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文档简介

异面直线所成的角1.(2024·山东潍坊检测)已知三棱锥P-ABC中,PA⊥平面ABC,AB=2,AC=2,BC=2eq\r(2),PA=3,D为PB的中点,则异面直线AD与PC所成角的余弦值为(D)A.eq\f(2\r(15),15) B.eq\f(5\r(3),12)C.eq\f(5,14) D.eq\f(9,13)[解析]如图所示,由AB=2,AC=2,BC=2eq\r(2),则有AB2+AC2=BC2,所以AB⊥AC,解法一(平移法):取BC的中点E,连接AE,DE,则DE∥PC,∠ADE或其补角即为异面直线AD与PC所成的角.E为BC的中点,则AE=eq\r(2),PA⊥平面ABC,Rt△PAC中,PC=eq\r(PA2+AC2)=eq\r(9+4)=eq\r(13),∴DE=eq\f(1,2)PC=eq\f(\r(13),2),Rt△PAB中,PB=eq\r(PA2+AB2)=eq\r(9+4)=eq\r(13),∴DA=eq\f(\r(13),2),在△ADE中,根据余弦定理可得cos∠ADE=eq\f(AD2+DE2-AE2,2AD×DE)=eq\f(\f(13,4)+\f(13,4)-2,2×\f(13,4))=eq\f(9,13).所以异面直线AD与PC所成角的余弦值为eq\f(9,13).故选D.解法二(向量法):由PA⊥平面ABC可知PA⊥AB、PA⊥AC,如图建立空间直角坐标系,则B(2,0,0),C(0,2,0),A(0,0,0),P(0,0,3),∴Deq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,0,\f(3,2))),从而eq\o(AD,\s\up6(→))=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,0,\f(3,2))),eq\o(PC,\s\up6(→))=(0,2,-3),记AD与PC所成角为θ,则cosθ=eq\f(|\o(AD,\s\up6(→))·\o(PC,\s\up6(→))|,|\o(AD,\s\up6(→))||\o(PC,\s\up6(→))|)=eq\f(\f(9,2),\r(13)×\f(\r(13),2))=eq\f(9,13).故选D.2.(2024·湖北部分学校联考、黑龙江大庆质检)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥BC,AB=BC=AA1,D,E分别为AC,BC的中点,则异面直线C1D与B1E所成角的余弦值为(D)A.eq\f(\r(3),3) B.eq\f(\r(5),5)C.eq\f(\r(10),10) D.eq\f(\r(30),10)[解析]解法一:设AB=2,取A1B1的中点F,连接C1F,DF,则DF∥B1E,∠C1DF为异面直线C1D与B1E所成的角或补角.易求DF=B1E=eq\r(5),C1F=eq\r(5),C1D=eq\r(6),所以cos∠C1DF=eq\f(\f(1,2)C1D,DF)=eq\f(\f(\r(6),2),\r(5))=eq\f(\r(30),10).解法二:由题意知AB、BC、BB1两两垂直.如图建立空间直角坐标系,设AB=BC=AA1=2,则eq\o(DC1,\s\up6(→))=(-1,1,2),eq\o(EB1,\s\up6(→))=(0,-1,2),记C1D与B1E所成角为θ,则cosθ=eq\f(|\o(DC1,\s\up6(→))·\o(EB1,\s\up6(→))|,|\o(DC1,\s\up6(→))|·|\o(EB1,\s\up6(→))|)=eq\f(3,\r(6)×\r(5))=eq\f(\r(30),10).故选D.3.若两条异面直线a、b所成角为60°,则过空间一点O与两异面直线a、b所成角都为60°的直线有3条.[解析]如图,过O分别作a′∥a,b′∥b,则a′,b′所成角为60°,如图易知过O与a′、b′所成角都为60°的直线有3条,即与a,b所成角都为60°的直线有3条.[引申]本例3中与异面直线a、b所成角都为75°的直线有4条.注:与异面直线所成角都为θ,则(1)0<θ<eq\f(π,6)时,0条;(2)θ=eq\f(π,6)时,1条;(3)eq\f(π,6)<θ<eq\f(π,3)时,2条;(4)θ=eq\f(π,3)时,3条;(5)eq\f(π,3)<θ<eq\f(π,2)时,4条;(6)θ=eq\f(π,2)时,1条.名师点拨:求异面直线所成角的方法1.定义法定义法求异面直线所成角的步骤(1)找或作:在图中找或平移异面直线中的一条或两条构造异面直线所成的角.(2)证:说明所作的角是异面直线所成的角.(3)算:寻找或作出含有此角的三角形并解之.(4)取舍:因为异面直线所成角θ的取值范围是0°<θ≤90°,所以所作的角为钝角时,应取它的补角作为异面直线所成的角.2.向量法向量法又分为坐标法和基本向量法,利用公式|cosθ|=eq\f(|m·n|,|m||n|)求出异面直线的方向向量的夹角.若向量夹角是锐角或直角,则该角即为异面直线所成角;若向量夹角是钝角,则异面直线所成的角为该角的补角.【变式训练】1.(2022·重庆育才中学诊断)如图所示,已知空间四边形ABCD,AC与BD所成角为60°,且AC=BD=2,E、F分别为BC、AD的中点,则EF=(C)A.1 B.eq\r(3)C.1或eq\r(3) D.2或eq\r(3)[解析]取CD的中点H,连接EH、HF,由题意知EH綉eq\f(1,2)BD=1,HF綉eq\f(1,2)AC=1,∴∠EHF为AC,BD所成的角或其补角.∴∠EHF=60°或120°.当∠EHF=60°时,EF=1;当∠EHF=120°时,EF=eq\r(3).故选C.2.《几何原本》是古希腊数学家欧几里得的一部不朽之作,其第十一卷中称轴截面为等腰直角三角形的圆锥为直角圆锥,如图所示,在直角圆锥P-ABC中,AB为底面圆的直径,C为弧AB的中点,则异面直线PA与BC所成角的大小为(C)A.30° B.45°C.60° D.90°[解析]解法一:如图,设底面的圆心为O,分别取AC,PC的中点D,E,连接PO,CO,OD,OE,DE,则DE綉eq\f(1,2)PA,OD綉eq\f(1,2)BC,所以∠EDO为异面直线PA与BC所成的角,因为△APB、△ABC、△POC,都是等腰直角三角形,∴PA=PC=BC,从而DE=OE=OD,所以△DOE是正三角形,故∠EDO=60°,即异面直线PA与BC所成的角为60°.故选C.解法二:设AB的中点为O.由题意可知OC、OB、OP两两垂直,如图建立空间直角坐标系,设OC=a,则eq\o(PA,\s\up6(→))=(0,-a,-a),eq\o(BC,\s\up6(→))

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