Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

a)
Proiecția punctului E pe planul (BCD)
\( EA \perp (ABCD) \implies EA \perp (BCD) \) \( EA \cap (BCD) = \{A\} \implies \text{pr}_{(BCD)} E = A \)
b)
Proiecția punctului F pe planul (EGH)
\( F \in (EFGH) \implies F \in (EGH) \) \( \text{pr}_{(EGH)} F = F \)
c)
Proiecția punctului E pe planul (BDF)
\( EM \perp FH, EM \perp FB, \{FH, FB\} \subset (BDFH) \implies EM \perp (BDFH) \) \( EM \cap (BDF) = \{M\} \implies \text{pr}_{(BDF)} E = M \)
d)
Proiecția punctului O pe planul (FGH)
\( OM \parallel AE, AE \perp (EFGH) \implies OM \perp (FGH) \) \( OM \cap (FGH) = \{M\} \implies \text{pr}_{(FGH)} O = M \)
e)
Proiecția segmentului OM pe planul (BCD)
\( \text{pr}_{(BCD)} O = O \) \( MO \perp (BCD) \implies \text{pr}_{(BCD)} M = O \) \( \text{pr}_{(BCD)} OM = O \)
f)
Proiecția segmentului OM pe planul (BDF)
\( O, M \in (BDFH) \implies O, M \in (BDF) \) \( \text{pr}_{(BDF)} OM = OM \)
g)
Proiecția segmentului BG pe planul (ACD)
\( \text{pr}_{(ABCD)} B = B \) \( GC \perp (ABCD) \implies \text{pr}_{(ACD)} G = C \) \( \text{pr}_{(ACD)} BG = BC \)
h)
Proiecția dreptei AG pe planul (AED)
\( \text{pr}_{(ADEH)} A = A \) \( GH \perp (ADEH) \implies \text{pr}_{(AED)} G = H \) \( \text{pr}_{(AED)} AG = AH \)

Rezolvare detaliată

Pentru a rezolva acest tip de probleme în spațiu, trebuie să identificăm proiecția ortogonală a fiecărui punct component pe planul dat. Proiecția unui punct pe un plan este piciorul perpendicularei duse din acel punct pe plan.
Desenează un cub tridimensional ABCDEFGH. Baza inferioară este pătratul ABCD, iar baza superioară este pătratul EFGH. Vârfurile sunt conectate vertical astfel încât A este sub E, B sub F, C sub G și D sub H. Adoptă o perspectivă 3D standard unde fața frontală (e.g., ABEF) este vizibilă, iar muchiile ascunse trebuie reprezentate cu linii întrerupte. Pe baza inferioară ABCD, trasează diagonalele AC și BD, care se intersectează în punctul O (centrul pătratului ABCD). Pe baza superioară EFGH, trasează diagonalele EG și FH, care se intersectează în punctul M (centrul pătratului EFGH). Asigură-te că toate vârfurile (A-H), precum și punctele O și M, sunt clar etichetate.

a) Proiecția punctului E pe planul (BCD)

Planul \((BCD)\) este planul bazei inferioare \((ABCD)\). În cub, muchiile laterale sunt perpendiculare pe baze. Muchia \(EA\) este perpendiculară pe planul \((ABCD)\). \[ EA \perp (ABCD) \] Deoarece \(A\) este piciorul perpendicularei, proiecția punctului \(E\) pe planul \((BCD)\) este punctul **A**.

b) Proiecția punctului F pe planul (EGH)

Planul \((EGH)\) este planul bazei superioare \((EFGH)\). Punctul \(F\) aparține acestui plan deoarece este un vârf al pătratului \(EFGH\). \[ F \in (EGH) \] Proiecția unui punct care aparține planului este chiar punctul însuși. Deci, proiecția este punctul **F**.

c) Proiecția punctului E pe planul (BDF)

Planul \((BDF)\) este același cu planul secțiunii diagonale \((BDFH)\). În pătratul bazei superioare \(EFGH\), diagonalele sunt perpendiculare, deci \(EM \perp FH\). De asemenea, \(EM \perp FB\) (deoarece \(FB\) este perpendiculară pe baza superioară). Rezultă că \(EM \perp (BDFH)\). \[ EM \perp (BDF) \] Punctul \(M\) este intersecția perpendicularei cu planul, deci proiecția este punctul **M**.

d) Proiecția punctului O pe planul (FGH)

Planul \((FGH)\) este baza superioară. Muchia laterală care trece prin \(O\) este segmentul \(OM\) (unde \(M\) este centrul bazei superioare și \(O\) centrul bazei inferioare). Deoarece \(OM \perp (EFGH)\) (fiind paralelă cu muchiile laterale), piciorul perpendicularei din \(O\) este \(M\). \[ OM \perp (FGH) \] Proiecția punctului \(O\) pe planul \((FGH)\) este punctul **M**.

e) Proiecția segmentului OM pe planul (BCD)

Segmentul \(OM\) este perpendicular pe planul bazei \((BCD)\). Am stabilit deja că proiecția lui \(M\) pe planul bazei este \(O\) și proiecția lui \(O\) este chiar \(O\). \[ \text{pr}_{(BCD)} M = O \text{ și } \text{pr}_{(BCD)} O = O \] Când un segment este perpendicular pe un plan, proiecția sa este un singur punct, în acest caz punctul **O**.

f) Proiecția segmentului OM pe planul (BDF)

Punctele \(O\) și \(M\) aparțin ambele planului \((BDFH)\), deci și planului \((BDF)\). \[ O \in (BDF), M \in (BDF) \] Proiecția unui segment care se află deja în plan este segmentul însuși. Deci, proiecția este segmentul **OM**.

g) Proiecția segmentului BG pe planul (ACD)

Planul \((ACD)\) este planul bazei inferioare \((ABCD)\). Proiecția lui \(B\) este \(B\). Proiecția lui \(G\) este punctul \(C\) (deoarece \(GC \perp (ABCD)\)). \[ \text{pr}_{(ACD)} B = B, \text{pr}_{(ACD)} G = C \] Astfel, proiecția segmentului \(BG\) este segmentul **BC**.

h) Proiecția dreptei AG pe planul (AED)

Planul \((AED)\) este fața laterală stângă \((ADEH)\). Punctul \(A\) aparține planului. Pentru punctul \(G\), observăm că \(GH \perp (ADEH)\) (muchia \(GH\) este perpendiculară pe fața laterală). Deci proiecția lui \(G\) pe plan este \(H\). \[ \text{pr}_{(AED)} A = A, \text{pr}_{(AED)} G = H \] Proiecția dreptei \(AG\) pe plan este dreapta determinată de proiecțiile punctelor, adică dreapta **AH**.

Rezolvare scurtă:

a) \( EA \perp (BCD) \implies A \). b) \( F \in (EGH) \implies F \). c) \( EM \perp (BDF) \implies M \). d) \( OM \perp (FGH) \implies M \). e) \( \text{pr} M = O, \text{pr} O = O \implies O \). f) \( O, M \in (BDF) \implies OM \). g) \( \text{pr} B = B, \text{pr} G = C \implies BC \). h) \( \text{pr} A = A, \text{pr} G = H \implies AH \).

Cele mai importante aspecte ale lecției

Proiecția ortogonală: Punctul \( P' \) obținut prin intersecția perpendicularei duse din \( P \) cu planul.
Proiecția unei drepte: Este în general o dreaptă, dar devine un singur punct dacă dreapta este perpendiculară pe plan.
Unghiul dintre o dreaptă și un plan: Este unghiul \( u \) format de acea dreaptă cu proiecția sa pe plan (\( 0^\circ \le u^\circ \le 90^\circ \)).
Lungimea proiecției unui segment: Se calculează cu formula practică \( A'B' = AB \cdot \cos u^\circ \). De exemplu, proiecția unui segment de \( 10 \) cu unghi de \( 60^\circ \) va avea lungimea \( 10 \cdot 0.5 = 5 \).
Proiecția ortogonală a unui punct pe un plan este punctul în care perpendiculara dusă din acel punct pe plan intersectează planul (piciorul perpendicularei).
Un plan \( \alpha \) este desenat în perspectivă, reprezentat ca un paralelogram umbrit. Un punct \( P \) este poziționat deasupra și în afara planului \( \alpha \). O dreaptă segment, etichetată \( PP' \), este trasată din punctul \( P \) coborând perpendicular pe plan. Această dreaptă intersectează planul în punctul \( P' \). Un simbol de unghi drept este vizibil la punctul \( P' \), indicând că dreapta \( PP' \) este perpendiculară pe planul \( \alpha \). Punctul \( P' \) este etichetat ca fiind proiecția punctului \( P \) pe plan.
Dacă perpendiculara din \( P \) pe planul \( \alpha \) intersectează planul în \( P' \), notăm: \( P' = \text{pr}_{\alpha} P \).
Dacă punctul \( P \) se află deja în planul \( \alpha \) (\( P \in \alpha \)), atunci proiecția punctului \( P \) pe planul \( \alpha \) este chiar punctul \( P \).
Proiecția unei figuri geometrice oarecare pe un plan este formată din mulțimea proiecțiilor tuturor punctelor acelei figuri pe planul respectiv.
Într-un cub \( ABCDA'B'C'D' \):
- \( \text{pr}_{(ABC)} A' = A \), deoarece muchia \( AA' \) este perpendiculară pe planul bazei \( (ABC) \).
- \( \text{pr}_{(ABC)} C = C \), deoarece punctul \( C \) se află deja în planul \( (ABC) \).
Proiecția unei drepte pe un plan este fie o dreaptă, fie un punct.
Cazurile proiecției unei drepte \( d \) pe un plan \( \alpha \):
  • Dacă \( d \) nu este perpendiculară pe \( \alpha \), proiecția ei este o dreaptă \( d' \).
  • Dacă \( d \) este perpendiculară pe \( \alpha \) (\( d \perp \alpha \)), proiecția ei este un punct (punctul de intersecție cu planul).
  • Dacă \( d \) este paralelă cu \( \alpha \) (\( d \parallel \alpha \)), proiecția ei este o dreaptă \( d' \) paralelă cu \( d \).
  • Dacă \( d \) este conținută în \( \alpha \) (\( d \subset \alpha \)), proiecția ei este chiar dreapta \( d \).
Proiecția unui segment pe un plan este un segment (dacă dreapta suport nu este perpendiculară pe plan) sau un punct (dacă dreapta suport este perpendiculară pe plan).
Dacă \( A' \) și \( B' \) sunt proiecțiile punctelor \( A \) și \( B \) pe planul \( \alpha \), notăm: \( A'B' = \text{pr}_{\alpha} AB \).
Unghiul unei drepte cu un plan este unghiul determinat de acea dreaptă cu proiecția ei pe plan (în cazul în care dreapta nu este nici perpendiculară, nici paralelă cu planul).
Un plan \( \alpha \) este reprezentat în perspectivă 3D. O dreaptă \( d \) intersectează planul \( \alpha \) într-un punct \( O \). Un punct \( P \) se află pe dreapta \( d \), situat deasupra planului \( \alpha \). Proiecția ortogonală a punctului \( P \) pe planul \( \alpha \) este punctul \( P' \). Dreapta \( d' \), proiecția dreptei \( d \) pe planul \( \alpha \), trece prin punctele \( O \) și \( P' \) și se află în întregime în planul \( \alpha \). Unghiul \( u \) este format între dreapta \( d \) și proiecția sa \( d' \), având vârful în punctul \( O \). Punctele \( O, P, P' \), dreptele \( d, d' \) și planul \( \alpha \) sunt clar etichetate. Segmentul \( PP' \) este desenat cu o linie întreruptă pentru a indica perpendicularitatea pe planul \( \alpha \).
Convenții pentru cazurile speciale:
  • Dacă dreapta este perpendiculară pe plan, unghiul considerat este de \( 90^\circ \).
  • Dacă dreapta este paralelă cu planul sau conținută în el, unghiul considerat este de \( 0^\circ \).
Măsura unghiului \( u \) format de o dreaptă cu un plan este întotdeauna cuprinsă în intervalul \( [0^\circ, 90^\circ] \).
Unghiul format de un segment cu un plan este unghiul format de dreapta care conține acel segment cu planul respectiv.
Dacă măsura unghiului dintre segmentul \( AB \) și planul \( \alpha \) este \( u^\circ \) (unde \( 0^\circ < u^\circ < 90^\circ \)) și \( A'B' \) este proiecția segmentului \( AB \) pe plan, lungimea proiecției se calculează folosind funcția cosinus.
\[ A'B' = AB \cdot \cos u^\circ \] unde \( A'B' \) este lungimea proiecției, \( AB \) este lungimea segmentului original, iar \( u^\circ \) este unghiul dintre dreapta \( AB \) și plan.
Fie un segment \( AB = 10 \text{ cm} \) care face un unghi de \( 60^\circ \) cu planul \( \alpha \).
Lungimea proiecției sale \( A'B' \) pe plan este:
\( A'B' = AB \cdot \cos 60^\circ = 10 \cdot \frac{1}{2} = 5 \text{ cm} \).
Segmentul \( MN \) are lungimea de \( 8\sqrt{2} \text{ cm} \) și formează un unghi de \( 45^\circ \) cu planul \( \beta \). Calculați lungimea proiecției segmentului \( MN \) pe planul \( \beta \).
Aplicăm formula: \( M'N' = MN \cdot \cos 45^\circ \)
\( M'N' = 8\sqrt{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = 8 \cdot \frac{2}{2} = 8 \text{ cm} \).

