輔助線該如何添加?有口訣:“有了中點配中點,兩點相連中位線;等腰三角形出現,頂底中點相連線;有了垂面作垂線,水到渠成理當然。”
例1、如圖1,在二面角
中,
ABCD是矩形,
且
,M、N依次是AB、PC的中點。
證明:MN是異面直線AB和PC的公垂線。
分析:要證明此題,必須添加适當的輔助線。根據題設條件中的N點是PC的中點,則可考慮利用“有了中點配中點,兩點相連中位線”的輔助線的做法。
證明:選取PD的中點Q,連接QN、QA,則QN是△PDC的中位線,且
因為ABCD是矩形,M是AB的中點,所以AM∥DC,且
,所以
,所以四邊形AMNQ為平行四邊形,所以AQ∥MN。由
易證AB⊥平面PAD,CD⊥平面PAD,所以AB⊥AQ,所以AB⊥MN,所以AQ⊥PD。又CD⊥AQ,所以AQ⊥平面PCD,即AQ⊥平面
,所以AQ⊥PC,故而,MN⊥PC,所以MN是異面直線AB和PC的公垂線。
例2、如圖2,在三棱錐A-BCD中,若∠BAC=∠CAD=∠DAB=60°,AC=AD,求證:AB⊥CD。
分析:題設條件中出現了“AC=AD”,即△ACD為等腰三角形,則可考慮利用“等腰三角形出現,作底邊的中點”來添加輔助線。
證明:取DC中點E,連接AE、BE。
則AE⊥CD易證△BAC≌△BAD,所以BC=BD,所以BE⊥CD,所以CD⊥平面BAE,所以CD⊥AB。
例3、如圖3,底面是等腰直角三角形的直棱柱
D是
的中點。(1)求證:平面
⊥平面
;(2)求二面角
的大小。
分析:(1)要證明平面⊥平面,則應轉化為線面垂直,即在其中一個平面内找一條直線垂直于另一個平面。注意到題設中直棱柱的底面是等腰三角形,因而可考慮利用“等腰三角形出現,作底邊的中點”來添加适當的輔助線。(2)要求二面角的大小,應考慮作出二面角的平面角,要作二面角的平面角,注意到(1)所證結果中出現了兩平面垂直,所以可考慮利用“有了垂面作垂線,然後利用三垂線”的作輔助線的辦法,作出其中一個平面的垂線以後,利用三垂線定理來作二面角的平面角(本題請同學們結合圖中已添加的輔助線自己完成,第2小題的答案是二面角的大小為
。)
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