算．如计算球的体积时我们可以将半球转化为圆柱与圆锥的组合体．显然，本题中的两个几何体符合祖暅原理的条件，比较其截面面积如下：取()44y a a =-≤≤，则：()21162164S aa ππππ=-⋅⋅=-当0a <时：()()()22221642164S aa a ππππ=⋅--⋅-+=+ 当0a >时：()()()22221642164S a a a ππππ=⋅--⋅--=-显然，12S S =，于是有：12V V =．例十七、（2000年全国联赛一试）一个球与正四面体的六条棱都相切，若正四面体的棱长为a ，则这个球的体积是．分析：由正四面体的图象的对称性可知，内切球的球心必为正四面体的中心，球与各棱相切，其切点必为各棱中点，考查三组对棱中点的连线交于一点，即为内切球的球心，所以每组对棱间的距离即为内切球的直径，于是有：22r a =∴3343424V a a π⎛⎫=⋅⋅= ⎪ ⎪⎝⎭练习：同样可用体积法求出棱长为a 的正四面体的外接球和内切球的半径．分析可知，正四面体的内切球与外接球球心相同，将球心与正四面体的个顶点相连，可将正四面体划分为四个全等的正三棱锥，于是可知内切球的半径即为正四面体高度的四分之一，外接球半径即为高度的四分之三．故只要求出正四面体的高度即可．又：3h a ===，所以，,412R a r ==．ROEDC APr例十九、（1998年全国联赛一试）ABC ∆中，90,30,2C B AC ∠=︒∠=︒=，M 是AB 的中点．将ACM ∆沿CM 折起，使A 、B 两点间的距离为22A —BCM 的体积等于．分析：关于折叠问题，弄清折叠前后线段之间的变与不变的关系往往是我们解决问题的关键，问题中经常会涉及折叠图形形成二面角，在折叠前作一条直线与折叠线垂直相交，于交点的两侧各取一点形成一个角，于是在折叠过程中，此角始终能代表图形折叠所形成的二面角的大小．此外，通过分析可知解决本例的另一个关键是需要得到棱锥的高，其实只要能找到二面角，高也就能迎刃而解了．如图，作BD ⊥CM 的延长线相交于D ，AF ⊥CM 于F ，并延长到E ，使EF=BD ，连BE ．显然，AF=EF=BD=3EB=DF=2,所以： A E 2=AB 2-EB 2=8-4=4三棱锥A —BCM 的高即点A 到平面BCM 的距离也就是等腰∆AEF 中点A 到边EF 的距离．根据面积相等FF M ME E D D BB C C A A可求得：h ==∴11132V =⋅⋅=例二十、（1995年全国联赛一试）设O 是正三棱锥P —ABC 底面△ABC 的中心，过O 的动平面与P —ABC 的三条侧棱或其延长线的交点分别记为Q 、R 、S ，则和式111PQ PR PS++ （A ）有最大值而无最小值；（B ）有最小值而无最大值；（C ）既有最大值又有最小值，且最大值与最小值不等；（D ）是一个与平面QRS 位置无关的常量．分析：借助于分割思想，将三棱锥P —QRS 划分成三个以O 为顶点，以三个侧面为底面的三棱锥O —PQR ，O —PRS ，O —PSQ ．显然三个三棱锥的高相等，设为h ，又设QPR ∠=RPS SPQ α∠=∠=，于是有：()13P QRS O PQR O PRS O PSQ PQR PRS PSQ V V V V S S S h ----∆∆∆=++=++⋅ ()1sin 6PQ PR PR PS PS PQ h α=⋅+⋅+⋅⋅⋅ 又：1sin sin 6P QRS Q PRS V V PQ PR PS αθ--==⋅⋅⋅⋅，其中θ为PQ 与平面PRS 所成的角．()sin sin sin PQ PR PR PS PS PQ h PQ PR PS ααθ∴⋅+⋅+⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅于是得：111PQ PR PS ++sin hθ= 例二十一、（1993年全国联赛一试）三棱锥S —ABC 中，侧棱SA 、SB 、SC 两两互相垂直，M 为三角形ABC 的重心，D 为AB 中点，作与SC 平行的直线DP ．