用向量法解答兩類立體幾何問題的思路

徐亞云

立體幾何是高中數學中的重要模塊，常見的立體幾何問題有求空間角的大小，求空間距離，判斷點、線、面之間的位置關系，求空間幾何體的體積、表面積等.立體幾何問題側重于考查同學們的空間想象能力和推理分析能力.然而，有些同學這兩個方面的能力較弱，很難順利求得問題的答案，此時可巧妙運用向量法，使問題快速得解.本文重點談一談如何巧用向量法解答兩類立體幾何問題.

一、求空間角的大小

例1.如圖1所示，PA垂直于矩形ABCD，AB、PC的中點分別是點M、N，若AD=AP=1，求平面PCD和平面ABCD所成的角.

解：以A點為坐標原點，以AB、AD、AP軸為x、y、z軸，建立空間直角坐標系，如圖1所示，

因為PA⊥面ABCD，

設矩形ABCD的邊長BC=b，

在建立空間直角坐標系后，可分別求得平面PCD和平面ABCD的法向量，根據向量的數量積公式求得兩個法向量的夾角的余弦值，再根據圖形判斷平面PCD和平面ABCD所成的角是鈍角還是銳角，便可求得二面角的大小.

例2.如圖2所示，菱形ABCD的邊長為2，對角線交于點O，DE⊥平面ABCD.

（1）證明：AC⊥BE;

（2）已知∠ADC=120°，DE=2，點F在BE上，且OF∥DE，求直線AF與平面BCE所成角的大小.

解：（1）略.

（2）∵DE⊥平面ABCD，OF∥DE，

∴OF⊥平面ABCD，

二、求空間距離

例3.如圖3所示，正三棱柱ABC-A₁B₁C₁的棱長和底面邊長都為1，BC的中點為M，側棱CC₁上有一個點N且CN=2C₁N，求點B₁到平面AMN的距離.

解：以M為原點，以AM，MC為x，y軸方向建立空間直角坐標系，如圖3所示，

例4.如圖4所示，已知正方體ABCD-A₁B₁C₁D₁的棱長均為1，O是A₁C₁和B₁D₁的交點，則點O到平面ABC₁D₁的距離為________.

解：連接OA，以點D為坐標原點，建立空間直角坐標系D-xyz，如圖4所示，

令x=1，則y=0、z=1，

用向量法解題的思路較為簡單，通常只要建立合……