考点30:异面直线所成的角【考纲要求】1.能用向量方法解决直线与直线、直线与平面、平面与平面的夹角的计算问题.2.了解向量方法在研究立体几何问题中的应用.【命题规律】异面直线的知识是高考的热点问题,选择、填空、解答题都有可能进行考查.预计2018年的高考对本知识的考查空间向量的应用,仍然是以简单几何体为载体解决线线问题.【典型高考试题变式】(一)空间直线与直线夹角的问题例1.【2017全国3卷(理)】,为空间中两条互相垂直的直线,等腰直角三角形的直角边所在直线与,都垂直,斜边以直线为旋转轴旋转,有下列结论:①当直线与成角时,与成角;②当直线与成角时,与成角;③直线与所称角的最小值为;④直线与所称角的最小值为;其中正确的是________.(填写所有正确结论的编号)【答案】②③【解析】由题意知,,,三条直线两两相互垂直,画出图形如图.不妨设图中所示正方体边长为1,故,,边以直线为旋转轴旋转,则点保持不变,点的运动轨迹是以为圆心,1为半径的圆.以为坐标原点,以为轴正方向,为轴正方向,为轴正方向建立空间直角坐标系.则,,直线的方向单位向量,.点起始坐标为,直线的方向单位向量,.设点在运动过程中的坐标,其中为与的夹角,.那么在运动过程中的向量,.当与夹角为时,即,.因为,所以.所以.因为.所以,此时与夹角为.所以②正确,①错误.故填②③.【方法技巧归纳】求空间两条直线的夹角,可以先考察两条直线是否异面垂直,若垂直,则化为线面垂直问题或用平移法转化为共面垂直,结合勾股定理加以证明.一般情形,可通过平移后通过解斜三角形求两条异面直线所成的角.【变式1】【改编例题中条件,求两直线的夹角】【2016浙江(文)】如图,已知平面四边形ABCD,AB=BC=3,CD=1,AD=,∠ADC=90°.沿直线AC将ACD翻折成ACD',直线AC与BD'所成角的余弦的最大值是______.【答案】【解析】试题分析:如图,连接BD′,设直线与所成的角为.是的中点.由已知得,以为轴,为轴,过与平面垂直的直线为轴,建立空间直角坐标系,则,,.作于,连接D′H翻折过程中,始终与垂直,则,则,,因此(设∠DHD′=α),则,与平行的单位向量为,HD'DCBAzyxO所以=,所以时,取得最大值,为.【变式二】【改编例题中结论,求解动态问题】【2017浙江嵊州市二模】在四棱柱中,平面,底面是边长为的正方形,侧棱的长为,为侧棱上的动点(包括端点),则()A.对任意的,,存在点,使得B.当且仅当时,存在点,使得C.当且仅当时,存在点,使得D.当且仅当时,存在点,使得【答案】C(二)异面直线的夹角例2.【2017全国2卷(理)】已知直三棱柱中,,,,则异面直线与所成角的余弦值为().A.B.C.D.【答案】C【解析】,,分别为,,中点,则,夹角为和夹角或其补角(异面线所成角为),可知,,作中点,则可知为直角三角形.,中,,则,则中,,则中,.又异面线所成角为,则余弦值为.故选C.【方法技巧归纳】1.利用向量法求异面直线所成角的步骤2.注意向量法求异面直线所成角与向量夹角的区别,尤其是取值范围.【变式1】【改编题目条件和结论,利用向量法求解】【2017届东北师大附中、哈尔滨师大附中、辽宁省实验中学四模】已知正四棱锥中,分别是的中点,则异面直线与所成角的余弦值为()A.B.C.D.【答案】C【解析】建立如图所示空间直角坐标系,可知.则,则.故本题答案选C.【变式2】【改编题目条件和结论,利用普通方法求解】【2018届河北省邢台市高三上学期第二次月考】如图,在四棱锥中,平面,为线段的中点,底面为菱形,若,,则异面直线与所成角的正弦值为()A.B.C.D.【答案】B【解析】如图,平面从而,又所以故,故选B.【数学思想】1.转化与化归的思想方法是数学中最基本的思想方法,数学中一切问题的解决(当然包括解题)都离不开转化与化归,数形结合思想体现了数与形的相互转化;函数与方程思想体现了函数、方程、不等式间的相互转化;分类讨论思想体现了局部与整体的相互转化,以上三种思想方法都是转化与化归思想的具体体现。各种变换方法、分析法、反证法、待定系数法、构造法等都是转化的手段。所以说,转化与化归是数学思想方法的...