本题导读
本题考查二面角与法线夹角的关系。核心在于利用线面垂直的特征,将两条法线所成的异面直线角转化为平面几何中的补角或等角关系。
📌【题干】
Question
(2006年四川卷(理)) 已知二面角 的大小为 , 为异面直线,且 ,则 所成的角为()
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
构建正交剖面:过空间一点作两个平面 和 的法线 和 ,使 。根据异面直线所成角的定义, 所成的角等价于两条相交直线 所成的锐角(或直角)。 分析法线夹角与二面角关系:由平面法线的几何性质可知,两个平面的法线所夹的角与该二面角的平面角互补或相等。 计算具体角度:已知二面角为 ,其法线夹角为 或 。由于异面直线所成角的取值范围严格限定在 ,故对其取锐角。
✅【答案】
Success
B
✍【详细解析】
Abstract
解:在二面角 的棱 上任取一点 。 过点 在平面 内作垂直于棱 的射线 ,在平面 内作垂直于棱 的射线 。 根据二面角平面角的定义, 即为二面角 的平面角,所以:
在空间中将异面直线 和 平移至交于点 的相交直线 和 。 因为 ,则 垂直于平面 内的一切直线,故 ; 因为 ,同理可得 。
在平面 内, 直线 与 垂直,直线 与 垂直。 根据四边形内角和定理,或者平面几何中“两边分别垂直的两个角相等或互补”的定理,两条法线 与 所夹的角 满足:
根据空间两条直线所成角的定义,两条直线所成的角范围规定为 。 因此,当算出的方向夹角为 时,应当取其邻补角转换为锐角:
故选 B
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:二面角平面角的定义、两平面法线夹角与二面角大小的几何互补性、异面直线所成角的锐角制约。
- 核心方法:平移法、四边形内角和法。
- 避坑指南:
- 极其容易盲目选择 。牢记两条直线(无论是共面还是异面)所成角的定义范围严格限定在 内,绝不可能出现钝角。当算出法向量夹角为 时,必须一律转换成其补角 。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 本题是考查高二立体几何线面垂直基本概念、异面直线所成角基本范围的定性选择题。 结论推广: 在利用空间向量求解二面角大题中, 设两平面的法向量分别为 ,则两法向量夹角余弦与二面角平面角 余弦值绝对值相等,即 。
🔗【关联脉络】
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