Probleme de practică

Ușoară: Un segment \( PQ \) are lungimea de \( 15 \text{ cm} \) și este paralel cu planul \( \alpha \). Care este lungimea proiecției segmentului \( PQ \) pe planul \( \alpha \)?
Deoarece segmentul este paralel cu planul, unghiul format de dreapta \( PQ \) cu planul este \( 0^\circ \).
Conform formulei: \( P'Q' = PQ \cdot \cos 0^\circ = 15 \cdot 1 = 15 \text{ cm} \).
Alternativ: Se știe din proprietățile proiecției că proiecția unui segment paralel cu un plan este un segment congruent cu cel inițial. Deci, \( P'Q' = 15 \text{ cm} \).
Medie: Punctele \( A \) și \( B \) se află de aceeași parte a planului \( \alpha \). Proiecția segmentului \( AB \) pe plan este segmentul \( A'B' \). Știind că \( AB = 12 \text{ cm} \) și \( A'B' = 6\sqrt{3} \text{ cm} \), determinați măsura unghiului format de dreapta \( AB \) cu planul \( \alpha \).
Folosim formula \( A'B' = AB \cdot \cos u^\circ \), unde \( u^\circ \) este unghiul căutat.
\( 6\sqrt{3} = 12 \cdot \cos u^\circ \)
\( \cos u^\circ = \frac{6\sqrt{3}}{12} = \frac{\sqrt{3}}{2} \)
Deoarece \( \cos 30^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2} \), rezultă că măsura unghiului format de dreapta \( AB \) cu planul este de \( 30^\circ \).
Dificilă: Fie cubul \( ABCDA'B'C'D' \) cu muchia de \( 6 \text{ cm} \). Determinați proiecția dreptei \( AC' \) pe planul bazei \( (ABC) \), precum și cosinusul unghiului format de dreapta \( AC' \) cu planul \( (ABC) \).
1. Determinarea proiecției:
Pentru a găsi proiecția dreptei \( AC' \) pe \( (ABC) \), proiectăm punctele dreptei pe acest plan.
\( \text{pr}_{(ABC)} A = A \) (deoarece \( A \in (ABC) \)).
\( \text{pr}_{(ABC)} C' = C \) (deoarece muchia \( C'C \perp (ABC) \)).
Așadar, proiecția dreptei \( AC' \) pe planul \( (ABC) \) este dreapta \( AC \).

2. Calculul unghiului:
Unghiul dintre dreapta \( AC' \) și planul \( (ABC) \) este unghiul dintre \( AC' \) și proiecția sa \( AC \), adică unghiul \( \sphericalangle C'AC \).
Triunghiul \( ACC' \) este dreptunghic în \( C \) (deoarece \( CC' \perp (ABC) \), deci \( CC' \perp AC \)).
\( AC \) este diagonala pătratului de bază, deci \( AC = l\sqrt{2} = 6\sqrt{2} \text{ cm} \).
\( AC' \) este diagonala cubului, deci \( AC' = l\sqrt{3} = 6\sqrt{3} \text{ cm} \).
În \( \Delta ACC' \): \( \cos(\sphericalangle C'AC) = \frac{\text{cateta alăturată}}{\text{ipotenuză}} = \frac{AC}{AC'} = \frac{6\sqrt{2}}{6\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3} \).

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: