Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

Fie \( O \) punctul de intersecție al dreptelor concurente \( a, b, c \). Deoarece dreptele nu sunt coplanare, oricare două drepte determină un plan unic. Planele determinate sunt:\[ \alpha = \text{pl}(a, b) \]\[ \beta = \text{pl}(a, c) \]\[ \gamma = \text{pl}(b, c) \]Dacă două plane ar coincide (de exemplu \( \alpha = \beta \)), atunci \( c \subset \alpha \), deci \( a, b, c \) ar fi coplanare, ceea ce contrazice ipoteza. Prin urmare, planele sunt distincte. Numărul de plane determinate de cele 3 drepte este:\[ \text{Număr plane} = C_3^2 = 3 \]

Rezolvare detaliată

Înțelegerea ipotezei și proprietăților geometrice

Dreptele \( a \), \( b \) și \( c \) sunt concurente, ceea ce înseamnă că toate trei se intersectează într-un singur punct comun, pe care îl vom nota cu \( O \). Ipoteza ne spune că aceste trei drepte nu sunt incluse în același plan (sunt necoplanare). Dacă ar fi fost coplanare, ele ar fi determinat un singur plan.

Determinarea planelor prin drepte concurente luate două câte două

Conform axiomelor geometriei în spațiu, două drepte concurente determină în mod unic un plan. Deoarece dreptele \( a \), \( b \) și \( c \) sunt concurente în punctul \( O \) și nu sunt toate trei în același plan, oricare două dintre ele vor fi distincte și concurente, determinând câte un plan unic: - Dreptele \( a \) și \( b \) se intersectează în \( O \) și determină planul \( \alpha = \text{pl}(a, b) \); - Dreptele \( a \) și \( c \) se intersectează în \( O \) și determină planul \( \beta = \text{pl}(a, c) \); - Dreptele \( b \) și \( c \) se intersectează în \( O \) și determină planul \( \gamma = \text{pl}(b, c) \).

Demonstrarea unicității și distincției planelor

Să verificăm dacă planele \( \alpha \), \( \beta \) și \( \gamma \) sunt distincte: Dacă două dintre aceste plane ar coincide, de exemplu \( \alpha = \beta \), atunci dreapta \( c \) (care aparține planului \( \beta \)) ar trebui să aparțină și planului \( \alpha \). Acest lucru ar însemna că toate cele trei drepte \( a \), \( b \) și \( c \) sunt incluse în același plan \( \alpha \), ceea ce contrazice ipoteza că dreptele nu sunt incluse în același plan. Prin urmare, planele \( \alpha \), \( \beta \) și \( \gamma \) sunt distincte. Numărul total de plane determinate este egal cu numărul de combinații de 3 drepte luate câte 2: \[ C_3^2 = \frac{3 \cdot 2}{2} = 3 \] Astfel, obținem exact 3 plane distincte.
Desenează un punct central O, plasat la origine, ca punct de concurență. Din acest punct O, trasează trei segmente de dreaptă, notate cu a, b și c, care se extind în direcții clar distincte în spațiu, sugerând non-coplanaritatea lor (asemănător cu picioarele unui trepied deschis). Segmentul 'a' poate fi orientat spre dreapta sus, 'b' spre stânga jos și 'c' spre dreapta jos-față, asigurând o perspectivă 3D vizibilă. Pentru fiecare pereche de segmente, hașurează ușor o porțiune plană triangulară care pornește din punctul O și se extinde de-a lungul segmentelor respective, pentru a reprezenta cele trei plane distincte: planul (a,b) hașurat între segmentele a și b, planul (a,c) hașurat între a și c, și planul (b,c) hașurat între b și c. Folosește o hașură uniformă și discretă pentru toate cele trei plane.

Rezolvare scurtă:

\( a \cap b \cap c = \{O\} \) și \( a, b, c \) necoplanare. Dreptele determină planele distincte luate două câte două: \[ \text{pl}(a, b), \text{pl}(a, c), \text{pl}(b, c) \] Numărul de plane este \( C_3^2 = 3 \).

