新版北师大版高三数学理复习学案:学案46 利用向量方法求空间角含答案

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1、 1 1学案46利用向量方法求空间角导学目标: 1.掌握各种空间角的定义,弄清它们各自的取值范围.2.掌握异面直线所成的角,二面角的平面角,直线与平面所成的角的联系和区别.3.体会求空间角中的转化思想、数形结合思想,熟练掌握平移方法、射影方法等.4.灵活地运用各种方法求空间角自主梳理1两条异面直线的夹角(1)定义:设a,b是两条异面直线,在直线a上任取一点作直线ab,则a与a的夹角叫做a与b的夹角(2)范围:两异面直线夹角的取值范围是_(3)向量求法:设直线a,b的方向向量为a,b,其夹角为,则有cos _.2直线与平面的夹角(1)定义:直线和平面的夹角,是指直线与它在这个平面内的射影的夹角(

2、2)范围:直线和平面夹角的取值范围是_(3)向量求法:设直线l的方向向量为a,平面的法向量为u,直线与平面所成的角为,a与u的夹角为,则有sin _或cos sin .3二面角(1)二面角的取值范围是_(2)二面角的向量求法:若AB、CD分别是二面角l的两个面内与棱l垂直的异面直线,则二面角的大小就是向量与的夹角(如图)设n1,n2分别是二面角l的两个面,的法向量,则向量n1与n2的夹角(或其补角)的大小就是二面角的平面角的大小(如图)自我检测1已知两平面的法向量分别为m(0,1,0),n(0,1,1),则两平面所成的二面角为()A45 B135C45或135 D902若直线l1,l2的方向向

3、量分别为a(2,4,4),b(6,9,6),则()Al1l2 Bl1l2Cl1与l2相交但不垂直 D以上均不正确3若直线l的方向向量与平面的法向量的夹角等于120,则直线l与平面所成的角等于()A120 B60C30 D以上均错4(20xx湛江月考)二面角的棱上有A、B两点,直线AC、BD分别在这个二面角的两个半平面内,且都垂直于AB.已知AB4,AC6,BD8,CD2,则该二面角的大小为()A150 B45 C60 D1205(20xx铁岭模拟)已知直线AB、CD是异面直线,ACCD,BDCD,且AB2,CD1,则异面直线AB与CD夹角的大小为()A30 B45 C60 D75探究点一利用向

4、量法求异面直线所成的角例1已知直三棱柱ABCA1B1C1,ACB90,CACBCC1,D为B1C1的中点,求异面直线BD和A1C所成角的余弦值变式迁移1如图所示,在棱长为a的正方体ABCDA1B1C1D1中,求异面直线BA1和AC所成的角探究点二利用向量法求直线与平面所成的角例2(20xx新乡月考)如图,已知两个正方形ABCD和DCEF不在同一平面内,M,N分别为AB,DF的中点若平面ABCD平面DCEF,求直线MN与平面DCEF所成角的正弦值变式迁移2如图所示,在几何体ABCDE中,ABC是等腰直角三角形,ABC90,BE和CD都垂直于平面ABC,且BEAB2,CD1,点F是AE的中点求AB

5、与平面BDF所成角的正弦值探究点三利用向量法求二面角例3如图,ABCD是直角梯形,BAD90,SA平面ABCD,SABCBA1,AD,求面SCD与面SBA所成角的余弦值大小变式迁移3(20xx沧州月考)如图,在三棱锥SABC中,侧面SAB与侧面SAC均为等边三角形,BAC90,O为BC中点(1)证明:SO平面ABC;(2)求二面角ASCB的余弦值探究点四向量法的综合应用例4如图所示,在三棱锥ABCD中,侧面ABD、ACD是全等的直角三角形,AD是公共的斜边,且AD,BDCD1,另一个侧面ABC是正三角形(1)求证:ADBC;(2)求二面角BACD的余弦值;(3)在线段AC上是否存在一点E,使E

6、D与面BCD成30角?若存在,确定点E的位置;若不存在,说明理由变式迁移4 (20xx山东)在如图所示的几何体中,四边形ABCD为平行四边形,ACB90,EA平面ABCD,EFAB,FGBC,EGAC,AB2EF.(1)若M是线段AD的中点,求证:GM平面ABFE; (2)若ACBC2AE,求二面角ABFC的大小1求两异面直线a、b的夹角,需求出它们的方向向量a,b的夹角,则cos |cosa,b|.2求直线l与平面所成的角.可先求出平面的法向量n与直线l的方向向量a的夹角则sin |cosn,a|.3求二面角l的大小,可先求出两个平面的法向量n1,n2所成的角则n1,n2或n1,n2(满分:

7、75分)一、选择题(每小题5分,共25分)1(20xx成都月考)在正方体ABCDA1B1C1D1中,M是AB的中点,则sin,的值等于()A. B.C. D.2长方体ABCDA1B1C1D1中,ABAA12,AD1,E为CC1的中点,则异面直线BC1与AE所成角的余弦值为()A. B. C. D.3已知正四棱锥SABCD的侧棱长与底面边长都相等,E是SB的中点,则AE、SD所成的角的余弦值为()A. B. C. D.4.如图所示,在长方体ABCDA1B1C1D1中,已知B1C,C1D与上底面A1B1C1D1所成的角分别为60和45,则异面直线B1C和C1D所成的余弦值为()A. B.C. D.

8、5(20xx兰州月考)P是二面角AB棱上的一点,分别在、平面上引射线PM、PN,如果BPMBPN45,MPN60,那么二面角AB的大小为()A60 B70 C80 D90二、填空题(每小题4分,共12分)6(20xx郑州模拟)已知正四棱锥PABCD的棱长都相等,侧棱PB、PD的中点分别为M、N,则截面AMN与底面ABCD所成的二面角的余弦值是_7如图,PA平面ABC,ACB90且PAACBCa,则异面直线PB与AC所成角的正切值等于_8如图,已知正三棱柱ABCA1B1C1的所有棱长都相等,D是A1C1的中点,则直线AD与平面B1DC所成角的正弦值为_三、解答题(共38分)9(12分)(20xx

9、烟台模拟)如图所示,AF、DE分别是O、O1的直径,AD与两圆所在的平面均垂直,AD8.BC是O的直径,ABAC6,OEAD.(1)求二面角BADF的大小;(2)求直线BD与EF所成的角的余弦值10(12分)(20xx大纲全国)如图,四棱锥SABCD中,ABCD,BCCD,侧面SAB为等边三角形,ABBC2,CDSD1.(1)证明:SD平面SAB;(2)求AB与平面SBC所成角的正弦值11(14分)(20xx湖北)如图,已知正三棱柱ABCA1B1C1各棱长都是4,E是BC的中点,动点F在侧棱CC1上,且不与点C重合(1)当CF1时,求证:EFA1C;(2)设二面角CAFE的大小为,求tan 的

10、最小值学案46利用向量方法求空间角自主梳理1(2)(3)|cos |2(2)(3)|cos |3.(1)0,自我检测1C2.B3.C4.C5.C课堂活动区例1解题导引(1)求异面直线所成的角,用向量法比较简单,若用基向量法求解,则必须选好空间的一组基向量,若用坐标求解,则一定要将每个点的坐标写正确(2)用异面直线方向向量求两异面直线夹角时,应注意异面直线所成角的范围是解如图所示,以C为原点,直线CA、CB、CC1分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系设CACBCC12,则A1(2,0,2),C(0,0,0),B(0,2,0),D(0,1,2),(0,1,2),(2,0,2),cos,.异面直

11、线BD与A1C所成角的余弦值为.变式迁移1解,()().ABBC,BB1AB,BB1BC,0,0,0,a2,a2.又|cos,cos,.,120.异面直线BA1与AC所成的角为60.例2解题导引在用向量法求直线OP与所成的角(O)时,一般有两种途径:一是直接求,其中OP为斜线OP在平面内的射影;二是通过求n,进而转化求解,其中n为平面的法向量解设正方形ABCD,DCEF的边长为2,以D为坐标原点,分别以射线DC,DF,DA为x,y,z轴正半轴建立空间直角坐标系如图则M(1,0,2),N(0,1,0),可得(1,1,2)又(0,0,2)为平面DCEF的法向量,可得cos,.所以MN与平面DCEF所成角的正弦值为|cos,|.变式迁移2解以点B为原点,BA、BC、BE所在的直线分别为x,y,z轴,建立如图

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