立體幾何中的轉化思想方法

馬怡平●

江蘇省常熟市尚湖高級中學(215500)

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立體幾何中的轉化思想方法

馬怡平●

江蘇省常熟市尚湖高級中學(215500)

立體幾何中蘊含著豐富的數學思想方法.求解立體幾何問題時用得最多的是轉化的思想方法，它可把陌生問題轉化為熟悉問題，復雜問題轉化為簡單問題，從而實現問題解決.下面是常見的幾種轉化手段.

一、分割與補形

通過分割與補形，可把不規范、不易求解的幾何體轉化成規范的幾何體，化生為熟，化難為易，實現突破.

例1 如圖1，△ABC是邊長為2的正三角形，AA1,BB1,CC1都與面ABC垂直，且AA1=3，BB1=2,CC1=1，求該幾何體ABC-A1B1C1的體積V.

解法1 (分割法)如圖2，過三點A、B、C1作平面，將這個不能直接求體積的幾何體分割成兩個可求體積的三棱錐C1-ABC和四棱錐C1-AA1B1B.

解法2 (補形法)由題設幾何體的特征，將AA1，BB1,CC1分別接上1，2，3，構成正三棱柱ABC-A2B2C2,如圖3.顯然補上的幾何體與原幾何體是等積的，因此該正三棱柱的體積是原幾何體體積的二倍.

二、頂點與底面

對于四面體(三棱錐)體積的求解，可認定某一個頂點為三棱錐的頂點，該頂點所對的面為底面，那么就可以用棱錐的體積公式計算了.由于頂點與底面選擇的多樣靈活性，會給解題帶來方便.

例2 如圖4,已知正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長為2，E是BB1的中點，F是CD的中點，求三棱錐D1-A1EF的體積.

解 三棱錐D1-A1EF的底面積和高都難求得，變更頂點為F，則F所對底面A1ED1的面積不難求了.但F到底面A1ED1的距離仍比較難求，為此，取棱AB的中點G，易知GF∥A1D1，可推得GF∥面A1ED1,因此三棱錐F-A1ED1與三棱錐G-A1ED1等體積，但頂點G到面A1ED的距離仍不易求.再次變更頂點，以D1為頂點，A1EG為底面，顯然三棱錐D1-A1EG的底面積、高都易求.因此，VD1-A1EF=VF-A1ED1=VG-A1ED1=VD1-A1EG.

三、平移與旋轉

在難以直接求解的立體問題中，對某些幾何元素作一些恰當的平移、轉動等變換，轉化為平面問題，是立體幾何中解題的基本手法.

例3 設正三棱柱ABC-A1B1C1的棱長都是2.

(1)求異面直線CA1與AB1所成角的余弦值；

(2)設A1C1的中點是M，BB1的中點是N，求由M沿幾何體表面到N的最短距離.

(2)由M沿幾何體表面到N的最短距離，利用旋轉法，將兩個平面轉動到同一個平面，轉化為平面內兩點間的距離.

四、平行與垂直

立體幾何中研究的線與線、線與面，面與面的位置關系中，最基本，最常見的就是平行與垂直的關系.而平行與垂直關系卻是相互依存的，把握它們之間的辯證關系進行恰當的轉化，?？纱蜷_思路，順利解題.

例4 設AB是異面直線AC與BD的公垂線段，AC⊥面α,BD⊥面β，α∩β=l,求證AB∥l.

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? 證法1 (用平行轉化)如圖7，由AC、AB確定平面γ，記γ∩α=CE.由

由AB、BD確定平面δ，記δ∩β=FD.同上可得AB∥

說明 證法1利用線與線平行的傳遞性，以平行類定理為主線來證明；而證法2卻從垂直的角度來思考，構造出平面γ，利用AB、l同垂直于平面γ，獲得結論.兩種證法各展風采.

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1008-0333(2016)28-0045-02