不用空間向量法的情況下,立體幾何裡求一個角一般首先要把該角在圖中作出來。常見有三類角的問題:
1. 異面直線所成的角θ,0°<θ≤90°
作出這個角的方法是平移相交。
2. 直線與平面所成的角θ,0°≤θ≤90°
作出這個角的方法是過直線上一點做平面的垂線。
A∈α作或證AB⊥β于B,作BO⊥棱于O,連AO,則AO⊥棱l,
∴∠AOB為所求。
可以看到,作出直線與平面所成角或者二面角的平面角,其關鍵一步都是過平面外一點作平面的垂線,這也是難點。
為什麼過平面外一點作平面的垂線往往會有難度呢?
因為在幾何體内作垂線,是空間内而不是平面内的問題。要正确地作出垂線,首先要判斷垂線落在哪個平面内。
如下面這道題。第(2)問作直線B1C與平面BCP所成角時,就需要過B1作平面BCP的垂線。這條垂線該落在哪個平面内呢?
判斷過平面α外一點A作α的垂線l落在哪個平面内的依據是這樣的:
若點A在一個與平面α垂直的平面β内,則垂線l必落在平面β内。
所以例1中我們的方法就是在圖中找一個點B1所在的平面,且要與平面BPC垂直。有沒有現成的這樣一個平面呢?
有的,側面A1ABB1。
找到垂線落在哪個平面内之後,問題就成了平面内作垂線的問題了。
不過在例1中,還有一步要做,因為側面A1ABB1和平面BCP沒有現成的交線,所以要延展平面BCP與側面A1ABB1相交,設交線為l1。
隻要在側面A1ABB1内過點B1作l1的垂線,也即過點B1作出了平面BCP垂線。
設垂足為H,則直線B1C與平面BCP所成角為∠B1CH。
再來看一道求二面角的題目。
第(3)問裡,要過B1作平面C1BD1的垂線,首先發現B1所在的側面B1BCC1與平面C1BD1垂直,且交線為C1B,所以隻要在側面B1BCC1内作C1B的垂線即可。設垂足為H,則∠B1GH就是二面角C1-BD1-B1的平面角。
類似地,也可以過C1作平面B1BD1的垂線,該垂線應該落在哪個平面内呢?留給讀者去思考。
總結:若點A在一個與平面α垂直的平面β内,則垂線l必落在平面β内。所以過平面α外一點A作α的垂線l,關鍵是先找到一個包含點A的與α垂直的平面。
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