Cele mai importante aspecte ale lecției

Determinarea planului: 3 puncte necoliniare, 2 drepte paralele/concurente, sau dreaptă + punct exterior.
Paralelism: \( a \parallel b \subset \alpha \implies a \parallel \alpha \). Două plane sunt paralele dacă unul conține 2 drepte concurente paralele cu celălalt.
Perpendicularitate: \( d \perp \) pe două drepte concurente din \( \alpha \implies d \perp \alpha \). Plane perpendiculare înseamnă că unul conține o dreaptă perpendiculară pe celălalt.
Unghiuri și Proiecții: Unghiul linie-plan se face cu proiecția liniei (\( \cos u = \text{pr} / \text{seg} \)). Unghiul diedru (plan-plan) se măsoară prin două perpendiculare pe muchie.
Teorema celor trei perpendiculare (T3P): Instrumentul suprem pentru a calcula distanța de la un punct exterior la o dreaptă din plan.
Punctul (fără dimensiune), dreapta (o dimensiune, infinită) și planul (două dimensiuni, infinit) sunt noțiunile de bază ale geometriei în spațiu.
Axiome importante:
  • Prin două puncte diferite trece o singură dreaptă.
  • Prin trei puncte necoliniare trece un singur plan.
  • Dacă o dreaptă are două puncte comune cu un plan, ea este inclusă în acel plan.
  • Intersecția a două plane diferite care au un punct comun este o dreaptă.
Determinarea planului. Un plan este unic determinat de:
  1. Trei puncte necoliniare;
  2. Două drepte concurente;
  3. Două drepte paralele;
  4. O dreaptă și un punct exterior ei.
Patru reprezentări grafice distincte, aranjate vizibil. Fiecare reprezentare prezintă un plan, vizualizat ca un paralelogram 3D (cu o ușoară perspectivă) pe a cărui suprafață sunt plasate elementele geometrice.
1.  **Primul scenariu:** Trei puncte necoliniare, etichetate A, B și C, aflate pe planul reprezentat de primul paralelogram. Punctele sunt distincte și clar marcate.
2.  **Al doilea scenariu:** Două drepte concurente, etichetate d1 și d2, aflate pe planul reprezentat de al doilea paralelogram. Punctul lor de intersecție este etichetat I. Dreptale și punctul sunt clar marcate.
3.  **Al treilea scenariu:** Două drepte paralele distincte, etichetate l1 și l2, aflate pe planul reprezentat de al treilea paralelogram. Dreptale sunt clar marcate.
4.  **Al patrulea scenariu:** O dreaptă, etichetată m, și un punct exterior ei, etichetat Q, aflate pe planul reprezentat de al patrulea paralelogram. Dreapta și punctul sunt clar marcate.
Piramida este poliedrul cu o bază poligon și fețe laterale triunghiuri cu un vârf comun (apex). Piramida regulată are baza poligon regulat, iar muchiile laterale sunt egale (fețele laterale sunt triunghiuri isoscele congruente).
Tetraedrul regulat este o piramidă triunghiulară cu toate cele 6 muchii egale (are 4 fețe triunghiuri echilaterale congruente).
Prisma dreaptă este poliedrul cu două baze poligoane congruente situate în plane paralele și fețe laterale dreptunghiuri. Paralelipipedul dreptunghic (fețe dreptunghiuri) și cubul (fețe pătrate) sunt cazuri particulare.
Cilindrul și conul circular drept se obțin prin rotația unui dreptunghi (în jurul unei laturi), respectiv a unui triunghi dreptunghic (în jurul unei catete). Au baze discuri și o generatoare ( \( G \) ).
Trunchiul de piramidă / con se obține prin secționarea corpului inițial cu un plan paralel cu baza și îndepărtarea vârfului. Bazele sunt poligoane/cercuri asemenea.
Desfășurarea laterală a conului este un sector de cerc cu unghiul la centru: \[ u = 360^{\circ} \cdot \frac{R}{G} \]
Două drepte în spațiu pot fi: paralele (coplanare, 0 puncte comune), concurente (coplanare, 1 punct comun) sau necoplanare (niciun punct comun și nu există un plan care să le conțină).
Unghiul a două drepte necoplanare: Dacă \( a \) și \( b \) sunt necoplanare, unghiul dintre ele este unghiul format de două drepte concurente \( a' \) și \( b' \), paralele cu \( a \), respectiv \( b \). Reprezentați două drepte necoplanare `a` și `b`. Dreapta `a` va fi desenată complet vizibilă, iar dreapta `b` va fi reprezentată parțial întreruptă pentru a indica necoplanaritatea și poziția sa în spațiu. Alegeți un punct `P` arbitrar în spațiu, care nu aparține dreptelor `a` sau `b`. Prin punctul `P`, desenați dreapta `a'` paralelă cu `a` și dreapta `b'` paralelă cu `b`. Dreptele `a'` și `b'` vor fi desenate complet vizibile, concurente în `P`, și definesc un plan. Evidențiați și etichetați unghiul plan format de dreptele `a'` și `b'` la punctul `P` cu simbolul `\theta`. Asigurați-vă că toate dreptele (`a`, `b`, `a'`, `b'`) și punctul `P`, precum și unghiul `\theta`, sunt clar etichetate.
Dreaptă paralelă cu un plan: O dreaptă este paralelă cu un plan dacă nu are niciun punct comun cu acesta.
Teoremă: O dreaptă paralelă cu o dreaptă dintr-un plan este paralelă cu planul (sau conținută în el).
Plane paralele: Două plane care nu au niciun punct comun.
Teoremă: Dacă un plan conține două drepte concurente, ambele paralele cu un alt plan, atunci cele două plane sunt paralele.
Teorema tortului: Intersecțiile a două plane paralele cu un al treilea plan sunt două drepte paralele.
Dreaptă perpendiculară pe plan: O dreaptă este perpendiculară pe un plan dacă este perpendiculară pe orice dreaptă din acel plan.
Teoremă: Dacă o dreaptă este perpendiculară pe două drepte concurente dintr-un plan, atunci este perpendiculară pe acel plan.
Proiecția ortogonală: Proiecția unui punct pe un plan este piciorul perpendicularei coborâte din punct pe plan. Proiecția unui segment pe un plan este un segment sau un punct.
Unghiul dintre o dreaptă și un plan este unghiul format de dreaptă cu proiecția sa pe plan.
Dacă \( A'B' \) este proiecția segmentului \( AB \) pe planul \( \alpha \) și unghiul este \( u^\circ \), atunci: \[ A'B' = AB \cdot \cos u^\circ \]
Unghiul diedru: Este unghiul format de două semiplane cu aceeași muchie. Măsura lui este dată de unghiul plan corespunzător (format de două perpendiculare pe muchie, duse din același punct, câte una în fiecare semiplan).
Două plane sunt perpendiculare dacă unghiul diedru dintre ele este de \( 90^\circ \). (Echivalent: un plan conține o dreaptă perpendiculară pe celălalt plan).
Înălțimea piramidei / conului este perpendiculara din vârf pe planul bazei. La corpurile regulate, piciorul înălțimii cade exact în centrul bazei.
Teorema celor trei perpendiculare: Fie un plan \( \alpha \), o dreaptă \( d \perp \alpha \) în punctul \( O \), și o dreaptă \( a \subset \alpha \). Dacă ducem din \( O \) o perpendiculară \( OA \perp a \) (\( A \in a \)), atunci pentru orice punct \( P \in d \), segmentul \( PA \) va fi perpendicular pe \( a \). \[ \left. \begin{array}{l} d \perp \alpha, d \cap \alpha = \{O\} \\ OA \perp a, a \subset \alpha \\ P \in d \end{array} \right\} \Rightarrow PA \perp a \]
Un plan \(\alpha\) este reprezentat ca un paralelogram orizontal în perspectivă. Un punct O este situat în planul \(\alpha\). O dreaptă 'd' este perpendiculară pe planul \(\alpha\) în punctul O, extinzându-se vertical în sus. Pe dreapta 'd' se află un punct P, situat deasupra lui O. O dreaptă 'a' este inclusă în planul \(\alpha\). Din punctul O, un segment OA este trasat perpendicular pe dreapta 'a', unde A este punctul de intersecție pe dreapta 'a'. Această perpendicularitate la A (\(OA \perp a\)) trebuie marcată cu un simbol de unghi drept. Un segment PA conectează punctul P de pe dreapta 'd' cu punctul A de pe dreapta 'a'. Conform Teoremei celor Trei Perpendiculare, segmentul PA este de asemenea perpendicular pe dreapta 'a' în punctul A; această perpendicularitate (\(PA \perp a\)) trebuie de asemenea marcată cu un simbol de unghi drept. Se vor eticheta clar planul \(\alpha\), dreapta 'd', dreapta 'a' și punctele O, A, P.
Această teoremă este esențială pentru calculul distanței de la un punct la o dreaptă în spațiu (\( d(P, a) = PA \)). Reciprocele sale se folosesc extensiv pentru calcularea distanței de la un punct la un plan.

