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  • 点到平面的距离的几种求法

    日期:2003-09-29  地址:  作者:
      

    求‘点到平面的距离’是立体几何学习中不可忽视的一个基本问题,是近几年高考的一个热点.本文试通过对一道典型例题的多种解法的探讨,结合《立体几何》(必修本)中的概念、习题,概括出求‘点到平面的距离’的几种基本方法.
        例:已知ABCD是边长为4的正方形,E、F分别是AB、AD的中点,GC垂直于ABCD所在平面,且GC=2,求点B到平面EFG的距离.
      一、直接通过该点求点到平面的距离
      1.直接作出所求之距离,求其长.
      解法1.如图1,为了作出点B到平面EFG的距离,延长FE交CB的延长线于M, 连 结GM,作BN⊥BC,交GM于N,则有BN∥CG,BN⊥平面ABCD.作BP⊥EM,交EM于P,易证平面BPN⊥平面EFG.作BQ⊥PN,垂足为Q,则BQ⊥平面EFG.于 是BQ是点B到平面EFG的距离.易知BN=,BP=,PZ=,由BQ·PN=PB·BN,得BQ=

    59.gif (1266 bytes)          60.gif (823 bytes)

    图1                         图2

      2.不直接作出所求之距离,间接求之.
    (1)利用二面角的平面角.
      课本P.42第4题,P.46第2题、第4题给出了“二面角一个面内的一个点,它到棱的距离、到另一个面的距离与二面角的大小之间所满足的关系”.如图2,二面角M-CD-N的大小为α,A∈M,AB⊥CD,AB=a,点A到平面N的距离AO=d, 则有d=asinα. ①
    ①中的α也就是二面角的大小,而并不强求要作出经过AB的二面角的平面角.
      解法2.如图3,过B作BP⊥EF,交FE的延长线于P,易知BP=19.gif (204 bytes),这就是点B到二面角C-EF-G的棱EF的距离.连结AC交EF于H,连结GH,易证∠GHC就是二面角C-EF-G的平面角.∵ GC=2,AC=419.gif (204 bytes),AH=19.gif (204 bytes),∴ CH=319.gif (204 bytes),GH=22.gif (222 bytes),sin∠GHC=2/22.gif (222 bytes),于是由①得所求之距离d=BP·sin∠GHC=19.gif (204 bytes)· 23.gif (254 bytes)21.gif (272 bytes).解略.

    61.gif (1239 bytes)         62.gif (734 bytes)


      (2)利用斜线和平面所成的角.
      如图4,OP为平面α的一条斜线,A∈OP,OA=l,OP与α所成的角为θ,A到平面α的距离为d,则由斜线和平面所成的角的定义可知,有d=lsinθ.②
    经过OP与α垂直的平面与α相交,交线与OP所成的锐角就是②中的θ,这里并不强求要作出点A在α上的射影B,连结OB得θ.
      解法3.如图5,设M为FE与CB的延长线的交点,作BR⊥GM,R为垂足.又GM⊥EB,易得平面BER⊥平面EFG,ER为它们的交线,所以∠REB就是EB与平面EFG所成的角θ.由△MRB∽△MCG,可得BR=24.gif (253 bytes),在Rt△REB中,∠B=90°,BR=24.gif (253 bytes),EB=2,所以sinθ=BR/ER=25.gif (249 bytes),于是由②得所求之距离d=21.gif (272 bytes)

    63.gif (1268 bytes)        64.gif (1003 bytes)

    图5                        图6

      (3)利用三棱锥的体积公式.
      解法4.如图6,设点B到平面EFG的距离为d,则三棱锥B-EFG的体积V=(1/3)S△EFG·d.另一方面又可得这个三棱锥的体积V=(1/3)S△FEB·CG,可求得S△FEB=(1/4)S△DAB=2,S△EFG26.gif (231 bytes),所以有1/3·26.gif (231 bytes)·d=1/3·2·2,得d=21.gif (272 bytes)
    二、不经过该点间接确定点到平面的距离
      1.利用直线到平面的距离确定
      解法5.如图7,易证BD∥平面EFG,所以BD上任意一点到平面EFG的距离就是点B到平面EFG的距离.由对称思想可知,取BD中点O,求点O到平面EFG的距离较简单.AC交EF于H,交BD于O.易证平面GHC⊥平面EFG,作OK⊥HG,K为垂足,OK=21.gif (272 bytes)为所求之距离.

    65.gif (1357 bytes)       66.gif (1714 bytes)

    图7                         图8

      2.利用平行平面间的距离确定
      如图8,把平面EFG补成一个正四棱柱的截面所在的平面,可使题设中的点、线、面之间的位置关系更加明朗.面GMT是正四棱柱ABCD-AGD经过F、E、G的截面所在的平面.MG交BB于N,TG交DD于Q,作BP∥MG,交CG于P,连结DP,则有平面GTM∥平面PDB.它们之间的距离就是所求之距离.于是可以把点B平移到平面PDB上任何一个位置,哪里方便就在哪里求.
      这两个平行平面的距离d又同三棱柱GQN-PDB的体积有关,所以也可以利用三棱柱的体积确定所求之距离.据此可得解法6.
      解法6.三棱柱GQN-PDB的体积V=S△PDB·d,另一方面又有V=S△CDB·BN,可求得BN=2/3,CP=4/3,PB=PD=27.gif (273 bytes),BD=28.gif (222 bytes),S△PDB29.gif (270 bytes),S△CDB=8,所以29.gif (270 bytes)·d=8·2/3,得d=21.gif (272 bytes)为所求之距离.

    摘自北京四种网校


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