浅谈立体几何计算中的几种变换策略_对角线论文

浅谈在立体几何计算题中几种转化策略,本文主要内容关键词为:立体几何论文,几种论文,浅谈论文,计算题论文,策略论文,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。

解答立体几何问题时,要善于将复杂的、陌生的问题转化为简单的、熟悉的问题来解决,尤其在有关计算问题中,就常见的几种转化方法归纳如下.

一、空间、平面图形的转化策略

在有些立体几何计算问题中,只有将其立体图形与平面图形分别转化来分析求解,才可以化难为易.其具体表现在:

1.在求几何体表面上最短距离问题中

例1 在母线长为20cm,上下底面半径分别为5cm、10cm的圆台中,从母线AB的中点M拉一根绳子,围绕圆台侧面转到B点.(1)求绳子的最短长度.(2)此状态的绳子和圆台上底圆周间的最短距离是多少?

分析 解此题难度较大,将圆台的侧面展开在平面上,于是就可把空间问题转化为平面问题,达到了化难为易的目的.如图1,可求得

即绳子和圆台上底圆周间的最短距离为4(cm).

2.在一些折叠问题中

例2 如图2(左),空间四边形ABCD中,点O为AB中点,连CO、DO,若∠AOD=∠DOC=∠COB,BC>CD>DA,试比较BC与CD+DA的大小关系.

分析 本题若直接求解,由于三线段分散排列,难以比较,若考虑移动线段位置,根据条件将图形沿OC,OD折起来,使OA与OB重合,则得三棱锥如图2(右),由于三角形两边之和大于第三边,可得:

CD+DA>BC.

二、几何问题代数化的策略

在立体几何中,以数助形是一种很重要的解题策略.特别是在有关计算问题中,它可以优化解题,化繁为简.其具体表现在如下:

1.求最值问题

2.在有关探索性问题中

例4 已知平面π内一点P及π外一点

其在面π内的射影所成角最小,故过Q作QD⊥平面π,设垂足为D,连PD并延长使PR=PQ,则点R就是所求的点.

3.应用极限的思想

例5 如图5,若空间四边形的两条对角线AC、BD的边长分别是4,5,则平行于两对角线的截面四边形的周长的取值范围是_________.

分析 本题两条对角线AC、BD长虽然是定值4,5,但平行于两对角线的截面四边形则是多变的,因而其周长出现不确定状态,直接求解是繁难的,于是用极限思想求解,将得到简捷解法.设与AC、BD平行的截面四边形为PQRS,周长为T,易证截面四边形为平行四边形.

三、变换角度,转化思维的策略

在立体几何问题求解中,当直接应用条件发生困难时,可以改变思维角度,依据条件实施转化,常可以得到简捷的解法.

例6 如图6,在正方体ABCD-A[,1]B[,1]C[,1]D[,1]中,E、F分别是BB[,1]、CD的中点,设AA[,1]=2,求三棱锥F-A[,1]ED[,1]的体积.

分析 直接由已知条件求三棱锥F-A[,1]ED[,1]的体积有一定的困难,于是可依据正方体特点,另选一个面作为底面进行等积转化.于是

四、割补变换,化难为易的策略

一般地当所给的几何体比较复杂或不规则,且有关公式无法应用或条件中的元素彼此离散时,可以采用“割、补”技巧变换几何体化难为易.

例8 三棱锥P-ABC中,已知PA⊥BC,PA=BC=l,PA、BC的公垂线ED=h,求这个三棱锥的体积.

分析 此题条件较为分散,直接求解有困难,采用分割法.如图8,连BE、CE,则面BEC将原三棱锥分割成两个三棱锥,由PA⊥DE,PA⊥BC知:PA⊥面EBC,故

例9 四面体的三组对棱分别相等且依次为求四面体的体积.

解 将四面体SABC补成如图9的长方体,使四面体对棱分别为长方体相对面的对角线.设长方体的棱长DA=x,DB=y,DS=z,则:

故所求四面体的体积为8.

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