证明：（1）DP 与SM 相交；OSRQCBAP（2）设DP 与SM 的交点为D '，则D 为三棱锥S —ABC 的外接球的球心．分析：根据题中三棱锥的特点，可将三棱锥补形成为一个如图所示的长方体，因为 C 、M 、D 三点共线，显然，点C 、S 、D 、M 在同一平面内．于是有DP 与SM 相交．又因为：12DD DM SC MC '==，而点D 为长方体的底面SAEB 的中心，故必有点D '为对角线SF 的中点，即为长方体的也是三棱锥的外接球的球心．例二十二、（1992年全国联赛一试）从正方体的棱和各个面的面对角线中选出k 条，使得其中任意两条线段所在的直线都是异面直线，则k 的最大值是．分析：本题可以采用构造法求解．考查图中的四条线段：A 1D 、AC 、BC 1、B 1D 1，显然其中任意两条都是异面直线．另一方面，如果满足题目要求的线段多于4条，若有5条线段满足要求，因为5条线段中任意两条均为异面直线，所以其中任意两条没有公共点，于是产生这些线段的端点几何体的顶点的个数必定大于或等于10个，这与题中的正方体相矛盾．故：4k =．例二十三、（1991年全国联赛一试）设正三棱锥P —ABC 的高为PO ，M 为PO 的中点，过AM 作与棱BC 平行的平面，将三棱锥截为上、下两个部分，试求此两部分的体积比．分析：取BC 的中点D ，连接PD 交AM 于G ，设所作的平行于BC 的平面交平面PBC 于EF ，由直线与平面平行的性质定理得：EF ∥BC ，连接AE ，AF ，则平面AEF 为合乎要求的截面．GFMED 'DCBA SH A 1DCBA D 1C 1B 1F E OM D CBAPHG作OH ∥PG ，交AG 于点H ，则：OH=PG ．51112BCPD PG GDGD GD AD EF PG PG PG OH AO +===+=+=+=；故：2425A PEF PEF A PBC PBC V S EF V S BC -∆-∆⎛⎫=== ⎪⎝⎭；于是：421A PEF A EFBC V V --=．三、求面积这类题常设计为求几何体中某一特殊位置的截面面积解决这类题的关键是 ,封断出截面的形状及截面和已知中相关图形的关系四、求距离这类题常是以几何体为依托 ,求其中的某些点、线、面之间的距离解决这类题的关键在于 ,根据已知条件判断出或作出符合题意的线段 ,其长度就是符合题意的距离4、（1996年全国联赛一试）已知将给定的两个全等的正三棱锥的底面粘在一起，恰得到一个所有二面角都相等的六面体，并且该六面体的最短棱的长为2，则最远的两顶点间的距离是________．解：该六面体的棱只有两种，设原正三棱锥的底面边长为2a ，侧棱为b ．取CD 中点G ，则AG ⊥CD ，EG ⊥CD ，故∠AGE 是二面角A —CD —E 的平面角．由BD ⊥AC ，作平面BDF ⊥棱AC 交AC 于F ，则∠BFD 为二面角B —AC —D 的平面角．AG=EG=b 2－a 2，BF=DF=2a b 2－a 2b，AE=2b 2－(233a )2=2b 2－43a 2．由cos ∠AGE=cos ∠BFD ，得2AG 2－AE 22AG 2=2BF 2－BD 22BF 2．∴ 4(b 2－432a 2)b 2－a 2=4a 2b 24a 2(b 2－a 2)⇒9b2=16a 2，⇒b=43a ，从而b=2，2a=3．AE=2．即最远的两个顶点距离为3．分析：设正三棱锥的底面边长为a ，侧棱长为b ，则：2222223244a a b a aa b b -=⋅--即：2223b a b =-化简得： 32ba =所以，3,2a b ==．于是可求得线段PP '的长：2432pp '=-=．于是有最远距离为底边长3．2ababbGEFBCDAACBD EFOP 'P五、求元素个数这类题常以长方体或三棱锥等几何体为背景,通过计算符合题意的元素个数,来考查学生对计数问题的理解程度解决这类题的关键是计数时要有规律的数,作到不重复、不遗漏8、如果空间三条直线a ，b ，c 两两成异面直线，那么与a ，b ，c 都相交的直线有(A ) 0条 (B ) 1条 (C )多于1 的有限条 (D ) 无穷多条解：在a 、b 、c 上取三条线段AB 、CC '、A 'D '，作一个平行六面体ABCD —A 'B 'C 'D '，在c 上取线段A 'D '上一点P ，过a 、P 作一个平面，与DD '交于Q 、与CC '交于R ，则QR ∥a ，于是PR 不与a 平行，但PR 与a 共面．