全解高考立体几何题

 

全 解 高 考 立 体 几 何 体

陕西定边县第三中学白治清

从一点发出的不在同一平面内的三条射线,形成三种空间角(即“线线角”,“面面角”与“线面角” ),这三种空间角之间的关系问题,是立体几何的一个基本问题,在立体几何的计算、证明中有着十分广泛的应用,本文将探讨这三种空间角之间的关系.

一、由“线线角”求“面面角”

定理1OA、OB、OC是不在同一平面内的三条射线,如果∠BOC=? 1,∠COA=? 2,∠AOB=? 3,二面角C-OA-B,A-OB-C与B-OC-A的平面角分别等于β1、β2 、β3 ,那么 cosβ1=cos?1?cos?2cos?3①sin?2sin?3

cos?2?cos?3cos?1 ② sin?3sin?1

cos?3?cos?1cos?2③ sin?1sin?2cosβ2=cosβ3=

证明:先证明①,分5种情况:

(1) ? 2与?3 ,均为锐角.

如图1,在OA上取一点P,使OP=1,在平面AOB内,

作PM⊥OA,交OB于M,在平面AOC内,作PN⊥OA,交OC于N,

连结MN,∠NPM=β1.

PN=tg?2,PM= tg?3,ON=sec?2,OM=sec?3,在△PMN

与△OMN中应用余弦定理,得

MN2=tg2?2确+tg2?3-2tg?3tg?2 cosβ1

=sec2?2+ sec2? 3-2sec?2sec?3cos?1.

用?1、?2、?3 ,得的三角函数表示cosβ1

cosβ1=cos?1?cos?2cos?3 sin?2sin?3

(2)?2与?3中有一个锐角,一个钝角.

如图2,不妨设?3为锐角,? 2为钝角,作OC的反向延长线OD.因为二面角D-OA-B与C-OA-B“互补”,所以D-OA-B的平面角等于???1.

∠BOD=???1,?AOD????2.对于射线OA、OB、OD应用①,得 cos(???1)=cos(???1)?cos(???2)cos?3, sin(???2)sin?3

即cos?1?

cos?1?cos?2cos?3. sin?2sin?31

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