试求棱长为4a的正八面体二面角的大小及其两条异面棱间的距离.
分析:设正八面体的棱长为4a,以中心O为原点,对角线DB、AC、QP为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,则A(0,-2
a,0)、B(2
a,0,0)、C(0,2
a,0)、P(0,0,2
a),设E为BC的中点,连接PE、QE、OE,则∠PEQ=2∠PEO即为所求二面角的平面角;设n=(x,y,z)是AB与PC的公垂线的一个方向向量,则有n•
=x+y=0,n•
=y-z=0,解得n=(-1,1,1),所以向量
=(-2
a,2
a,0)在n上的射影长d=
=
即为所求.
解答:
解:如图,设正八面体的棱长为4a,以中心O为原点,
对角线DB、AC、QP为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,
则A(0,-2
a,0)、B(2
a,0,0)、C(0,2
a,0)、
P(0,0,2
a),设E为BC的中点,连接PE、QE、OE,
则∠PEQ=2∠PEO即为所求二面角的平面角,∵OE=2a,OP=2
a,
∴tan∠PEO=
,∠PEQ=2arctan
.
设n=(x,y,z)是AB与PC的公垂线的一个方向向量,
则有n•
=x+y=0,n•
=y-z=0,解得n=(-1,1,1),
所以向量
=(-2
a,2
a,0)在n上的射影长d=
=
即为所求.
点评:本小题主要考查正八面体、棱锥的结构特征,二面角和线面关系等基本知识,同时考查空间想象能力和推理、运算能力.