角色换位法在立体几何解题中的运用

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  在立体几何解题中,我们在求点到平面的距离这类问题时,对问题中的一些元素,如四面体的顶点和底面的关系所处的地位,不妨进行一下角色换位,对同一问题,在不同的位置,从不同的角度去审视,就能摆脱思维定势的束缚,换位思考,往往能使一些问题的解决,独辟蹊径,豁然开朗,收到出奇制胜的效果。
  例如:在棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,求顶点B到截面AB1C的距离。
  由线面垂直关系的判定和三垂线定理的应用,加上图形的相似性可推导出BG┻截面AB1C,BG即B点到平面AB1C的距离,值为33α。
  但如果將三棱锥B—AB1C的顶点B与三棱锥B1—ABC的顶点互换(在同一个四面体),将这个四面体换顶点、底面的位置,再用同一个四面体体积相等的方法,即VB—AB1C=VB1-ABC,由已知条件可解出13[34(2α)2]-h=13·12·α2·α四面体B-AB1C的高h,这里h=33α即为顶点B到截面AB1C的距离。
  又例如:图中ABCD—A1B1C1D1为棱长为a的正方体,M、N分别是BC边和CD边的中点,求点B到截面C1MN的距离。
  这题还是角色换位法
  直接去解,将四面体B—C1MN顶点B换成顶点N,四面体N—C1MB上仍然由同一个四面体(只不过顶点与底面互换角色)体积相等,列出关系式:13·12·22α·322αh=13·α2·α·α2解出h=a/3即顶点B到截面C1MN的距离。
  接着我们看一下05年全国成人高考数学理工类第23题2小题。
  如图,已知三棱锥P—ABC,E,F分别为PA,PB的中点。求三棱锥P—EFC与三棱锥P—ABC体积的比值。
  
  解这题时,我们将顶点P与C互换,将底面与侧面互换,这样三棱锥P—EFC与三棱锥P—ABC的体积比,就可以用三棱锥C—PEC与三棱锥C—PAB的体积比来等量代,换根据已知中点条件,并设顶点C到底面PAB的距离为h,我们就可求得:VP—EFCVP—ABC=VP—PEFVP—PAB=13(S△PEF)h13(S△PAB)h=14
  再看一个底面与侧面角色互换解题的例题,三棱锥P—ABC被任意平面截得截面A1B1C1,求证:VP—A1B1C1VP—ABC=PA1·PB1·PC1PA·PB·PC
  解这题时一般我们都习惯以△A1B1C1及△ABC为底面,但由于截面A1B1C1是由任意截面截得,因此S△A1BICl无法确定,若能注意到四面体的多端性,进行角色底面、侧面换位,即将ABC视为侧面,以其它任意一个侧面为底面,这样问题就很容易解决,我们不妨以PAC为底面,则B1,B到底面PAC的距离之比B1H1BH=PB1PB
  又因为S△PA1C1S△PAC=12·PA1·PC1·sin∠A1PC112·PA·PC·sin∠APC
  这里∠A1PC1=∠APC所以S△PA1C1S△PAC=PA1·PC1PA·PC
  从而易知VP—A1B1C1VP—ABC=13[12·PA1·PC1·sin∠A1PC1]·BH113[12·PA·PC·sin∠APC]·BH=PA1·PB1·PC1PA·PB·PC
  收稿日期:2007-09-28
  
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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