利用空间向量求二面角的两种策略策略一:先作出二面角的的平面角,再利用向量的内积公式求解:设∠AOB是一二面角a-l-b的一个平面角,则向量OA与OB所成的角就是所求的二面角的大小
例1在正方体ABCD-A1B1C1D1中,求平面A1BD与平面C1BD所成二面角
解法一:如图1,设AC与BD交于O,连结A1O,C1O,因为A1D=A1B,所以A1O⊥BD,同理C1D⊥BD
∴∠A1OC1就是平面A1BD与平面C1BD所成二面角的平面角
设正方体棱长为1,则|AO|=,A1O=A1A+AO,∴|A1O|2=(A1A+AO)·(A1A+AO)=|A1A|2+2A1A·AO+|AO|2=1++2××cos90°=,∴|A1O|=,同理|C1O|=,又OA1·OC1=(OA+AA1)·(OC+CC1)=OA·OC+OA·CC1+AA1·OC+AA1·CC1=﹣+0+0+1=,∴cos===
故平面A1BD与平面C1BD所成二面角大小为arccos
解法二:设AC与BD交于E,连结A1E,C1E,因为A1D=A1B,所以A1E⊥BD,同理C1E⊥BD
∴∠A1EC1就是平面A1BD与平面C1BD所成二面角的平面角
建立如图2所示的空间直角坐标系D-xyz,设正方体的棱长为2,则A1(2,0,2),C1(0,2,2),E(1,1,0),∴EA1=(1,-1,2),EC1=(-1,1,2),∴EA1·EC1=1×(-1)+(-1)×1+2×2=2,|EA1|=|EC1|=,∴cos===
故平面A1BD与平面C1BD所成二面角大小为arccos
策略二:利用平面的法向量求解:设n1是平面a的法向量,n2是平面b的法向量
①若两个平面的二面角如图3所示的示意图,则n1与n2之间的夹角就是欲求的二面角;②若两个平面的二面角如图4所示的示意图,设n1与n2之间的夹角为θ
则两个平面的二面角为π﹣