3.2.4二面角及其度量VIP免费

例：如图：直四棱柱ABCD-A1B1C1D1,底面ABCD是菱形，AD=AA1，∠DAB=600,F为棱AA1的中点。求：平面BFD1与平面ABCD所成的二面角的大小。A1D1C1B1ADCBFA1D1C1CB1BDAPF如图：延长D1F交DA的延长线于点P，连接PB，则直线PB就是平面BFD1与平面ABCD的交线。∵F是AA1的中点，∴可得A也是PD的中点，∴AP=AB,又∵∠DAB=600,且底面ABCD是菱形，∴可得正三角形ABD,故∠DBA=600,∵∠P=∠ABP=300,∴∠DBP=900,即PB⊥DB；又因为是直棱柱，∴DD1⊥PB,∴PB⊥面DD1B,故∠DBD1就是二面角D1-PB-D的平面角。显然BD=AD=DD1,∴∠DBD1=450。即为所求.解毕。解法一：A1D1C1B1FADCBPE解法二：如图：延长D1F交DA的延长线于点P，连接PB，则直线PB就是平面BFD1与平面ABCD的交线；因为是直棱柱，所以AA1⊥底面ABCD,过A做AE⊥PB,垂足为E,连接EF,由三垂线定理可知，EF⊥PB,∴∠AEF即为二面角D1-PB-D的平面角；同解法一可知，等腰△APB,∠P=300，Rt△APB中，可求得AE=1，（设四棱柱的棱长为2）又AF=1,∴∠AEF=450，即为所求。思考：这种解法同解法一有什么异同？解法三：法向量法：建系如图：设这个四棱柱各棱长均为2.则D(0，0，0）D1（0，0，2）B（1，，0）F（-1，，1）∴=（-2，0，1）=（1，，-2）显然，就是平面ABCD的法向量，再设平面BDD1的一个法向量为向量=(x0,y0,z0)。则⊥且⊥∴2x0+0y0-z0=0且x0+y0-2z0=0令x0=1可得z0=2,y0=,即=（1，，2）设所求二面角的平面角为θ，则COSθ==,所以所求二面角大小为450解毕A1D1C1B1ABCDxyz3333F11DDuDDu221DDBFBD1uuFBuBD1u33解法四：A1D1C1B1FCBDA如图：由题意可知，这是一个直四棱柱，△BFD1在底面上的射影三角形就是△ABD,故由射影面积关系可得COSθ=ＳABD／ＳBＦＤ1（θ是所求二面角的平面角）以下求面积略。点评：这种解法叫做“射影面积法”在选择和填空题中有时候用起来会很好二面角的几种主要常用的求法：1、垂面法。见例一和例二的解法一；2、三垂线法。见例二的解法二；3、射影面积法。见例二的解法三；4、法向量夹角法。见例二的解法四。其中垂面法和三垂线法也是直接找平面角的方法，也称为直接法；射影面积法和法向量法是没有找出平面角而求之的方法，也称之为间接法。2试一试：例2、如图：在三棱锥S-ABC中，SA⊥平面ABC，AB⊥BC,DE垂直平分SC,分别交AC、SC于D、E，且SA=AB=a,BC=a.求：平面BDE和平面BDC所成的二面角的大小。SAECBD请同学们将刚才的例一用其他方法试一下：分析：1、根据已知条件提供的数量关系通过计算证明有关线线垂直；2、利用已得的垂直关系找出二面角的平面角。解：如图：∵SA⊥平面ABC,∴SAAB⊥，SAAC⊥，SABD;⊥于是SB==a又BC=a，∴SB=BC;∵E为SC的中点，∴BESC⊥又DESC⊥故SC⊥平面BDE可得BDSC⊥又BDSA⊥∴BD⊥平面SAC∴∠CDE为平面BDE和平面BDC所成二面角的平面角。∵ABBC⊥，∴AC===a在直角三角形SAC中，tanSCA=∠=∴∠SCA=300，∴∠CDE=900--SCA=60∠0解毕。22ABSA2222BCAB222aa3ACSA33SECABD