Lecția IV.14 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

a. \( AC \perp (BDB') \)

\( BB' \perp (ABC), AC \subset (ABC) \implies BB' \perp AC \) În dreptunghiul \( ABCD \), \( AC \not\perp BD \) \( AC \perp BB' \text{ dar } AC \not\perp BD \implies AC \not\perp (BDB') \) Fals

b. \( A'B \perp BC \)

\( BC \perp AB \) (fața \( ABCD \) este dreptunghi) \( BC \perp BB' \) (fața \( BCC'B' \) este dreptunghi) \( AB \cap BB' = \{B\} \implies BC \perp (ABB') \) \( A'B \subset (ABB') \implies BC \perp A'B \implies A'B \perp BC \) Adevărat

c. \( A'O \perp BD \)

\( A'A \perp (ABC) \) \( AO = \text{pr}_{(ABC)} A'O \) Conform T3P, \( A'O \perp BD \iff AO \perp BD \) \( AO \subset AC \); în dreptunghiul \( ABCD \), \( AC \not\perp BD \implies AO \not\perp BD \) \( \implies A'O \not\perp BD \) Fals

Rezolvare detaliată

Pasul 1: Construcția figurii

Pentru a analiza corect afirmațiile, ne imaginăm un paralelipiped dreptunghic \( ABCDA'B'C'D' \). Baza este dreptunghiul \( ABCD \), iar \( O \) este punctul de intersecție al diagonalelor \( AC \) și \( BD \).
Desenează un paralelipiped dreptunghic ABCDA'B'C'D' în perspectivă, cu fața ABCD în planul de jos. Asigură-te că baza ABCD este un dreptunghi (nu un pătrat) pentru a reflecta condițiile generale ale problemei. Muchiile invizibile ale paralelipipedului (AD, CD, DD') trebuie reprezentate cu linii întrerupte. Etichetează toate vârfurile: A, B, C, D, A', B', C', D'. În planul bazei de jos ABCD, trasează diagonalele AC și BD cu linii continue, marcând clar intersecția lor cu punctul O. Trasează apoi segmentul A'O și segmentul A'B cu linii continue. Etichetează punctul O.

Pasul 2: Analiza afirmației a. \( AC \perp (BDB') \)

Un segment este perpendicular pe un plan dacă este perpendicular pe două drepte concurente din acel plan. În planul \( (BDB') \), avem dreptele \( BD \) și \( BB' \). Știm că \( BB' \perp (ABC) \), deci \( BB' \perp AC \). Totuși, \( AC \perp BD \) doar dacă dreptunghiul \( ABCD \) este pătrat. Într-un paralelipiped dreptunghic oarecare, baza este un dreptunghi, iar diagonalele dreptunghiului nu sunt perpendiculare. Prin urmare, \( AC \) nu este perpendiculară pe planul \( (BDB') \). Afirmația este Falsă.

Pasul 3: Analiza afirmației b. \( A'B \perp BC \)

Analizăm perpendicularitatea folosind teorema celor trei perpendiculare sau definiția perpendicularității pe plan. Știm că \( AB \perp BC \) (deoarece \( ABCD \) este dreptunghi). De asemenea, \( A'A \perp (ABC) \), deci \( A'A \perp BC \). Deoarece \( BC \) este perpendiculară pe două drepte concurente din planul \( (ABB') \), și anume \( AB \) și \( AA' \), rezultă că \( BC \perp (ABB') \). Cum \( A'B \) este o dreaptă inclusă în planul \( (ABB') \), rezultă că \( BC \perp A'B \), ceea ce este echivalent cu \( A'B \perp BC \). Afirmația este Adevărată.

Pasul 4: Analiza afirmației c. \( A'O \perp BD \)

Vom folosi Teorema celor trei perpendiculare (T3P). 1. \( A'A \perp (ABC) \) (muchia laterală pe planul bazei). 2. \( AO \) este proiecția lui \( A'O \) pe planul bazei. Pentru ca \( A'O \perp BD \), ar trebui ca \( AO \perp BD \) (proiecția să fie perpendiculară pe dreapta din plan). \( AO \) face parte din diagonala \( AC \). Am stabilit deja la punctul a că \( AC \) nu este perpendiculară pe \( BD \) decât dacă baza este pătrat. Într-un paralelipiped dreptunghic general, această condiție nu este îndeplinită. Afirmația este Falsă.

Rezolvare scurtă:

a. \( AC \perp (BDB') \)

\( BB' \perp AC \), dar \( AC \not\perp BD \) în dreptunghi \(\implies\) Fals.

b. \( A'B \perp BC \)

\( BC \perp AB \), \( BC \perp AA' \implies BC \perp (ABB') \implies BC \perp A'B \implies \) Adevărat.

c. \( A'O \perp BD \)

\( A'A \perp (ABC) \), \( \text{pr}_{ABC} A'O = AO \). \( AO \not\perp BD \implies A'O \not\perp BD \implies \) Fals.

