构造三角形重心巧定两平面法向量的方向

构造三角形重心巧定两平面法向量的方向

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安徽省五河县刘集中学 刘瑞美(邮编:233333)

利用平面的法向量可以方便的求出二面角平面角的大小,由于两法向量的夹角未必就是二面角的平面角的大小,许多杂志上都介绍了直接从图形上观察两法向量的方向,来确定两法向量的夹角是否为两平面的夹角。这种方法虽然简单,但由于空间任意两个向量都是共面的,要从图形上直接判定他们的方向,需要很强的空间想象能力,好多学生是达不到这种境界的。在最后的复习中,我利用下面的两个定理引导学生用向量法求二面角的大小时,而学生不知道如何找二面角内的点P,结果给解题带来麻烦。为了帮助学生更好更快的解题,我们在二面角内总可以找到一个三角形,将此三角形的重心作为二面角内的点P,可以不加思索的让学生很方便的正确求解,偶有所得,现结合近年的年高考题,写出来与大家同享。

为了解决问题的方便,现给出如下的两个定理:

定理1:向量m是平面 的一个法向量,点O在平面 内,点P在平面 外。若m OP0,则向量m与向量OP指向平面 的同侧(如图1);若m OP0,则向量m与向量OP指向平面 的异侧(如图2)。

证明:当m OP0时,∵

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,∴cos 2

与向量OP

构造三角形重心巧定两平面法向量的方向

指向平面 的同侧。同理可证当m OP0时,cos <0,∴ ,

2∴向量m与向量OP指向平面 的异侧。

定理2:点P是二面角 l 内一点,点O是棱l上一点,向量,分别是平面 , 的一个法向量,二面角 l 大小为 。若 与 同号,则 , ;若

与 异号,则 , (如图3)

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