2017_18学年高中数学第三章空间向量与立体几何3.2.3空间的角的计算学案苏教版选修.docx

3.2.3空间的角的计算学习目标1.理解直线与平面所成角、二面角的概念.2.掌握向量法解决空间角的计算问题.3.体会空间向量解决立体几何问题的三步曲.知识点一空间角的计算(向量法)思考1设a，b分别是空间两条直线l1，l2的方向向量，则l1与l2的夹角大小一定为a，b吗？思考2若二面角l的两个半平面的法向量分别为n1，n2，则二面角的平面角与两法向量的夹角n1，n2一定相等吗？梳理空间三种角的向量求法角的分类向量求法范围异面直线所成的角设两异面直线所成的角为，它们的方向向量为a，b，则cos _.直线与平面所成的角设直线l与平面所成的角为，l的方向向量为e，平面的法向量为n，则sin _.二面角设二面角l为，平面，的法向量分别为n1，n2，则|cos |_.知识点二向量法求线面角、二面角的原理1.向量法求直线与平面所成角的原理条件直线l(方向向量为e)与平面(法向量为n)所成的角为图形关系e，n0，e，ne，n，e，n计算sin |cose，n|2.向量法求二面角的原理条件平面，的法向量分别为n1，n2，所构成的二面角的大小为，n1，n2图形关系计算cos cos cos cos 类型一求两条异面直线所成的角例1如图，在三棱柱OAB-O1A1B1中，平面OBB1O1平面OAB，O1OB60，AOB90，且OBOO12，OA，求异面直线A1B与AO1所成角的余弦值的大小.反思与感悟在解决立体几何中两异面直线所成角问题时，若能构建空间直角坐标系，则建立空间直角坐标系，利用向量法求解.但应用向量法时一定要注意向量所成角与异面直线所成角的区别.跟踪训练1已知正方体ABCD-A1B1C1D1中，E、F分别是A1D1、A1C1的中点，求异面直线AE与CF所成角的余弦值.类型二求直线和平面所成的角例2已知正三棱柱ABC-A1B1C1的底面边长为a，侧棱长为a，求AC1与侧面ABB1A1所成的角.反思与感悟用向量法求线面角的一般步骤是先利用图形的几何特征建立适当的空间直角坐标系，再用向量的有关知识求解线面角.方法二给出了用向量法求线面角的常用方法，即先求平面法向量与斜线的夹角，再进行换算.跟踪训练2如图所示，已知直角梯形ABCD，其中ABBC2AD，AS平面ABCD，ADBC，ABBC，且ASAB.求直线SC与底面ABCD的夹角的余弦值.类型三求二面角例3在底面为平行四边形的四棱锥P-ABCD中，ABAC，PA平面ABCD，且PAAB，E是PD的中点，求平面EAC与平面ABCD的夹角.反思与感悟(1)当空间直角坐标系容易建立(有特殊的位置关系)时，用向量法求解二面角无需作出二面角的平面角.只需求出平面的法向量，经过简单的运算即可求出，有时不易判断两法向量的夹角的大小就是二面角的大小(相等或互补)，但我们可以根据图形观察得到结论，因为二面角是钝二面角还是锐二面角一般是明显的.(2)注意法向量的方向：一进一出，二面角等于法向量夹角；同进同出，二面角等于法向量夹角的补角.跟踪训练3若PA平面ABC，ACBC，PAAC1，BC，求锐二面角APBC的余弦值.1.在一个二面角的两个半平面内，与二面角的棱垂直的两个向量分别为(0，1,3)，(2,2,4)，则这个二面角的余弦值为_.2.已知a、b是异面直线，A、Ba，C、Db，ACb，BDb，且AB2，CD1，则a与b所成的角是_.3.已知在正四棱柱ABCDA1B1C1D1中，AA12AB，则CD与平面BDC1所成角的正弦值是_.4.如图，在四棱锥SABCD中，SA平面ABCD，底面ABCD为直角梯形，ADBC，BAD90，且AB4，SA3，E、F分别为线段BC、SB上的一点(端点除外)，满足，则当实数的值为_时，AFE为直角.5.在矩形ABCD中，AB1，BC，PA平面ABCD，PA1，则PC与平面ABCD所成的角是_.向量法求角(1)两条异面直线所成的角可以借助这两条直线的方向向量的夹角求得，即cos |cos |.(2)直线与平面所成的角可以通过直线的方向向量与平面的法向量的夹角求得，即sin |cos |或cos sin .(3)二面角的大小可以通过该二面角的两个面的法向量的夹角求得，它等于两个法向量的夹角或其补角.答案精析问题导学知识点一思考1不一定.若l1，l2的方向向量的夹角为0，内的角时，l1与l2的夹角为a，b，否则为a，b.思考2不一定.可能相等，也可能互补.梳理|cosa，b|(0，|cose，n|0，|cosn1，n2|0，题型探究例1解建立如图所示的空间直角坐标系，则O(0,0,0)，O1(0,1，)，A(，0,0)，A1(，1，)，B(0,2,0)，(，1，)，(，1，).|cos，|.异面直线A1B与AO1所成角的余弦值为.跟踪训练1例2解建立如图所示的空间直角坐标系，则A(0,0,0)，B(0，a,0)，A1(0,0，a)，C1，(0，a,0)，(0,0，a)，.设侧面ABB1A1的法向量为n(，y，z)，n0且n0，ay0且az0.yz0.故n(，0,0).，cos，n，|cos，n|.又直线与平面所成的角在0，90范围内，AC1与侧面ABB1A1所成的角为30.跟踪训练2解由题设条件知，以点A为坐标原点，分别以AD，AB，AS所在直线为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系(如图所示). 设AB1，则A(0,0,0)，B(0,1,0)，C(1,1,0)，D，S(0,0,1)，(0,0,1)，(1，1,1).显然是底面ABCD的法向量，它与已知向量的夹角90，故有sin cos ，0，90，cos .例3解如图，以A为原点，分别以AC，AB，AP所在直线为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系.设PAABa，ACb，连结BD与AC交于点O，取AD中点F，则C(b,0,0)，B(0，a,0)，.D(b，a,0)，P(0,0，a)，E，O，(b,0,0).0，又，0.EOF等于平面EAC与平面ABCD的夹角(或补角).cos，.又，OF0，180，平面EAC与平面ABCD的夹角为45.跟踪训练3解如图所示建立空间直角坐标系，则 A(0,0,0)，B(，1,0)，C(0，1,0)，P(0,0,1)，故(0,0,1)，(，1,0)，(，0,0)，(0，1,1)，设平面PAB的法向量为m(x，y，z)，则令x1，则y，故m(1，0).设平面PBC的法向量为n(x，y，z)，则令y1，则z1，故n(0，1，1)，cosm，n.又二面角APBC是锐二面角，二面角APBC的余弦值为.当堂训练1.2.603.4