Lecția IV.15 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

În tetraedrul \(ABCD\): \( AB \perp (BCD) \) \( BC \subset (BCD) \implies AB \perp BC \implies \triangle ABC \) este dreptunghic în \(B\) (\( \measuredangle ABC = 90^\circ \)) Conform Teoremei celor trei perpendiculare (T3P): \( AB \perp (BCD) \) \( BC \perp CD \), cu \( BC, CD \subset (BCD) \) \( \implies AC \perp CD \implies d(A, CD) = AC \) În \(\triangle ABC\) (\(\measuredangle B = 90^\circ\)), aplicăm Teorema lui Pitagora: \( AC^2 = AB^2 + BC^2 \) \( AC^2 = 8^2 + 15^2 = 64 + 225 = 289 \) \( AC = \sqrt{289} = 17 \text{ dm} \) Răspuns corect: d)

Rezolvare detaliată

Pasul 1: Analiza ipotezei și construirea figurii geometrice

Avem un tetraedru \(ABCD\) în care dreapta \(AB\) este perpendiculară pe planul bazei \((BCD)\). Dimensiunile cunoscute sunt \(AB = 8 \text{ dm}\) și \(BC = 15 \text{ dm}\). În plus, ni se dă relația de perpendicularitate în planul bazei: \(BC \perp CD\). Trebuie să determinăm distanța de la punctul \(A\) la dreapta \(CD\).

Pasul 2: Aplicarea Teoremei celor trei perpendiculare (T3P)

Pentru a identifica distanța de la punctul \(A\) la dreapta \(CD\), verificăm ipotezele Teoremei celor trei perpendiculare: - \(AB \perp (BCD)\) (perpendiculara din punct pe plan) - \(BC \perp CD\), unde \(BC \subset (BCD)\) și \(CD \subset (BCD)\) (perpendiculara din piciorul perpendicularei pe o dreaptă din plan) - Deoarece \(AB \perp (BCD)\), \(BC \perp CD\) și \(CD \subset (BCD)\), rezultă conform Teoremei celor trei perpendiculare că: \[ AC \perp CD \] Prin urmare, distanța de la punctul \(A\) la dreapta \(CD\) este lungimea segmentului \(AC\): \[ d(A, CD) = AC \]

Pasul 3: Calculul segmentului \(AC\) în triunghiul dreptunghic \(ABC\)

Deoarece \(AB \perp (BCD)\) și \(BC \subset (BCD)\), rezultă că dreapta \(AB\) este perpendiculară pe dreapta \(BC\). Astfel, triunghiul \(\Delta ABC\) este un triunghi dreptunghic în \(B\) (\(\measuredangle ABC = 90^\circ\)). Aplicăm Teorema lui Pitagora în \(\Delta ABC\) pentru a determina lungimea ipotenuzei \(AC\): \[ AC^2 = AB^2 + BC^2 \] Înlocuim valorile cunoscute: \[ AC^2 = 8^2 + 15^2 \] \[ AC^2 = 64 + 225 \] \[ AC^2 = 289 \] \[ AC = \sqrt{289} = 17 \text{ dm} \] Astfel, distanța de la punctul \(A\) la dreapta \(CD\) este \(17 \text{ dm}\). Varianta corectă de răspuns este d).

Rezolvare scurtă:

\( AB \perp (BCD), BC \perp CD \xrightarrow{\text{T3P}} AC \perp CD \implies d(A, CD) = AC \) \(\triangle ABC\) (\(\measuredangle B = 90^\circ\)): \( AC = \sqrt{AB^2 + BC^2} = \sqrt{8^2 + 15^2} = \sqrt{64 + 225} = \sqrt{289} = 17 \text{ dm} \) Răspuns corect: d)

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: