答:没有矛盾.当a、b相交时,此定义仍适用,表明此定义与平面内两相交直线所成角的概念没有矛盾,是相交直线所成角概念的推广.
⑦在定义中,两条异面直线所成角的范围是(0°,90°],若两条异面直线所成的角是直角,我们就说这两条异面直线互相垂直.例如,正方体上的任一条棱和不平行于它的八条棱都是相互垂直的,其中有的和这条棱相交,有的和这条棱异面(图5).
图5
(三)应用示例
思路1
例1 如图6,空间四边形ABCD中,E、F、G、H分别是AB、BC、CD、DA的中点.
图6
求证:四边形EFGH是平行四边形.
1证明:连接EH,因为EH是△ABD的中位线,所以EH∥BD,且EH=BD.
21同理,FG∥BD,且FG=BD.
2所以EH∥FG,且EH=FG.所以四边形EFGH为平行四边形. 变式训练
1.如图6,空间四边形ABCD中,E、F、G、H分别是AB、BC、CD、DA的中点且AC=BD. 求证:四边形EFGH是菱形.
1证明:连接EH,因为EH是△ABD的中位线,所以EH∥BD,且EH=BD.
211同理,FG∥BD,EF∥AC,且FG=BD,EF=AC.
22所以EH∥FG,且EH=FG.所以四边形EFGH为平行四边形. 因为AC=BD,所以EF=EH.
所以四边形EFGH为菱形.
2.如图6,空间四边形ABCD中,E、F、G、H分别是AB、BC、CD、DA的中点且AC=BD,AC⊥BD. 求证:四边形EFGH是正方形.
证明:连接EH,因为EH是△ABD的中位线,
1所以EH∥BD,且EH=BD.
211同理,FG∥BD,EF∥AC,且FG=BD,EF=AC.
22所以EH∥FG,且EH=FG.所以四边形EFGH为平行四边形. 因为AC=BD,所以EF=EH.
因为FG∥BD,EF∥AC,所以∠FEH为两异面直线AC与BD所成的角.又因为AC⊥BD,所以EF⊥EH.
所以四边形EFGH为正方形.
点评:“见中点找中点”构造三角形的中位线是证明平行常用的方法.
例2 如图7,已知正方体ABCD—A′B′C′D′.
图7
(1)哪些棱所在直线与直线BA′是异面直线? (2)直线BA′和CC′的夹角是多少? (3)哪些棱所在直线与直线AA′垂直?
解:(1)由异面直线的定义可知,棱AD、DC、CC′、DD′、D′C′、B′C′所在直线分别与BA′是异面直线.
(2)由BB′∥CC′可知,∠B′BA′是异面直线BA′和CC′的夹角,∠B′BA′=45°,所以直线BA′和CC′的夹角为45°.
(3)直线AB、BC、CD、DA、A′B′、B′C′、C′D′、D′A′分别与直线AA′垂直. 变式训练
如图8,已知正方体ABCD—A′B′C′D′.
图8
(1)求异面直线BC′与A′B′所成的角的度数; (2)求异面直线CD′和BC′所成的角的度数.
解:(1)由A′B′∥C′D′可知,∠BC′D′是异面直线BC′与A′B′所成的角, ∵BC′⊥C′D′,∴异面直线BC′与A′B′所成的角的度数为90°.
(2)连接AD′,AC,由AD′∥BC′可知,∠AD′C是异面直线CD′和BC′所成的角, ∵△AD′C是等边三角形.
∴∠AD′C=60°,即异面直线CD′和BC′所成的角的度数为60°. 点评:“平移法”是求两异面直线所成角的基本方法.
思路2
例1 在长方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F分别是棱AA1和棱CC1的中点. 求证:EB1∥DF,ED∥B1F.
活动:学生先思考或讨论,然后再回答,教师点拨、提示并及时评价学生. 证明:如图9,设G是DD1的中点,分别连接EG,GC1.
图9
∵EGA1D1,B1C1A1D1,
∴EGB1C1.四边形EB1C1G是平行四边形, ∴EB1GC1.
同理可证DFGC1,∴EB1DF. ∴四边形EB1FD是平行四边形. ∴ED∥B1F.
变式训练
如图10,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F分别是AA1、AB的中点,试判断下列各对线段所在直线的位置关系:
图10
(1)AB与CC1; (2)A1B1与DC; (3)A1C与D1B; (4)DC与BD1; (5)D1E与CF.
解:(1)∵C∈平面ABCD,AB?平面ABCD,又C?AB,C1?平面ABCD,∴AB与CC1异面. (2)∵A1B1∥AB,AB∥DC,∴A1B1∥DC.
(3)∵A1D1∥B1C1,B1C1∥BC,∴A1D1∥BC,则A1、B、C、D1在同一平面内. ∴A1C与D1B相交.
(4)∵B∈平面ABCD,DC?平面ABCD,又B?DC,D1?平面ABCD,∴DC与BD1异面. (5)如图10,CF与DA的延长线交于G,连接D1G, ∵AF∥DC,F为AB中点,∴A为DG的中点. 又AE∥DD1,
∴GD1过AA1的中点E.∴直线D1E与CF相交.
点评:两条直线平行,在空间中不管它们的位置如何,看上去都平行(或重合).两条直线相交,总可以找到它们的交点.作图时用实点标出.两条直线异面,有时看上去像平行(如图中的EB与A1C),有时看上去像相交(如图中的DC与D1B).所以要仔细观察,培养空间想象能力,尤其要学会两条直线异面判定的方法.
例2 如图11,点A是BCD所在平面外一点,AD=BC,E、F分别是AB、CD的中点,且EF=求异面直线AD和BC所成的角.
2AD,2
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