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立几图形中的投影问题

作者:梅宏坡 来源:神州·下旬刊

立体几何图形中的投影问题已经成为高考及其模拟试题的热点问题,因其情境新颖,综合性强,所以对能力要求较高,我们必须给予足够重视.这类问题的命题立意,一是侧重考察空间想象能力,二是侧重立体几何与其它知识的交汇,三是侧重考察思维方式和解决问题的方法.求解原则首先是注意立几知识的灵活应用,其次是善于将立体图形转化为平面图形.下面分类例述.

1. 讨论“关系”

例1 如图α⊥β,αIβ=1,A∈α,B∈β,A,B到l的距离分别是a和b,AB与α,β所成的角分别为θ和φ,AB在α,β内的摄影分别是m和n。若a>b,则( )

A.θ>φ,mφ,m>n

C.θ<φ,mn

解说:虽然此题的题设情境不陌生,但却考查直线与平面所成的角以及直线在平面上的摄影等问题,很是综合,小中见大.

AB与β所成的角为∠ABC=φ,

AB与α所成的角为∠ABC=θ,

∴sinφ=sin∠ABC=,sinθ=sin∠BAD=

a>b,∴sinφ>sinθ,∴θ<φ

AB在α内的摄影AD=,AB在β内的摄影BC=,∴AD>BC,即m>n 。

故选D。

2. 判断“形状”

例2 设四面体ABCD各棱长相等,E,F分别为AC,AD的中点,那么△BEF在四面体各面上的射影可能是____(要求把可能的图形的序号都填上).

解说:此题是判断△BEF在四面体各面上的摄影是图示中的哪种形状,这就要考查从四面体各顶点出发向对面摄影时的情形.易得结论

① 为△BEF在ABC或ABD面上的摄影;

② 为△BEF在BCD面上的摄影;

⑤ 为△BEF在ACD面上的摄影.

故答案是:①②⑤.

3. 确定“位置”

例3 已知水平地面上有一个篮球,在斜平行光线的照射下,其阴影为一个椭圆,如图所示,则篮球与地面的接触点H为椭圆的______点.

解说:此题的交汇性就很强了,是立体几何与解析几何的综合题.

直觉是椭圆的焦点,这只是猜测,还要加以论证.

如图,椭圆长轴为AB,球心为O′,记椭圆长半轴长为a,短半轴长为b,半焦距为c,球半径为R,则b=R。

连结椭圆中心O与球心O′,则有AA′∥BB′∥OO′,连AO′,BO′,HO′

则∠AO′B=180°-∠O′AB-∠O′BA=180°-(∠A′AB+∠B′BA)=180°-·180°=90°,在中Rt△AO′B中,OA=OB=OO′=a,O′H=R=b,O′H⊥AB

∴OH===c2,∴H为椭圆的一个焦点.

4. 求解“量值”

例4 如图所示的雕塑组合:下面是棱长为2米的正方体基座,基座上面中心位置安放着一个大球,阳光从A面正前方照射下时,基座在B面正前方地面的影长是米,此时大球影子最远点伸到距B面米处,则大球体积是________.

解说:此题是据射影形状来求大球体积,即求大球的半径,这就要考虑平面图.

如图所示,AC=4.8,AD=8.8,设球半径为r,易知△SO1D∽△BAC,则有

=,即= ①,

又△SEO∽△SO1D,从而△SEO∽△ABC,则有

=,即= ②,

联立①、②解得r=1,故球体积是(m3).

5. 明确“范围”

例5 正四面体ABCD的棱长为1,棱AB∥平面α,则正四面体上的所有点在平面α内的射影构成的图形面积的取值范围是_________.

解说:此题虽是纯粹的立体几何问题,但对空间想象能力要求较高,侧重对思维灵活性的考察.

因四面体为正四面体,且棱AB∥平面α,所以当棱CD平行α面时,正四面体ABCD在α上的射影构成图形的面积最大;当棱CD垂直α面时,正四面体ABCD在α上的射影构成图形的面积最小.

当棱CD平行α面时,正四面体ABCD在α上的射影构成的图形为一菱形,其对角线长相等,且为1,所以所求射影图形面积为:S=4×××=。

当棱CD垂直α面时,正四面体ABCD在α上的射影构成的图形为等腰三角形,其底长为1,腰长为边长是正三角形的高即,则射影三角形的高为,所以所求射影图形的面积为:S=4××1×=。

综上,所求射影图形面积的取值范围是