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思维与技巧比翼,几何与代数融合

2024-09-22季宜红

中学数学·高中版 2024年9期
关键词:二面角余弦定理余弦

立体几何中的位置、距离、角度等要素的最值(或取值范围)问题,一直是高考中的基本考点与热点问题之一.此类问题中,往往离不开动点的变化与应用,借助动点的变化情况来确定对应的位置、距离、角度等要素,为解决相应立体几何中的最值(或取值范围)问题提供条件.

此类立体几何中的最值(或取值范围)问题,可以交汇并融合众多的知识点,具有较强的综合性和技巧性,很好考查学生的数学基础知识与基本能力,有较好的选拔性与区分度,成为考试中的一个重点与难点,备受各方关注.

1 问题呈现

此题以三棱锥为载体,已知一组对棱的长度和位置关系来创设场景,通过两个不同平面内对应动点的变化情况,引起二面角的变化,进而确定对应二面角的余弦值的最小值.

借助立体几何问题,巧妙融入平面几何、平面解析几何、三角函数、平面向量以及不等式等相关知识,实现不同知识点之间的交汇与融合,是一道集综合性、创新性、应用性与交汇性的模拟题,值得好好品味与深入探究.

2 问题破解

点评:在该解法中,借助空间向量之间的关系与转化,合理构建对应边长之间的关系是解决问题的关键,也为问题的进一步解决提供条件.立体几何的应用场景,综合等面积法、余弦定理以及基本不等式的应用等,实现对应二面角余弦值的最小值的求解.该解法融合几何思维与代数思维,综合逻辑推理与数学运算等素养,协力合作来巧妙完成最值问题的探求.

解法2:轨迹法1.

点评:在该解法中,利用题设条件确定在各自己平面对应动点的轨迹问题,进而结合立体几何中二面角的概念确定对应的角,综合三角函数、余弦定理以及基本不等式的应用等,实现对应二面角余弦值的最小值的求解.巧妙引入角参,利用轨迹情况合理构建对应边长的关系式,为利用余弦定理构建关系式,并通过基本不等式的应用来确定最值提供条件.

点评:在该解法中,通过“裁剪”展开降维策略,基于立体几何中的空间角的构建,合理将空间几何体中不同平面内的点的性质的“三维”问题,通过展开转化,回归到平面解析几何的“二维”问题,利用平面解析几何中椭圆、双曲线的定义与方程,结合参数的引入与变形转化,综合基本不等式的应用,实现立体几何问题的突破.由“三维”问题,从不同视角转化为“二维”问题,实现问题的降维处理.

3 教学启示

涉及立体几何中的位置、距离、角度等要素的最值(或取值范围)问题,基于动点的变化情况,正确剖析题目条件,把握问题的内涵与实质,借助“动”来合理转化,巧妙化“动”为“静”,引入参数或相关的变量,通过“静”态思维,结合相关的函数或方程、三角函数、不等式、几何直观等来分析与应用,实现问题的巧妙解决.

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