不用空间向量法的情况下,立体几何里求一个角一般首先要把该角在图中作出来。常见有三类角的问题:
1. 异面直线所成的角θ,0°<θ≤90°
作出这个角的方法是平移相交。
2. 直线与平面所成的角θ,0°≤θ≤90°
作出这个角的方法是过直线上一点做平面的垂线。
A∈α作或证AB⊥β于B,作BO⊥棱于O,连AO,则AO⊥棱l,
∴∠AOB为所求。
可以看到,作出直线与平面所成角或者二面角的平面角,其关键一步都是过平面外一点作平面的垂线,这也是难点。
为什么过平面外一点作平面的垂线往往会有难度呢?
因为在几何体内作垂线,是空间内而不是平面内的问题。要正确地作出垂线,首先要判断垂线落在哪个平面内。
如下面这道题。第(2)问作直线B1C与平面BCP所成角时,就需要过B1作平面BCP的垂线。这条垂线该落在哪个平面内呢?
判断过平面α外一点A作α的垂线l落在哪个平面内的依据是这样的:
若点A在一个与平面α垂直的平面β内,则垂线l必落在平面β内。
所以例1中我们的方法就是在图中找一个点B1所在的平面,且要与平面BPC垂直。有没有现成的这样一个平面呢?
有的,侧面A1ABB1。
找到垂线落在哪个平面内之后,问题就成了平面内作垂线的问题了。
不过在例1中,还有一步要做,因为侧面A1ABB1和平面BCP没有现成的交线,所以要延展平面BCP与侧面A1ABB1相交,设交线为l1。
只要在侧面A1ABB1内过点B1作l1的垂线,也即过点B1作出了平面BCP垂线。
设垂足为H,则直线B1C与平面BCP所成角为∠B1CH。
再来看一道求二面角的题目。
第(3)问里,要过B1作平面C1BD1的垂线,首先发现B1所在的侧面B1BCC1与平面C1BD1垂直,且交线为C1B,所以只要在侧面B1BCC1内作C1B的垂线即可。设垂足为H,则∠B1GH就是二面角C1-BD1-B1的平面角。
类似地,也可以过C1作平面B1BD1的垂线,该垂线应该落在哪个平面内呢?留给读者去思考。
总结:若点A在一个与平面α垂直的平面β内,则垂线l必落在平面β内。所以过平面α外一点A作α的垂线l,关键是先找到一个包含点A的与α垂直的平面。
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