Probleme de antrenament

Ușoară: Un segment \( AB \) cu lungimea de \( 10 \text{ cm} \) face un unghi de \( 60^\circ \) cu un plan \( \alpha \). Calculați lungimea proiecției segmentului \( AB \) pe planul \( \alpha \).
Fie \( A'B' \) proiecția segmentului \( AB \) pe planul \( \alpha \).
Aplicăm formula: \( A'B' = AB \cdot \cos 60^\circ \)
\( A'B' = 10 \cdot \frac{1}{2} = 5 \text{ cm} \).
Medie: Fie un pătrat \( ABCD \) cu latura de \( 6 \text{ cm} \). Din vârful \( A \) se ridică pe planul pătratului o perpendiculară \( AM = 8 \text{ cm} \). Calculați distanța de la punctul \( M \) la dreapta \( BC \).
Aplicăm Teorema celor trei perpendiculare.
1. Știm că \( MA \perp (ABCD) \) în punctul \( A \).
2. În planul bazei, \( ABCD \) este pătrat, deci \( AB \perp BC \).
3. Din 1 și 2, conform T3P, rezultă că \( MB \perp BC \).
Așadar, distanța de la \( M \) la dreapta \( BC \) este exact lungimea segmentului \( MB \).
În triunghiul dreptunghic \( MAB \) (\( \sphericalangle A = 90^\circ \)): \( MB^2 = MA^2 + AB^2 = 8^2 + 6^2 = 64 + 36 = 100 \).
\( MB = \sqrt{100} = 10 \text{ cm} \).
Dificilă: Într-un tetraedru regulat \( ABCD \) cu muchia \( l = 6\sqrt{3} \text{ cm} \), calculați înălțimea tetraedrului.
Într-un tetraedru regulat, baza \( BCD \) este triunghi echilateral, iar piciorul înălțimii \( AO \) cade în centrul cercului circumscris bazei (\( O \)).
Înălțimea triunghiului echilateral de latură \( l \) este \( h = \frac{l\sqrt{3}}{2} = \frac{6\sqrt{3} \cdot \sqrt{3}}{2} = 9 \text{ cm} \).
Raza cercului circumscris bazei (\( BO \)) este două treimi din înălțimea bazei: \( BO = \frac{2}{3} \cdot 9 = 6 \text{ cm} \).
În triunghiul dreptunghic \( AOB \) (\( \sphericalangle O = 90^\circ \)), muchia laterală este ipotenuza \( AB = 6\sqrt{3} \text{ cm} \).
Aplicăm teorema lui Pitagora: \( AO^2 = AB^2 - BO^2 \)
\( AO^2 = (6\sqrt{3})^2 - 6^2 = 108 - 36 = 72 \).
\( AO = \sqrt{72} = 6\sqrt{2} \text{ cm} \).

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: