射影面积法求二面角

射影面积法求二面角

射影面积法（cos S S 射影原

q =

）

凡二面角的图形中含有可求原图形面积和该图形在另一个半平面上的射影图形面积的都

可利用射影面积公式（cos 斜

射S S

=θ）求出二面角的

大小。

例1、 如图,在底面是一直角梯形的四棱锥S-ABCD 中， AD ∥BC,∠ABC=90°，SA ⊥平面ABC ，SA=AB=BC=1，

AD=21

.求面SCD 与面SAB 所成的角的大小。

解法1：可用射影面积法来求， 这里只要求出S △SCD 与S △SAB 即可， 故所求的二面角θ应满足cos θ=

=

1

11212322

⨯⨯⨯⨯=

6

。 例2．（2008北京理）如图，在三棱锥P ABC -中，

2

AC BC ==，90ACB ∠=o

，

AP BP AB

==，PC AC ⊥．

（Ⅰ）求证：PC AB ⊥；

（Ⅱ）求二面角B AP C --的大小；

图S

D

C

B A

解：（Ⅰ）证略

（Ⅱ）AC BC =Q ，AP BP =，APC BPC ∴△≌△． 又PC AC ⊥，PC BC ∴⊥． 又90ACB ∠=o

，即AC BC ⊥，且AC PC C

=I

， BC ∴⊥

平面PAC ． 取AP 中点E ．连结BE CE ，．

AB BP =Q ，BE AP ∴⊥． EC

Q 是BE 在平面PAC 内的射影，

CE AP

∴⊥．

∴△ACE 是△ABE 在平面ACP 内的射影， 于是可求得：

2

222=+===CB AC AP BP AB ，

A

C

B

E

P

A

C

B P

622=-=AE AB BE ，2

==EC AE 则

1222

121=•=•=

=∆CE AE S S ACE 射， 3622

121=•=•=

=∆EB AE S S ABE 原

设二面角B AP C --的大小为ϑ，则3

33

1cos =

=

=原

射S S

ϑ

∴二面角B AP C --的大小为3

3arccos =ϑ

练习1： 如图5，E 为正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的

棱CC 1的中点，求平面AB 1E 和底面A 1B 1C 1D 1所成

锐角的余弦值.

（答案：所求二面角的余弦值为cos θ=32）.

A 1

D 1 B 1 1

E D B C

A 图5

2. 如图一，在四棱锥P ABCD

-中，底面ABCD是

矩形，PA⊥平面ABCD，2

BC=,E F，分

==,22

AP AB

别是AD PC

，的中点.

(1)证明：PC⊥平面BEF；（2）求平面BEF

与平面BAP夹角的大小.

题（1）解略；题（2）中平面BEF与平面BAP夹角即为平面BEF与平面BAP所成的锐二面角.

方法一：垂面法

在图中找到或作出一个与二面角的两个半平面均垂直的平面，此平面截得的图形便是二面角的平面角.

如图一：PA⊥

∴⊥.

Q平面ABCD，BC⊂平面ABCD,PA BC

又,

Q I,BC

BC AB AB PA A

⊥=

∴⊥平面BAP.

又BC⊂

Q平面PBC,∴平面PBC⊥平面BAP.

由题（1），PC⊥平面BEF，PC⊂平面BEF，∴平面PBC⊥平面BEF.

所以PBF ∠是所求二面角的平面角.

222221122,22

PB PA AB PF PC AB BC PA =+==

=++Q ,

2sin ,.24

PF PBF PBF PB π

∴∠=

=∠=

即平面BEF 与平面BAP 夹角为4π. 方法二：平移平面法

如果两平行平面同时与第三个平面相交，那么这两个平行平面与第三个平面所成的二面角相等或互补.利用此结论可以平移某一平面到合适的位置以便作出二面角的平面角.

如图二：取BC 的中点G ，连接,FG EG .

,E F

Q 分别是,AD PC 的中点，,EG AB FG PB ∴P P .

又,FG EG G AB PB B

==Q I

I ,

∴平面EFG P 平面BAP .

∴

二面角B EF G --的大小就是平面BEF 与平面

BAP

夹角的大小.

可以证明BFG ∠为二面角B EF G --的平面角，并

求出其大小为4

π. 方法三：射影法 利用公式

'cos S S

θ=

，其中S 表示二面角的一个半

平面内某个多边形的面积，'

S 表示此多边形在另

一个半平面射影的面积，θ表示原图形与射影图形所成的二面角.

如图三：取PB 的中点H ，连接,FH AH ,

Q F

为PC 中点, ,FH BC AE BC ∴P P . 由解法一知，BC ⊥平面BAP ,

FH ∴⊥

平面BAP ，AE ⊥平面BAP , ∴

点F 、E 在平面BAP 内的射影分别为H 、A .

BEF

∴∆在平面BAP 上的射影为BAH ∆.

可以证明BEF ∆和BAH ∆均为直角三角形.

1

,,2

HF BC AE BC HF BC BC ==Q P P , ∴

四边形HFEA 为平行四边形，EF AE ∴=.

记平面

BEF

与平面

BAP

夹角为

θ

，则

2

cos 2

BAH BEF S S θ∆∆=

=,

所以4πθ=，即平面BEF 与平面BAP 夹角为4

π.

3.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。