法向量求二面角-空間向量電子教案

法向量求二面角-空間向量1、利用平面法向量求直線與平面所成的角：直線與平面所成的角等于平面的法向量所在的直線與已知直線的夾角的余角。（二）平面法向量的應(yīng)用如圖：直線AB與平面所成的角=(=<BA,n>)2ABCn例2、利用平面法向量求二面角的大小求二面角的大小，先求出兩個(gè)半平面的法向量的夾角，然后根據(jù)二面角與其大小相等或互補(bǔ)求出二面角的大小mn如圖：二面角的大小等于-<m,n>2、利用平面法向量求二面角的大小如圖：二面角的大小等于<m,n>mn指入、指出平面的法向量的夾角的大小就是二面角的大小。

例1：如圖，正方體ABCD-A1B1C1D1中，E，F(xiàn)，M，N分別是A1B1，BC，C1D1，B1C1的中點(diǎn)，求二面角M-EF-N的大小AD1C1B1A1NMFEDCB(2)AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（1）建系如圖所示，設(shè)正方體棱長(zhǎng)為2,則M（0，1，2）F（1，2，0）E（2，1，2）N（1，2，2）則MF=（1,1，-2）NF=（0，0，-2）EF=（-1，1，-2），設(shè)平面ENF的法向量為n=(x,y,z),EFn=0NFn=0{-x+y-2z=0-2z=0則{{x=yz=0令x=y=1,則n=(1,1,0)2AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（2）建系如圖，由（1）得：面ENF的法向量為n=（1，1，0），又MF=（1，1，-2）EF=（-1，1，-2）設(shè)面EMF的法向量為m=（x,y,z)，則{MF.m=0EFm=0{x+y-2z=0-x+y-2z=0{x=0y=2z令z=1,則m=(0,2,1)

cos<m,n>=10/5由題意可知，所求二面角為銳角，故所求二面角的大小為arccos(10/5)（2）如圖，在空間直角坐標(biāo)系中，BC=2，原點(diǎn)O為BC的中點(diǎn)，點(diǎn)A的坐標(biāo)是（1，1，0）點(diǎn)D在平面yoz上，且BDC=90o，DCB=30o,求二面角D-BA-C的大小AOzyxDCB(0,-1,0)(1,1,0)(0,1,0)E30o(0,-1/2,3/2)解：由題可知B（0，-1，0），C（0，1，0），又A（1，1，0），得AC=1，AB=5，又BC=2，ACB=90o，又BCD=30o，BDC=90o，故BD=1，CD=3，由D點(diǎn)向BC作垂線DE，則DE=3/2，OE=1/2，得D（0，-1/2，3/2），E（0，-1/2，0），ED=(0,0,3/2),BA=(1,2,0),BD=(0,1/2,3/2),面ABC的法向量為ED，可求得面ABD的法向量為n=(23,-3,1)cos<ED,n>=1/4<ED,n>=arccos(1/4)二面角D-BA-C的大小為arccos(1/4)例例２．在四面體ABCD中，AB⊥面BCD，BC=CD，∠BCD＝，∠ADB=．E、F分別是AＣ、AD的中點(diǎn)。１）求證平面BEF⊥平面ABC；２）求二面角ＥＦ－Ｂ－ＣＤ的大小。

ＥＤＡＣＢＦxzy1.如圖,正廣州一模2.(廣州二模）如圖，D,E,F分別是AB,BC,CP的中點(diǎn)，AB=AC=1,PA=2.(1)求直線PA和平面DEF所成的角的大??；(2)求點(diǎn)P到平面DEF的距離。CBPAFED小結(jié)：1、本節(jié)主要復(fù)習(xí)了法向量在求線面角和二面角方面的應(yīng)用，注意所求角與法向量的聯(lián)系，掌握基本的思想方法。2、立體幾何問題求解的思想方法的發(fā)展趨勢(shì)用代數(shù)的方法解決立體幾何問題是立體幾何的發(fā)展趨勢(shì)，而向量是用代數(shù)的方法解決立體幾何問題的主要工具，故，學(xué)會(huì)用向量法解立體幾何問題是學(xué)好立體幾何的基礎(chǔ)。3、利用法向量求點(diǎn)到平面的距離AB如圖：點(diǎn)A到平面的距離d=|BA||cos<BA,n>|dA1n例2：已知棱長(zhǎng)為1的正方體ABCD-A1B1C1D1，E，F(xiàn)分別是B1C1和C1D1的中點(diǎn)，求點(diǎn)A1到平面BDEF的距離。FED1C1B1A1DCBAFED1C1B1A1DCBA4、利用法向量證明面面垂直問題mn證明面面垂直可轉(zhuǎn)化為證明它們的法向量垂直例3：如圖，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，AB=AA1/3=a，E、F分別是BB1、CC1上的點(diǎn)，且BE=a，CF=2a。求證:面AEF面ACF。AFEC1B1A1CBxzyAFEC1B1A1CBzy不防設(shè)a=2，則A（0，0，0），B（3，1，0），C（0，2，0），E（3，1，2），F(xiàn)（0，2，4），AE=（3，1，2）AF=（0，2，4），因?yàn)椋瑇軸面ACF，所以可取面ACF的法向量為m=（1，0，0），設(shè)n=（x,y,z)是面AEF的法向量，則x{nAE=3x+y+2z=0nAF=2y+4z=0