異面直線是指空間中既不平行也不相交的兩條直線.在空間中,我們很難快速確定異面直線所成角的位置,求得其大小.這類問題對于同學們的空間想象、抽象思維、直觀想象等能力均有較高的要求.下面結合實例,談一談求異面直線所成角的兩種方法.
一、定義法
異面直線所成角的定義為:設a、b是兩條異面直線,經(jīng)過空間中任一點 O 作直線a′∥a,b′∥b,把 a′與 b′所成的銳角(或直角)叫做異面直線a與b所成的角. 這就是說,我們只需根據(jù)幾何圖形的性質、中位線的性質等尋找平行關系,找到分別與兩條異面直線平行的兩條相交直線,即可確定異面直線所成的角.最后利用正余弦定理或勾股定理即可求得該角的大小.
例1
解
我們添加合適的輔助線,構造出平行四邊形 D1FOM,即可根據(jù)平行四邊形的性質得出 MO ∥ D1F ,那么根據(jù)異面直線所成角的定義可知異面直線 OE和FD1 所成的角即為∠MOE .再根據(jù)勾股定理與余弦定理求得角∠MOE 的余弦值,即可解題.
例2
解
我們很難快速確定直線 SA 與 BC 所成的角,于是構造出長方體,即可根據(jù)長方體的性質快速找到 BC 的平行線 AD,并確定異面直線 SA 與 BC 所成的角∠SAD ,再根據(jù)圓錐與長方體的性質、余弦定理求得∠SAD 的大小.
二、向量法
對于某些較為規(guī)則的空間幾何體,我們可以根據(jù)其特征構造出空間直角坐標系,分別求得各個點的坐標、兩條異面直線的方向向量,就可以直接根據(jù)向量的數(shù)量積公式求得兩條異面直線所成角的大小.值得注意的是,異面直線所成角的范圍為 é ? ù ? 0,π 2 ,而由數(shù)量積公式求得的夾角的范圍為 [0,π] .
例3
解
我們需先根據(jù)正方體的特征,以點 D 為坐標原點,DA 為 x 軸、DC 為 y 軸、DD1 為 z 軸來建立空間直角坐標系;然后根據(jù)向量的加法運算法則求得 AD1 、 A1P ;最后根據(jù)向量的數(shù)量積公式求得 AD1 和 A1P 所成角的余弦值.
相比較而言,定義法比較常用;向量法的適用范圍較窄,但較為簡單.同學們可根據(jù)題目中幾何圖形的特征、邊角關系來尋找合適的方法進行求解.
(作者單位:江蘇省如皋市第二中學)