Cele mai importante aspecte ale lecției

• Teorema celor 3 Perpendiculare (T3P): Perpendiculară pe plan + Perpendiculară din piciorul ei pe o dreaptă din plan = Oblică perpendiculară pe acea dreaptă din plan. Folosită pentru distanța de la un punct la o dreaptă.
• Reciproca I (R1T3P): Dacă oblica e perpendiculară pe o dreaptă din plan, proiecția ei pe plan este și ea perpendiculară pe acea dreaptă.
• Reciproca a II-a (R2T3P): Utilitate majoră în aflarea distanței de la un punct la un plan (lungimea înălțimii ridicate spre intersecția perpendicularelor din plan).
• Plane paralele: Distanța dintre ele se reduce la aflarea distanței de la un punct oarecare de pe un plan, pe suprafața celuilalt plan.
Fie o dreaptă \( d \) perpendiculară pe un plan \( \alpha \) în punctul \( O \) și o dreaptă \( OA \) perpendiculară în \( A \) pe o dreaptă \( a \) situată în planul \( \alpha \) (\( O \notin a \)). Atunci, pentru orice punct \( P \) aparținând dreptei \( d \), distanța de la \( P \) la dreapta \( a \) se obține unind \( P \) cu \( A \), adică dreapta \( PA \) este perpendiculară pe dreapta \( a \).
\[ \left. \begin{array}{l} d \perp \alpha, d \cap \alpha = \{O\} \\ OA \perp a, A \in a, a \subset \alpha, O \notin a \\ P \in d \end{array} \right\} \Rightarrow PA \perp a \]
Un plan orizontal, denumit alfa, este reprezentat în perspectivă. O dreaptă verticală 'd' este perpendiculară pe planul alfa în punctul 'O'. Un punct 'P' se află pe dreapta 'd', deasupra punctului 'O'. În planul alfa, se află o dreaptă 'a' și un punct 'A' pe această dreaptă. Segmentul 'OA' conectează punctul 'O' (exterior dreptei 'a') cu punctul 'A' și este perpendicular pe dreapta 'a' în 'A'. Un segment 'PA' unește punctul 'P' cu punctul 'A', formând o linie oblică față de planul alfa. Segmentul 'PA' este, de asemenea, perpendicular pe dreapta 'a' în punctul 'A'.
Fie un dreptunghi \( ABCD \) inclus într-un plan și o perpendiculară \( EA \) pe acest plan. Demonstrația că \( EB \perp BC \) decurge din:
1. \( EA \perp (ABC) \)
2. \( AB \perp BC \) (deoarece \( ABCD \) este dreptunghi)
3. \( BC \subset (ABC) \)
Conform teoremei celor trei perpendiculare \( \Rightarrow EB \perp BC \).
Fie o dreaptă \( d \) perpendiculară pe un plan \( \alpha \) în punctul \( O \) și dreapta \( a \) inclusă în \( \alpha \) (\( O \notin a \)). Dacă o oblică \( PA \) (\( P \in d, A \in a \)) este perpendiculară pe dreapta \( a \), atunci și proiecția ei pe plan, \( OA \), este perpendiculară pe \( a \).
\[ \left. \begin{array}{l} d \perp \alpha, d \cap \alpha = \{O\} \\ a \subset \alpha, O \notin a \\ PA \perp a, P \in d, A \in a \end{array} \right\} \Rightarrow OA \perp a \]
Această reciprocă este folosită în special pentru a demonstra că o dreaptă din plan este perpendiculară pe proiecția unei oblice, ajutând deseori la determinarea distanței de la un punct la o dreaptă. Dacă perpendicularele din \( P \) și \( O \) cad pe dreapta \( a \), ele au același picior de sprijin.
Fie o dreaptă \( a \) și \( A \) un punct al ei. Dacă din punctele \( P \) și \( O \) se construiesc perpendiculare pe dreapta \( a \), astfel încât \( PA \perp a \) și \( OA \perp a \), iar distanța dintre cele două puncte este \( PO \perp OA \) (punctele fiind necoliniare), atunci segmentul \( PO \) este perpendicular pe întregul plan determinat de dreptele \( OA \) și \( a \).
A doua reciprocă este fundamentală pentru calcularea distanței de la un punct la un plan, indicând faptul că segmentul \( PO \) reprezintă chiar această distanță.
Un plan orizontal `alfa` este reprezentat în perspectivă. În acest plan, se află o dreaptă `a` și un punct `O` care nu aparține dreptei `a`. Un punct `A` este situat pe dreapta `a`. Segmentul `OA` este trasat în planul `alfa`. Din spațiu, un punct `P` este poziționat direct deasupra punctului `O`, formând un segment vertical `PO`. Segmentul `PA` este trasat, conectând `P` cu `A`. Perpendicularități cheie: segmentul `OA` este perpendicular pe dreapta `a` în punctul `A`; segmentul `PA` este perpendicular pe dreapta `a` în punctul `A`; și segmentul `PO` este perpendicular pe `OA` în punctul `O`. Aceste relații de perpendicularitate trebuie indicate clar cu simboluri pentru unghiuri drepte.
Distanța dintre două plane paralele este constantă și este egală cu lungimea segmentului perpendicular coborât din orice punct al primului plan pe cel de-al doilea plan.
Dacă \( \alpha \parallel \beta \), atunci: \[ d(\alpha, \beta) = d(P, \beta) \] unde \( P \) este orice punct astfel încât \( P \in \alpha \).