故PR 与a 相交．由于可以取无穷多个点P ．故选D ．9、给定平面上的5个点A 、B 、C 、D 、E ，任意三点不共线. 由这些点连成4条线，每点至少是一条线段的端点，不同的连结方式有种.解：图中，4种连结方式都满足题目要求.（图中仅表示点、线间连结形式，不考虑点的位置) .情况（1），根据中心点的选择，有5种其连结方式；情况（2），可视为5个点A 、B 、C 、D 、E 的排列，但一种排列与其逆序排列是同一的，且两者是一一对应的，则有连结方式5!602=种；情况（3），首先是分歧点的选择有5种，其次是分叉的两点的选择有246C =种，最后是余下并连两点的顺序有别，有2!种，共计56260⨯⨯=种；情况（4），选择3点构造三角形，有3510C =种. 共有5606010135+++=种连结方式.B‘C’D’A‘CDASQ PR acb（1）（2）（3）（4）3. 设四棱锥P ABCD -的底面不是平行四边形, 用平面α去截此四棱锥, 使得截面四边形是平行四边形, 则这样的平面 α( )(A) 不存在 (B)只有1个 (C) 恰有4个 (D)有无数多个例一、（1991年全国联赛一试）由一个正方体的三个顶点所能构成的正三角形的个数为（A ）4；（B ）8；（C ）12；（D ）24．分析：一个正方体一共有8个顶点，根据正方体的结构特征可知，构成正三角形的边必须是正方体的面对角线．考虑正方体的12条面对角线，从中任取一条可与其他面对角线构成两个等边三角形，即每一条边要在构成的等边三角形中出现两次，故所有边共出现112224C =次，而每一个三角形由三边构成，故一共可构成的等边三角形个数为2483=个．例二、（1995年全国联赛一试）将一个四棱锥的每个顶点染上一种颜色，并使同一条棱的两个端点异色，如果只有5种颜色可供使用，那么不同的染色方法的总数是．分析：就四棱锥P —ABCD 而言，显然顶点P 的颜色必定不同于A 、B 、C 、D 四点，于是分三种情况考虑：① 若使用三种颜色，底面对角线上的两点可同色，其染色种数为：3560A =（种） ② 若使用四种颜色，底面有一对对角线同色，其染色种数为：1425240C A ⋅=（种）③ 若使用五种颜色，则各顶点的颜色各不相同，其染色种数为：55120A =（种）故不同染色方法种数是：420种．六、特殊四面体1．四面体由于四面体是三角形在空间中的推广，因此三角形的许多性质也可以推广到四面体：（1）连接四面体的棱中点的线段交于一点，且在这里平分这些线段；（2）连接四面体任一顶点与它对面重心的线段交于一点，且这点将线段分成的比为3：1，G 称为四面体的重心．（3）每个四面体都有外接球，球心是各条棱的中垂面的交点．（4）每个四面体都有内切球，球心是四面体的各个二面角的平分面的交点．例10（1983年全国）在六条棱长分别为2、3、3、4、5、5的所有四面体中，最大的体积是多少？证明你的结论．2．特殊四面体（i ）等腰四面体：三组对棱分别相等的四面体．性质（1）等腰四面体各面积相等，且为全等的锐角三角形；（2）体积是伴随长方体的13．（ii ）直角四面体从一个顶点出发的三条棱相互垂直的四面体．性质（1）直角四面体中，不含直角的面是锐角三角形（称该面为底面）；（2）任一侧面面积是它在底面投影的面积和地面面积的比例中项，且侧面面积的平方和是底面面积的平方；（3）三个侧面与底面所成三个二面角的余弦的平方和是1．3．正四面体每个面都是全等的等边三角形的四面体．性质（1）若正四面体的棱长为a ，则四面体的全面积S ＝3a 2，体积V ＝212a 3；（2）正四面体对棱中点的连线长d ＝22a ；（3）正四面体外接球的半径64a ，内切球的半径为612a ．七、“ 多球” 问题在解决立体几何问题时，常会遇到若干个球按照一定的法则“ 叠加” 的问题，我们将这类问题简称为“ 多球” 问题．对于“ 多球” 问题，我们往往可以从多球中提炼出球心所组成的立体图形，将问题简化，然后通过解决这简化的问题，获得原问题的待求结论，这是解决“ 多球” 问题的一个常用方法．5、将八个半径都为1的球分放两层放置在一个圆柱内，并使得每个球都和其相邻的四个球相切，且与圆柱的一个底面及侧面都相切，则此圆柱的高等于．解：如图，ABCD 是下层四个球的球心，EFGH 是上层的四个球心．每个球心与其相切的球的球心距离=2．EFGH 在平面ABCD 上的射影是一个正方形．是把正方形ABCD 绕其中心旋转45 而得．设E 的射影为N ，则MN=2－1．EM=3，故EN 2=3－(2－1)2=22．∴ EN=48．所求圆柱的高=2+48．6、底面半径为1cm 的圆柱形容器里放有四个半径为12cm 的实心铁球，四个球两两相切，其中底层两球与容器底面相切. 现往容器里注水，使水面恰好浸没所有铁球，则需要注水 cm 3．填(13＋22)π．解：设四个实心铁球的球心为O 1，O 2，O 3，O 4，其中O 1，O 2为下层两球的球心，A ，B ，C ，D 分别为四个球心在底面的射影．则ABCD 是一个边长为22的正方形．所以注水高为1＋22．故应注水π(1＋22)－4×43π(12)3＝(13＋22)π．例 1在桌面上放着四个两两相切、半径均为r 的球，试确定其顶端离桌面的高度；并求夹在这四个球所组成图形空隙中与四个球均相切的小球的半径．例 2 制作一个底圆直径为4 c m的圆柱形容器，要内装直径为2 c m的钢珠2 6 只，那么这容器至少要多高?( 上海市1 9 8 6 年竞赛试题)例 3 在正四面体内装入半径相同的球，使相邻的球彼此相切，且外层的球又和正四面体的面都相切，如此装法，当球的个数无穷大时，求所装球的体积与正四面体体积之比的极限．( 第八届希望杯高二数学培训题)八、体积法及其应用体积法是处理立体几何问题的重要方法．在高中数学竞赛中，利用体积法解题形式简洁、构思容易，内涵深刻，应用广泛，备受青睐．几何体的体积包括基本几何体的体积计算、等积变换等方法，同时有以下常用方法和技巧：( 1 ) 转移法：利用祖咂原理或等积变换，把所求几何体转化为与它等底、等高的几何体的体积．( 2 ) 分割求和法：把所求几何体分割成基本几何体的体积．( 3 ) 补形求差法：通过补形化归为基本几何体的体积．( 4 ) 四面体体积变换法．( 5 ) 算两次法：对同一几何体的体积，从两种方法计算，建立出未知元素的等量关系，从而使问题求解．利用这种方法求点到平面的距离，可以回避作出表示距离的垂线段．另外，体积法中对四面体的体积变换涉及较多应用广泛．关于四面体的体积有如下常用性质：( 1 ) 底面积相同的两个三棱锥体积之比等于对应高之比；( 2 ) 高相同的两个三棱锥的体积比等于其底面积之比；( 3 ) 用平行于底面的平面去截三棱锥，截得的小三棱锥与原三棱锥的体积之比等于相似比的立方；九、立体几何中的截面问题截面问题涉及到截面形状的判定、截面面积和周长的计算、截面图形的计数、截面图形的性质及截面图形的最值．本文介绍此类问题的求解方法．1 判断截面图形的形状2 截面面积和周长的计算3 计算截面图形的个数4 确定截面图形的性质5 求截面图形的最值九、综合问题7、顶点为P 的圆锥的轴截面是等腰直角三角形，A 是底面圆周上的点，B 是底面圆内的点，O 为底面圆圆心，AB ⊥OB ，垂足为B ，OH ⊥PB ，垂足为H ，且P A=4，C 为P A 的中点，则当三棱锥O －HPC 的体积最大时，OB 的长为A ．53 B ．253 C ．63 D ．263解：AB ⊥OB ，⇒PB ⊥AB ，⇒AB ⊥面POB ，⇒面P AB ⊥面POB ．OH ⊥PB ，⇒OH ⊥面P AB ，⇒OH ⊥HC ，OH ⊥PC ，又，PC ⊥OC ，⇒PC ⊥面OCH ．⇒PC 是三棱锥P －OCH 的高．PC=OC=2．而∆OCH 的面积在OH=HC=2时取得最大值(斜边=2的直角三角形)．当OH=2时，由PO=22，知∠OPB=30︒，OB=PO tan30︒=263．解2：连线如图，由C 为P A 中点，故V O －PBC =12V B －AOP ，而V O －PHC ∶V O －PBC =PHPB =PO 2PB2(PO 2=PH ·PB )．记PO=OA=22=R ，∠AOB=α，则V P —AOB =16R 3sin αcos α=112R 3sin2α，A BP OH CV B －PCO =124R 3sin2α．PO 2PB 2=R 2R 2+R 2cos 2α=11+cos 2α=23+cos2α．⇒V O －PHC=sin2α3+cos2α⨯112R 3．∴ 令y=sin2α3+cos2α，y '=2cos2α(3+cos2α)－(－2sin2α)sin2α(3+cos2α)2=0，得cos2α=－13，⇒cos α=33，∴ OB=263，选D ．例19把一个长方体切割成k 个四面体，则k 的最小值是 .例20已知l αβ--是大小为45的二面角，C 为二面角内一定点，且到半平面α和β和6，A ，B 分别是半平面α，β内的动点，则ABC ∆周长的最小值为_____．例21如图所示，等腰ABC △的底边AB =，高3CD =，点E 是线段BD 上异于点B D ，的动点，点F 在BC 边上，且EF AB ⊥，现沿EF 将BEF △折起到PEF △的位置，使PE AE ⊥，记BE x =，()V x 表示四棱锥P ACFE -的体积．（1）求()V x 的表达式；（2）当x 为何值时，()V x 取得最大值？（3）当()V x 取得最大值时，求异面直线AC 与PF 所成角的余弦值．例六、设锐角,,αβγ满足：222cos cos cos 1αβγ++=．求证：tan tan tan αβγ⋅⋅≥分析：构造长方体模型．构造如图所示的长方体 ABCD —A 1B 1C 1D 1，连接AC 1、A 1C 1、BC 1、DC 1．过同一个顶点的三条棱AD 、AB 、AA 1与对角线AC 1所成的角为锐角,,αβγ，满足：222cos cos cos 1αβγ++=不妨设长方体过同一个顶点的三条棱AD 、AB 、AA 1的长分别为,,a bc ．则：tan tan tan aa b b c cαβγ=≥=≥=≥ 以上三式相乘即可．证明二：因为,,αβγ为锐角，故：2222sin 1cos cos cos 2cos cos ααβγβγ=-=+≥⋅，sin α∴≥同理：sin βγP ED F BCAD 1C 1B 1 A 1DC BA例22已知三棱锥ABC P -的三条侧棱PA 、PB 、PC 两两垂直，侧面PAB 、PBC 、PCA 与底面ABC 所成的二面角的平面角的大小分别为1θ、2θ、3θ，底面ABC 的面积为34. (1)证明:22tan tan tan 321≥⋅⋅θθθ；(2)若23tan tan tan 321=++θθθ，求该三棱锥的体积ABC P V -. 练习题例七、（1994年全国联赛一试）在正n 棱锥中，相邻两侧面所成的二面角的取值范围是（A ） 2,n n ππ-⎛⎫⎪⎝⎭；（B ） 1,n n ππ-⎛⎫ ⎪⎝⎭；（C ） 0,2π⎛⎫ ⎪⎝⎭；（D ） 21,n n n n ππ--⎛⎫⎪⎝⎭．分析：根据正n 棱锥的结构特征，相邻两侧面所成的二面角应大于底面正n 边形的内角，同时小于π，于是得到（A ）．例八、（1992年全国联赛一试）设四面体四个面的面积分别为S 1、S 2、S 3、S 4，它们的最大值为S ，记1234S S S S Sλ+++=，则λ一定满足（A ） 24λ<≤；（B ） 34λ<<；（C ） 2.5 4.5λ<≤；（D ） 3.5 5.5λ<<．分析：因为 i S S ≤ ()1,2,3,4i =所以12344S S S SS+++≤．特别的，当四面体为正四面体时取等号．另一方面，构造一个侧面与底面所成角均为45︒的三棱锥，设底面面积为S 4，则：()()1231231234123cos 451 2.5cos 45S S S S S S S S S S S S S S λ+++++⋅︒+++===+++⋅︒，若从极端情形加以考虑，当三棱锥的顶点落在底面上时，一方面不能构成三棱锥，另外此时有1234S S S S ++=，也就是2λ=，于是必须2λ>．故选（A ）．。

立体几何等角定理-定义说明解析

立体几何等角定理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容应该对立体几何等角定理进行简要介绍，突出其重要性和在几何学中的应用。

可以参考以下内容：立体几何是数学中的一个分支，研究空间中的三维图形和体积计算等问题。

在立体几何中，等角定理是一条重要的定理，它探讨了几何体之间的角度关系。

等角定理是指在立体几何中，如果两个几何体具有完全相等的角度，则它们是等角的。

简而言之，等角定理告诉我们，当一个几何体沿着空间中的某个轴旋转时，它的角度保持不变。

这个定理对于解决许多几何题目非常重要。

它可以应用于计算物体的旋转，推导出旋转图形的性质，并且在计算机图形学中有广泛的应用。

在建筑学、工程学和设计领域中，等角定理也被广泛应用于设计和计算三维结构的角度。

本文将介绍立体几何的基本概念，包括空间中的图形和体积计算等内容，然后详细探讨等角定理的定义与原理，以及它在实际问题中的应用举例。

同时，还会介绍等角定理的证明方法，以帮助读者更好地理解和应用这条定理。

总之，通过对立体几何等角定理的研究，我们可以更深入地了解几何体之间角度的关系，进一步提高我们的几何学知识，并且在实际问题中应用这个定理进行计算和设计。

在接下来的正文部分，我们将一步一步地探究等角定理的各个方面，希望读者在阅读完本文之后能够对立体几何等角定理有更全面的了解和应用能力。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以写成以下这样：2. 文章结构本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。

2.1 引言部分将对立体几何等角定理的背景和概述进行介绍，让读者对本文的主题有一个整体的了解。

同时还会说明文章的结构和目的，以及对整篇文章进行总结，引导读者进入正文部分。

2.2 正文部分是本文的主体，将对立体几何的基本概念进行阐述，包括对几何的定义和基本性质的介绍。

随后，将详细探讨等角定理的定义与原理，以及它在立体几何中的应用举例。

最后，将介绍一些证明等角定理的方法，帮助读者更好地理解和应用这一定理。

数学中的立体角与体积计算

数学中的立体角与体积计算数学作为一门学科，涉及到了许多不同的概念和理论。

其中，立体角和体积计算是数学中重要的概念之一。

本文将探讨立体角和体积计算的相关内容，并介绍其在实际生活中的应用。

一、立体角的概念与计算方法立体角是用来描述三维空间中的角度的概念。

在数学中，立体角是由三维空间中的两个射线所夹的角度。

这个概念可以用来描述物体的形状、大小和方向。

计算立体角的方法有多种，其中一种常用的方法是使用球面三角学的知识。

假设有一个球面，以球心为原点，将球面上的两个点与球心相连，这两个点所在的射线与球面所夹的角度就是立体角。

另一种计算立体角的方法是使用立体几何的知识。

在立体几何中，可以通过计算物体的表面积和体积来推导出立体角的大小。

例如，如果一个物体是由若干个平面所围成的，那么可以通过计算这些平面的面积来计算立体角。

二、体积计算的方法与应用体积是描述一个物体所占据的空间大小的概念。

在数学中，体积可以用来计算物体的大小、容量和密度等信息。

计算体积的方法有多种，其中一种常用的方法是使用立体几何的知识。

在立体几何中，可以通过计算物体的底面积和高度来推导出物体的体积。

例如，对于一个长方体来说，可以通过计算底面积与高度的乘积来计算体积。

另一种计算体积的方法是使用积分的知识。

在数学中，可以通过将物体划分成无限小的体积元素，并对这些体积元素进行求和来计算物体的体积。

这种方法适用于复杂的几何体，如球体、圆锥体等。

体积计算在实际生活中有着广泛的应用。

例如，在建筑设计中，需要计算建筑物的体积来确定材料的用量和成本。

在工程领域，需要计算物体的体积来确定其容量和承载能力。

在生物学和医学领域，需要计算细胞、器官和组织的体积来研究其结构和功能。

三、立体角与体积计算的联系立体角和体积计算有着密切的联系。

在计算物体的体积时，常常需要考虑物体的形状和方向。

而立体角可以提供关于物体形状和方向的信息，从而帮助计算物体的体积。

例如，对于一个长方体来说，可以通过计算其底面积和高度来计算体积。

高三立体几何重点复习空间向量的坐标运算角度与距离

PCABD高三立体几何重点专题复习教案空间向量的坐标运算专题一：求角1. 求异面直线所成的角1，已知：正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱长为2，M 、N 分别为AA 1，BB 1的中点，求CM 和D 1N 所成角的余弦值。

2，已知长方体1111,A B C DA B C D -12,1,A B A A ==直线B D 与平面 11A A B B 所成的角为30︒，A E 垂直B D 于E ，F 为11A B 的中点.（Ⅰ）求异面直线A E 与B F 所成的角；（II ）求平面BDF 与平面1A A B 所成的二面角；（III ）求点A 到平面BDF 的距离.二、求直线与平面所成的角3，如图,在四棱锥P-ABCD 中，底面ABCD 是正方形，侧棱PA ⊥底面ABCD ，二面角P-BC-A 等于45°。

（Ⅰ）求P AA B的值（Ⅱ）求PD 与截面PAC 所成的角大小EF ADCD 1A 1C 1B 1BNB1AADBCC1D1 M2. 求二面角的大小4，如图，在正三棱柱A 1B 1C 1—ABC 中，D ，E 分别是棱BC 、1C C 的中点，12,A B A A == （Ⅰ）证明：1BE AB ⊥；（Ⅱ）求二面角1B A B D --的大小；（Ⅲ）求异面直线1A B 与BE 的距离。

5，在三棱锥S-ABC 中，△ABC 是边长为4的正三角形，平面SAC ⊥平面ABC ，SA=SC=23，M 、N 分别为AB 、SB 的中点。

（Ⅰ）证明：AC ⊥SB ；（Ⅱ）求二面角N-CM-B 的大小；（Ⅲ）求点B 到平面CMN 的距离。

专题二：求距离1、求点到平面的距离（推广到线面、面面之间的距离）6，如图，在三棱椎P-ABC 中，PA ⊥平面ABC ，90,B A C ∠=D ，E ，F 分别是棱AB 、BC 、CP 的中点，AB=AC=1，PA=2，（Ⅰ）求直线PA 与平面DEF 所成角的大小；（Ⅱ）求点P 到平面DEF 的距离。

立体几何——三面角专题

立体几何——三面角专题
介绍：
三面角是立体几何中的一个重要概念，指的是由三个平面所夹
成的角。

本文将深入探讨三面角的性质、分类以及应用。

一、性质
1. 定义：三面角是由三个平面所夹成的角，其中每个平面都与
其他两个平面有公共边。

2. 基准角：三面角中，如果其中一个平面与其他两个平面垂直，该角被称为垂角。

垂角是三面角的基准角，可用于计算其他边角关系。

3. 几何关系：三面角的边角关系包括内切、外切、共面和共棱等，这些关系对于探索三面角的性质和变形具有重要意义。

二、分类
1. 锐角三面角：三个平面所夹角度小于90度的三面角。

2. 钝角三面角：三个平面所夹角度大于90度的三面角。

3. 直角三面角：三个平面所夹角度等于90度的三面角。

4. 平面角：三个平面构成共面的三面角，其中两个平面呈锐角
或钝角，另一个平面为直角。

5. 空间角：三个平面构成共面的三面角，其中两个平面呈直角，另一个平面为锐角或钝角。

三、应用
1. 几何推理：三面角的性质可以用于解决几何推理题，例如证
明平行线、垂直关系和角度等。

2. 工程建模：三面角的概念在工程建模中有广泛应用，特别是
在三维计算机辅助设计(CAD)中。

3. 计算几何：三面角的计算方法和公式可用于求解其边长、面
积和体积等几何问题。

结论：
三面角在立体几何中占据重要地位，通过深入了解其性质、分
类和应用，我们可以更好地理解三维空间的几何关系，丰富我们的
几何学知识，并应用于实际问题的解决。