用法向量求二面角的大小及其角度关系的确定
我们都知道,向量知识在数学学科里有其非常广泛的应用,尤其是在立体几何求角和距离时,若利用向量知识求解会得到事半功倍的效果,也正体现了向量知识的工具性和灵活性。而在应用向量知识求解二面角的大小时,不是所有的二面角的两个半平面的法向量的夹角都和二面角相等,有时是互补,那么,什么时候相等,什么时候互补,如何确定其“角度之间的大小关系”一直以来是困扰很多教师和学生的一个难题。
向量有其自身的独特性质—自由性,当一个向量在空间的某一位置时,可以自由移动,只要满足其方向不变,其无论移动到任何位置,向量都是相等的。根据这一性质,当我们把二面角的某个半平面的法向量求出后,把它的起点放到坐标原点,然后确定其向量的方向的指向,从而确定其法向量的夹角和二面角的大小的关系,在确定了法向量的夹角与二面角的关系后,再利用向量的数量积求出二面角的大小,下面就来具体阐述一下这一做法。
一. 规定法向量的指向方向
1.当法向量的方向指向二面角的内部时称之为向里指,

如:图1中的n1向量。
2.当法向量的方向指向二面角的外部时称之为向外指,如:图1中的n2向量。
二. 法向量的夹角和二面角大小的关系
1.设 n1,n2分别为平面 , 的法向量,二面角 l

的大小为 ,向量
n1,n2的夹角为 ,当两个法向量的方向都向里或都向外指时,则有 (图
2);
2.当两个法向量的方向一个向里指一个向外指时 (图3)

图2
图3
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