用补形法解立体几何题的常用策略.doc

用补形法解立体几何题的常用策略罗建中一、棱锥补成棱柱例1 一个四面体的所有棱长都为，四个顶点在同一球面上，则球的表面积为A. B. C. D. 分析：正四面体可看作是正方体经过切割而得到，因而构造一个棱长为1的正方体ABCD，则四面体就是棱长为的正四面体，而正方体的外接球就是四面体的外接球，又正方体的对角线长就是球的直径，易知对角线长度为，故球表面积。评注：对棱长全相等的正四面体通常把它补成正方体。若是相对棱长相等的四面体，则可考虑把它补成长方体。例2 如图1，在底面是直角梯形的四棱锥中，ABC=，SA面ABCD，SA=AB=BC=1，AD=。（1）求四棱锥的体积；（2）求面SCD与面SBA所成的二面角的正切值。解：（1）解答略。（2）以SA为棱，构造正方体AECB-SFGH，如图2，分别取棱SF、HG中点M、N，连结DM、MN、SN、ND，设ND与SC相交于O，连接MO。则有面MDN面SAB，且SM面MDN，所以所求的二面角等于二面角S-DN-M。在正方体AECB-SFGH中，NSD与NMD都是等腰三角形，所以SODN，MODN，所以SOM是二面角S-DN-M的平面角。又MOSB=，SM=，所以，故所求二面角的正切值是。评注：从一顶点出发的三条棱互相垂直的锥体通常可考虑把它补成长方体或正方体。二、三棱柱可补成四棱柱例3 已知斜三棱柱的侧面与平面ABC垂直，ABC=，BC=2，AC=，且，求点C到侧面的距离。解：把斜三棱柱ABC补成如图3所示的平行六面体，设所求的距离为d，则d也是平面与平面间距离，作于点D，作于点F，因为，所以，又ABC=，BC=2，所以，因侧面与底面ABC垂直，于点D，所以，又，知AB面，因而ABED，又ABC=，所以DEBC，D为AC中点，且，故，而。所以。评注：本例通过斜三棱柱补成四棱柱，从而达到把线面距离转化为面面距离，再通过等积变换达到简化解题之目的。三、棱台补成棱锥例4 如图4，三棱柱ABC中，若E、F分别为AB、AC的中点，平面将三棱柱分成体积为、的两部分，那么等于多少？解：延长到，到，到，且，则得三棱柱，且，延长、，则即有三棱锥。因为，所以，又。所以。故。评注：本题通过把棱台补成棱锥，以棱锥为辅助几何体，利用它与棱柱ABC及棱台的关系进行变换。四、补相同几何体例5 长方体中，AB=，AD=1，求异面直线与所成的角。解：如图5，补一个与原长方体全等的并与原长方体有公共面的长方体，连结BF，则为异面直线与所成的角，而，AD=1，。连结，在中，BF=，由余弦定理得，故与所成角为。评注：补相同几何体之目的在于平移相关直线。五、不规则几何体补成规则几何体例6 如图6，多面体的底面是边长为l的正方形，上面的棱平行于底面，其长为，其余棱均为l，求这个多面体的体积。解：如图7，作以为棱长的正四面体ABCD，连结AC、AD、BC、BD中点组成的四边形为正方形即为多面体的底面（因正四面体的对棱互相垂直），这个正方形所在平面把四面体分成两个全等的多面体，故。从上述各例可看出，几何体的补形要围绕着已知条件来