立体几何中的七种解题技巧,本文主要内容关键词为:立体几何论文,七种论文,技巧论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
在立体几何的复习中,若能在正确掌握基础知识和基本技能的同时,讲究一些解题技巧,常可获事半功倍之效.本文就此谈几点,供读者参考.
一、平移
我们知道两条平行直线和一条直线或一个平面成等角,这就为平移提供了用武之地.平移可以使分散的条件集中,可以使立几问题迅速向平几问题转化.
例1 如图1,已知正方体ABCD-
二、射影
线面角、二面角都是立体几何中的重要概念.抓住“线”在“面”内的射影,是求线面角的关键.抓住“面”在“面”内的射影,是解决“无棱”二面角的常用方法.
例2 如图2,已知等腰三角形ABC中,AB=BC=2,∠ABC=120°,ΔABC所在平面外一点P到三角形三顶点的距离都等于4,求直线PB与平面ABC所成的角.
在RtΔPOB中,OB=2,PB=4,所以∠PBO=60°,即直线PB与平面ABC所成的角为60°.
例3 如图3,P、Q分别是正方体ABCD-A[,1]B[,1]C[,1]D[,1]的棱A[,1]A,AB的中点,试求平面C[,1]PQ与底面ABCD所成二面角的大小.
三、等积
体积,有时可以作为一种中介量,用来沟通有关元素之间的关系.从不同角度“算两次”,借助于体积的相等,常可巧妙地完成计算或证明.
例5 若四面体ABCD中,AB=a,CD=b,AB和CD的距离为d,问当棱AB与CD所成角θ为何值时,该四面体体积V有最大值?最大值是多少?
解析:如图5,AB与CD是异面直线,它造成了条件的离散状态,给问题的解决带来了困难.
我们注意到异面直线所成角的定义,过B作BE∥CD,并使BE=CD,那么∠ABE=θ,这样在ΔABE中就聚集了大部分的已知条件,D到平面ABE的距离就是AB和CD的距离d.
从而,当θ=90°,即当对棱AB和CD垂直时,四面体体积V有最大值1/6abd.
四、分割
给出的几何体比较复杂,有关的计算公式无法直接运用时,适当分割几何体,化整为零,问题就简单多了.
例6 如图6,在多面体ABCDEF中,已知ABCD是边长为3的正方形,EF∥AB,EF=3/2,EF与面AC的距离为2,则该多面体的体积为(
).
(A)9/2
(B)5
(c)6
(D)15/2
解析:这是一个陌生的多面体,它异于熟悉的柱、锥、台,没有现成的公式可供计算.若过E在平面AF中作EG∥BF交AB于G,过E在平面EC中作EH∥FC交CD于H,连接GH,则截面EGH把多面体ABCDEF分割成熟悉的四棱锥E-AGHD与三棱柱BCF-GHE,容易求得它们的体积和为15/2,故选(D).
五、补形
若题设条件彼此分散,我们可以通过补形,化复杂的几何体为简单的几何体(柱、锥、台),化生为熟,给解题带来便利.
例7 如图7,已知AA[,1]与正方形ABCD所在平面垂直,且AA[,1]=BC,求平面A[,1]BA与A[,1]CD所成二面角(锐角)的大小.
分析:将四棱锥A[,1]-ABCD补形成正方体A[,1]B[,1]C[,1]D[,1]-ABCD,则所求二面角的棱为A[,1]B[,1].通过补形,整体上宏观地把握局部问题,居高临下,巧妙地突破了问题的难点.
易证∠DA[,1]A即为所求二面角的平面角.
故所求二面角为45°.
六、展
“展”的技巧是一种化折为直、化曲为直的转化方法,一般用于求多面体、旋转体的侧面上两点间的最短距离.
例8 设正三棱锥S-ABC的底面边长为b,侧棱长为2b,E、H分别是SB、SC上的动点,求线段和S=AE+EH+HA的最小值.
解:从展开图可以看出,当A、E、H、A'共线时,S取得最小值.
七、比
棱锥(或圆锥)被平行于底面的平面所截,所得的小棱锥(或小圆锥)与原棱锥(或原圆锥)相对应的面积比等于“相似比”的平方,体积比等于“相似比”的立方.遇到此类问题,利用这种比例关系,可快速、准确获解.
例9 某工厂食堂用圆台形缸盛满食油,已知此缸上、下底面半径分别为40cm和20cm,13天后,油的高度降为原来的三分之二,若每天用油量相等,剩余的油还可以用多少天?
解:如图9,将圆台补成圆锥,记从下至上三部分的体积分别为V[,1]、V[,2]、V[,3],设V[,1]=3[3]a=27a,由圆锥平行于底面的性质可得,
剩余的油还可以用x天,由题设得91a∶13=98a∶x,
解得 x=14.
故剩余的油还可以用14天.