三正弦定理

數學中的立體幾何概念

該定理從老版高中教材人教版《數學》必修第二冊(下A),P35的例1:“河堤斜面與水平面所成的二面角為60°,堤面上有一條直道CD,它與堤腳水平線AB的夾角為30°,沿這條直道從堤腳向上行走10m時人升高了多少?”抽象出來的一般結論。

定理概述


設二面角M-AB-N的度數為α,在平面M上有一條射線AC,它和棱AB所成的角為β,和平面N所成的角為γ,則sinγ=sinβ·sinα(如圖1)。
(註明:摺疊角公式(又名:三餘弦定理)以及三正弦定理的應用為立體幾何的解題帶來了許多方便。)
若已知二面角其中一個半平面內某直線與二面角的棱所成的角,以及該直線與另一半平面所成的角,則可以求該二面角的正弦值
三正弦定理(圖一)
三正弦定理(圖一)

定理證明


如上圖一,過C作CO⊥平面N於點O,過O作直線OB⊥二面角的棱於點B,連OA,CB,則易知△CAO,△CBO,△ABC均為直角三角形.
於是sinγ=sin∠CAO=CO/AC,sinα=sin∠CBO=CO/BC,sinβ=sin∠BAC=BC/AC
由此容易得出sinγ=sinβ·sinα

定理應用


如果將三正弦定理和三餘弦定理聯合起來,用於解答立體幾何綜合題,你會發現出乎意料地簡單,甚至不用作任何輔助線!
例1 如圖,已知 是正三稜柱,D是AC中點,若,求以 為棱,與 為面的二面角的度數(1994年全國高考理科數學23題)。
三正弦定理應用之例1題圖
三正弦定理應用之例1題圖
三正弦定理應用之例1解答
三正弦定理應用之例1解答
例2 已知Rt△ABC的兩直角邊AC=2,BC=3.P為斜邊AB上一點,現沿CP將此直角三角形折成直二面角A-CP-B(如下圖),當AB= 時,求二面角P-AC-B大小(上海市1986年高考試題,難度係數0.28)。
三正弦定理應用之例2題圖
三正弦定理應用之例2題圖
三正弦定理應用之例2解答
三正弦定理應用之例2解答

參見


三餘弦定理