Question

在棱長為a的正方體ABCD—A′B′C′D′中，E、F分別是BC、A′D′的中點  
(1)求直線A′C與DE所成的角；
(2)求直線AD與平面B′EDF所成的角；
(3)求面B′EDF與面ABCD所成的角 

Answer 1

(1)解 如圖所示，在平面ABCD內(nèi)，過C作CP∥DE，交直線AD于P，則∠A′CP(或補角)為異面直線A′C與DE所成的角 
在△A′CP中，易得A′C=a，CP=DE=a,A′P=a
由余弦定理得cosA′CP=
故A′C與DE所成角為arccos 
(2)解 ∵∠ADE=∠ADF,∴AD在平面B′EDF內(nèi)的射影在∠EDF的平分線上（如圖）又可證明四邊形B′EDF為菱形（證明略），∴DB′為∠EDF的平分線，
故直線AD與平面B′EDF所成的角為∠ADB′，
在Rt△B′AD中，AD=a，AB′=a,B′D=a，
則cosADB′=，故AD與平面B′EDF所成的角是arccos 
(3)解 如圖，連結(jié)EF、B′D，交于O點，顯然O為B′D的中點，從而O為正方形ABCD—A′B′C′D的中心，作OH⊥平面ABCD，則H為正方形ABCD的中心，再作HM⊥DE，垂足為M，連結(jié)OM，則OM⊥DE，故∠OMH為二面角B′—DE′—A的平面角 
在Rt△DOE中，OE=a,OD=a,斜邊DE=a,
則由面積關(guān)系得OM=a
在Rt△OHM中，sinOMH=
故面B′EDF與面ABCD所成的角為arcsin 
方法二（向量法）
（1） 如圖建立坐標系，則


故A′C與DE所成角為arccos 
（2）∵∠ADE=∠ADF,∴AD在平面B′EDF內(nèi)的射影在∠EDF的平分線上 如下圖所示又∵B′EDF為菱形，∴DB′為∠EDF的平分線，
故直線AD與平面B′EDF所成的角為∠ADB′，如圖建立坐標系，則

，
故AD與平面B′EDF所成的角是arccos 
(3)由(1)知，
所以面ABCD的法向量為  下面求面B′EDF的法向量 
設(shè)，由
取z=1，得 ∴.
故面B′EDF與面ABCD所成的角為 

求線面角關(guān)鍵是作垂線，找射影，求異面直線所成的角采用平移法 求二面角的大小也可應用面積射影法 點評：本題主要考查異面直線所成的角、線面角及二面角的一般求法，綜合性較強  用平移法求異面直線所成的角，利用三垂線定理求作二面角的平面角，是常用的方法.