異面直線是指既不相交也不平行的兩條直線,是一種特殊的空間位置關系.通常,我們用異面直線的公垂線(即同時垂直于兩條異面直線的直線)的長表示異面直線之間的距離.而在立體幾何圖形中,我們往往很難找到異面直線的公垂線,這就需要通過平移直線、構造空間向量,以順利求得異面直線間的距離.下面結合實例進行討論.
一、平移法
在尋找兩條異面直線的公垂線時,通??梢砸苿悠渲械囊粭l直線,使其與另一條異面直線相交,那么這條直線與其平行線之間的距離,即為這條直線到兩條相交直線所在的平面的距離.由線面平行的性質定理可知,該距離也是兩條異面直線之間的距離.在運用平移法解題時,往往可以根據(jù)幾何體的性質以及相關的定理來尋找或確定一些平行關系,從而找到異面直線的平行線.
例1.
解:
我們根據(jù)正方形的性質以及三角形中位線的性質來添加輔助線,找到異面直線的平行線,把 MN 平移到 QP 處、BD1 平移到 MN 處,從而找到 AC 和 A1D 的公垂線 QP .再根據(jù)相似三角形的性質建立線段之間的比例關系,即可解題.
二、向量法
若很難找到異面直線的公垂線,則可以根據(jù)幾何圖形的特點,尋找或作出三條互相垂直的直線,將其視為坐標軸來建立空間直角坐標系.在求得各條線段的方向向量后,可通過向量運算求公垂線的長;還可以根據(jù)線面垂直的判定定理求得兩條異面直線的法向量,通過向量運算求得兩異面直線之間的距離dA-α=l?l l,其中A、P分別為兩條異面直線上的任意一點.
例2.
解:
我們根據(jù)正方體的結構特征,以點D′為原點、D′C′為x軸、D′A為y軸、D′D為z軸建立空間直角坐標系,求得各個點的坐標,即可將問題轉化為向量運算問題.根據(jù)公垂線與兩條異面直線之間的垂直關系來建立關系式,從而求得公垂線的長.
相比較而言,運用向量法解題的運算量較大.一般地,若能根據(jù)圖形找到異面直線的平行線或公垂線,可直接運用平移法求解;若很難確定公垂線,則考慮運用向量法求解.
(作者單位:江蘇省濱海中學)