Probleme practice

Dificultate Ușoară: Considerăm un dreptunghi \( ABCD \) cu \( AB = 4 \) cm și \( BC = 3 \) cm. Din punctul \( A \) se ridică pe planul dreptunghiului perpendiculara \( MA \perp (ABC) \) având lungimea de \( 12 \) cm. Calculați distanța de la punctul \( M \) la dreapta \( BC \).
1. Identificarea distanței: Distanța de la punctul \( M \) la dreapta \( BC \) este lungimea segmentului \( MB \). Pentru a demonstra acest lucru folosim Teorema celor trei perpendiculare:
\( MA \perp (ABC) \)
\( AB \perp BC \) (\( ABCD \) este dreptunghi)
\( BC \subset (ABC) \)
\( \Rightarrow MB \perp BC \). Deci, \( d(M, BC) = MB \).

2. Calculul lungimii: În triunghiul dreptunghic \( MAB \) (\( \angle A = 90^\circ \)), aplicăm Teorema lui Pitagora: \[ MB^2 = MA^2 + AB^2 \] \[ MB^2 = 12^2 + 4^2 = 144 + 16 = 160 \] \[ MB = \sqrt{160} = 4\sqrt{10} \text{ cm} \]
Dificultate Medie: Fie triunghiul dreptunghic \( ABC \) cu \( \angle A = 90^\circ \), \( AB = 6 \) cm și \( AC = 8 \) cm. Se ridică perpendiculara \( DA \perp (ABC) \), cu \( DA = 2 \) cm. Calculați distanța de la punctul \( D \) la dreapta \( BC \).
1. Construcția și aplicarea T3P: Fie \( AE \perp BC \), cu \( E \in BC \).
Din relațiile \( DA \perp (ABC) \), \( AE \perp BC \) și \( BC \subset (ABC) \), conform Teoremei celor trei perpendiculare, rezultă că \( DE \perp BC \). Astfel, distanța este lungimea segmentului \( DE \).

2. Calculul elementelor necesare: În triunghiul dreptunghic \( ABC \), ipotenuza \( BC \) este: \[ BC = \sqrt{AB^2 + AC^2} = \sqrt{6^2 + 8^2} = \sqrt{100} = 10 \text{ cm} \] Înălțimea corespunzătoare ipotenuzei \( AE \) este: \[ AE = \frac{AB \cdot AC}{BC} = \frac{6 \cdot 8}{10} = 4,8 \text{ cm} \]
3. Calculul final: În triunghiul dreptunghic \( DAE \) (\( \angle A = 90^\circ \)), aplicăm Teorema lui Pitagora: \[ DE^2 = DA^2 + AE^2 \] \[ DE^2 = 2^2 + (4,8)^2 = 4 + 23,04 = 27,04 \] \[ DE = \sqrt{27,04} = 5,2 \text{ cm} \]
Dificultate Ridicată: Păstrând configurația de la problema anterioară (\( \Delta ABC \) dreptunghic în \( A \), \( AB = 6 \) cm, \( AC = 8 \) cm, \( DA \perp (ABC) \), \( DA = 2 \) cm), calculați distanța de la punctul \( A \) la planul \( (DBC) \).
1. Determinarea proiecției distanței: Am demonstrat anterior că \( AE \perp BC \) și \( DE \perp BC \). Fie un punct \( P \in DE \) astfel încât \( AP \perp DE \). Din relațiile \( BC \perp AE \) și \( BC \perp DE \) deducem că \( BC \perp (DAE) \). Deoarece \( AP \subset (DAE) \), rezultă că \( BC \perp AP \). Cum \( AP \perp DE \) și \( AP \perp BC \) (iar \( DE \) și \( BC \) sunt concurente în \( E \)), rezultă că \( AP \perp (DBC) \). Așadar, distanța căutată este lungimea segmentului \( AP \).

2. Calculul lungimii distanței: În triunghiul dreptunghic \( DAE \) (\( \angle DAE = 90^\circ \)), \( AP \) este înălțimea corespunzătoare ipotenuzei \( DE \). \[ AP = \frac{DA \cdot AE}{DE} \] Folosind valorile din problema precedentă (\( DA = 2 \), \( AE = 4,8 \), \( DE = 5,2 \)): \[ AP = \frac{2 \cdot 4,8}{5,2} = \frac{9,6}{5,2} = \frac{96}{52} = \frac{24}{13} \text{ cm} \]

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: