На этом уроке мы рассмотрим перпендикулярность прямых в пространстве, перпендикулярность прямой и плоскости и параллельные прямые, которые перпендикулярны к плоскости.
Вначале дадим определение двух перпендикулярных прямых в пространстве и их обозначение. Рассмотрим и докажем лемму о параллельных прямых, перпендикулярных третьей прямой. Далее дадим определение прямой, перпендикулярной к плоскости, и рассмотрим свойство такой прямой, при этом вспомнив взаимное расположение прямой и плоскости. Далее докажем прямую и обратную теорему о двух параллельных прямых, перпендикулярных к плоскости.
В конце урока решим две задачи на перпендикулярность прямых в параллелепипеде и тетраэдре.
Тема: Перпендикулярность прямой и плоскости
Урок: Перпендикулярные прямые в пространстве. Параллельные прямые, перпендикулярные к плоскости
На этом уроке мы рассмотрим перпендикулярность прямых в пространстве, перпендикулярность прямой и плоскости и параллельные прямые, которые перпендикулярны к плоскости .
Определение . Две прямые называются перпендикулярными, если угол между ними равен 90°.
Обозначение . .
Рассмотрим прямые а и b . Прямые могут пересекаться, скрещиваться, быть параллельными. Для того, чтобы построить угол между ними нужно выбрать точку и через нее провест а, и прямую , параллельную прямойb . Прямые и пересекаются. Угол между ними и есть угол между прямыми а и b. Если угол равен 90°, то прямые а и b перпендикулярны.
Если одна из двух параллельных прямых перпендикулярна к третьей прямой, то и другая прямая перпендикулярна к этой прямой.
Доказательство :
Пусть даны две параллельные прямые а и b, и прямая с ,причем . Нужно доказать, что .
Возьмем произвольную точку М . Через точку М проведем прямую , параллельную прямой а и прямую , параллельную прямой c (рис. 2). Тогда угол АМС равен 90°.
Прямая b параллельна прямой а по условию, прямая параллельна прямой а по построению. Значит, прямые и b параллельны.
Имеем, прямые и b параллельны, прямые с и параллельны по построению. Значит, угол между прямыми b и с - это угол между прямыми и, то есть угол АМС , равный 90°. Значит, прямые b и с перпендикулярны, что и требовалось доказать.
Определение . Прямая называется перпендикулярной к плоскости, если она перпендикулярна к любой прямой, лежащей в этой плоскости.
Обозначение. .
1. Геометрия. 10-11 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений (базовый и профильный уровни) / И. М. Смирнова, В. А. Смирнов. - 5-е издание, исправленное и дополненное - М.: Мнемозина, 2008. - 288 с.: ил.
Задания 5, 6, 7 стр. 54
2. Дайте определение перпендикулярности прямых в пространстве.
3. Равные стороны АВ и CD четырехугольника ABCD перпендикулярны некоторой плоскости. Определите вид четырехугольника.
4. Сторона треугольника перпендикулярна некоторой прямой а. Докажите, что одна из средних линий треугольника перпендикулярна прямой а .
План-конспект урока по геометрии в 10 классе на тему «Перпендикулярность прямой и плоскости»
Цели урока:
обучающие
введение признака перпендикулярности прямой и плоскости;
формировать представления учащихся о перпендикулярности прямой и плоскости, их свойствах;
формировать умения учащихся решать типичные задачи по теме, умения доказывать утверждения;
развивающие
развивать самостоятельность, познавательную активность;
развивать умение анализировать, делать выводы, систематизировать полученную информацию,
развивать логическое мышление;
развивать пространственное воображение.
воспитательные
воспитание культуры речи учащихся, усидчивости;
прививать учащимся интерес к предмету.
Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления знаний.
Формы работы учащихся: фронтальный опрос.
Оборудование: компьютер, проектор, экран.
Литература: «Геометрия 10-11», Учебник. Атанасян Л.С. и др.
(2009, 255с.)
План урока:
Организационный момент (1 минуты);
Актуализация знаний (5 минут);
Изучение нового материала (15 минут);
Первичное закрепление изученного материала (20 минуты);
Подведение итогов (2 минуты);
Домашнее задание (2 минуты).
Ход урока.
Организационный момент (1 минуты)
Приветствие учеников. Проверка готовности учащихся к уроку: проверка наличия тетрадей, учебников. Проверка отсутствующих на уроке.
Актуализация знаний (5 минут)
Учитель. Какая прямая называется перпендикулярной к плоскости?
Ученик. Прямая перпендикулярная любой прямой лежащей в этой плоскости называется прямой перпендикулярной этой плоскости.
Учитель. Как звучит лемма о двух параллельных прямых перпендикулярных третьей?
Ученик. Если одна из двух параллельных прямых перпендикулярна к третьей прямой, то и другая прямая перпендикулярна к этой прямой.
Учитель. Теорема о перпендикулярности двух параллельных прямых к плоскости.
Ученик. Если одна из двух параллельных прямых перпендикулярна к плоскости, то и вторая прямая перпендикулярна к этой плоскости.
Учитель. Как звучит теорема обратная данной?
Ученик. Если две прямые перпендикулярный одной и той же плоскости, то они параллельны.
Проверка домашнего задания
Домашнее задание проверяется, если у учеников возникли трудности при его решении.
Изучение нового материала (15 минут)
Учитель. Мы с вами знаем, что если прямая перпендикулярная к плоскости, то она будет перпендикулярна к любой прямой лежащей в этой плоскости, но в определении перпендикулярность прямой к плоскости дается как факт. На практике же часто приходится определить будет ли являться прямая перпендикулярной к плоскости или нет. Такие примеры можно привести из жизни: при строительстве зданий сваи вбивают перпендикулярно поверхности земли, иначе конструкция может рухнуть. Определением прямой перпендикулярной плоскости в этом случае воспользоваться невозможно. Почему? Сколько прямых можно провести в плоскости?
Ученик. В плоскости можно провести бесконечно много прямых
Учитель. Правильно. И проверить перпендикулярность прямой к каждой отдельной плоскости невозможно, так как это займет бесконечно много времени. Для того чтобы понять является ли прямая перпендикулярной к плоскости введем признак перпендикулярности прямой и плоскости. Запишите в тетради. Если прямая перпендикулярна к двум пересекающимся прямым, лежащим в плоскости, то она перпендикулярна к этой плоскости.
Запись в тетради. Если прямая перпендикулярна к двум пересекающимся прямым, лежащим в плоскости, то она перпендикулярна к этой плоскости.
Учитель. Таким образом нам нет необходимости проверять перпендикулярность прямой для каждой прямой плоскости, достаточно проверить перпендикулярность лишь для двух прямых этой плоскости.
Учитель. Давайте докажем это признак.
Дано: p и q – прямые, p ∩ q = O , a ⊥ p , a ⊥ q , p ϵ α, q ϵ α.
Доказать: a ⊥ α.
Учитель. И все таки для доказательства воспользуемся определением прямой перпендикулярной плоскости, как оно звучит?
Ученик. Если прямая перпендикулярна плоскости, то она перпендикулярна любой прямой лежащей в этой плоскости.
Учитель. Правильно. Начертим в плоскости α любую прямую m . Проведем через точку О прямую l ║ m . На прямой a отметим точки А и В так чтобы точка О была серединой отрезка АВ. Проведем прямую z таким образом, чтобы она пересекала прямые p , q , l , точки пересечения этих прямых обозначим P , Q , L соответственно. Соединим концы отрезка АВ с точками P ,Q и L .
Учитель. Что мы можем сказать о треугольниках ∆APQ и ∆BPQ ?
Ученик. Эти треугольники будут равны (по 3 признаку равенства треугольников).
Учитель. Почему?
Ученик. Т.к. прямые p и q – серединные перпендикуляры, то AP = BP , AQ = BQ , а сторона PQ – общая.
Учитель. Правильно. Что мы можем сказать о треугольниках ∆APL и ∆BPL ?
Ученик. Эти треугольники тоже будут равны (по 1 признаку равенства треугольников).
Учитель. Почему?
Ученик. AP = BP , PL – общая сторона, APL = BPL (из равенства ∆ APQ и ∆ BPQ )
Учитель. Правильно. А значит AL = BL . Значит каким будет ∆ALB ?
Ученик. Значит ∆ALB будет равнобедренным.
Учитель. LO – медиана в ∆ALB , значит чем она будет являться в этом треугольнике?
Ученик. Значит LO будет являться еще и высотой.
Учитель. Следовательно прямая l будет перпендикулярна прямой a . А так как прямая l – любая прямая принадлежащая плоскости α, то по определению прямая a ⊥ α. Что и требовалось доказать.
Доказывается при помощи призентации
Учитель. А что делать если прямая a не пересекает точку О, но остается перпендикулярной к прямым p и q ? Если прямая а пересекает любую другую точку данной плоскости?
Ученик. Можно построить прямую а 1 , которая будет параллельна прямой а, будет пересекать точку О, а по лемме о двух параллельных прямых перпендикулярных третьей можно доказать, что a 1 ⊥ p , a 1 ⊥ q .
Учитель. Правильно.
Первичное закрепление изученного материала (20 минут)
Учитель. Для того чтобы закрепить изученный нами материал решим номер 126. Прочтите задание.
Ученик. Прямая МВ перпендикулярна к сторонам АВ и ВС треугольника АВС. Определите вид треугольника МВD , где D – произвольная точка прямой АС.
Рисунок.
Дано: ∆ ABC , MB ⊥ BA , MB ⊥ BC , D ϵ AC .
Найти: ∆MBD.
Решение.
Учитель. Можно через вершины треугольника провести плоскость?
Ученик. Да, можно. Плоскость можно провести по трем точкам.
Учитель. Как будут расположены прямые ВА и СВ относительно этой плоскости?
Ученик. Эти прямые будут лежать в этой плоскости.
Учитель. Получается, что мы имеем плоскость, и в ней две пересекающиеся прямые. Как относится прямая МВ к этим прямым?
Ученик. Прямая МВ ⊥ ВА, МВ ⊥ ВС.
Запись на доске и в тетрадях. Т.к. МВ ⊥ ВА, МВ ⊥ ВС
Учитель. Если прямая перпендикулярна двум пересекающимся прямым лежащим в плоскости, то прямая будет относится к этой плоскости?
Ученик. Прямая МВ будет перпендикулярна плоскости АВС.
⊥ АВС.
Учитель. Точка D – произвольная точка на отрезке АС, значит как будет относится прямая BD к плоскости АВС?
Ученик. Значит BD принадлежит плоскости АВС.
Запись на доске и в тетрадях. Т.к. BD ϵ ABC
Учитель. Какими относительно друг друга будут являться прямые МВ и BD ?
Ученик. Эти прямые будут перпендикулярны по определению прямой перпендикулярной к плоскости.
Запись на доске и в тетрадях. ↔ МВ ⊥ BD
Учитель. Если МВ перпендикулярно BD , то каким будет треугольник MBD ?
Ученик. Треугольник MBD будет прямоугольным.
Запись на доске и в тетрадях. ↔ ∆MBD – прямоугольный.
Учитель. Правильно. Решим номер 127. Прочтите задание.
Ученик. В треугольнике ABC сумма углов A и B равна 90°. Прямая BD перпендикулярна к плоскости ABC . Докажите, что CD ⊥ AC.
Ученик выходит к доске. Рисует чертеж.
Запись на доске и в тетради.
Дано: ∆ ABC , A + B = 90°, BD ⊥ ABC .
Докажите: CD ⊥ AC .
Доказательство:
Учитель. Чему равна сумма углов треугольника?
Ученик. Сумма углов в треугольнике равна 180°.
Учитель. Чему будет равен угол C в треугольнике ABC ?
Ученик. Угол C в треугольнике ABC будет равен 90°.
Запись на доске и в тетрадях. C = 180° - A - B = 90°
Учитель. Если угол С равен 90°, то как относительно друг друга будут располагаться прямые АС и ВС?
Ученик. Значит АС ⊥ ВС.
Запись на доске и в тетрадях. ↔ АС ⊥ ВС
Учитель. Прямая BD перпендикулярна плоскости ABC . Что из этого следует?
Ученик. Значит BD перпендикулярно любой прямой из ABC .
BD ⊥ ABC ↔ BD перпендикулярно любой прямой из ABC (по определению)
Учитель. В соответствии с этим, как будут относится прямые BD и AC ?
Ученик. Значит эти прямые будут перпендикулярны.
BD ⊥ AC
Учитель. АС перпендикулярно двум пересекающимся прямым лежащим в плоскости DBC , но АС не проходит через точку пересечения. Как это исправить?
Ученик. Через точку В проведем прямую а параллельную АС. Так как АС перпендикулярно BC и BD , то и а будет перпендикулярно BC и BD по лемме.
Запись на доске и в тетрадях. Через точку В проведем прямую а ║АС ↔ а ⊥ BC , а ⊥ BD
Учитель. Если прямая а будет перпендикулярно BC и BD , то что можно сказать о взаимном расположении прямой а и плоскости BDC ?
Ученик. Значит прямая а будет перпендикулярна плоскости BDC , а значит и прямая АС будет перпендикулярна BDC .
Запись на доске и в тетрадях. ↔ а ⊥ BDC ↔ АС ⊥ BDC .
Учитель. Если АС перпендикулярна BDC , то как относительно друг друга будут располагаться прямые АС и DC ?
Ученик. АС и DC будут перпендикулярны по определению прямой перпендикулярной к плоскости.
Запись на доске и в тетрадях. Т.к. АС ⊥ BDC ↔ АС ⊥ DC
Учитель. Молодец. Решим номер 129. Прочитайте задание.
Ученик. Прямая AM перпендикулярна к плоскости квадрата ABCD , диагонали которого пересекаются в точке О. Докажите, что: а) прямая BD перепендикулярна к плоскости AMO ; б) MO ⊥ BD .
К доске выходит ученик. Рисует чертеж.
Запись на доске и в тетради.
Дано: ABCD – квадрат, AM ⊥ ABCD , AC ∩ BD = O
Доказать: BD ⊥ AMO, MO ⊥ BD
Доказательство:
Учитель. Нам нужно доказать чтопрямая BD ⊥ AMO . Какие условия для этого должны выполняться?
Ученик. Нужно чтобы прямая BD была перпендикулярна хотябы двум пересекающимся прямым из плоскости AMO .
Учитель. В условии сказано что BD перпендикулярна двум пересекающимся прямым из AMO ?
Ученик. Нет.
Учитель. Но мы знаем, что AM перпендикулярна ABCD . Какой вывод можно из этого сделать?
Ученик. Значит, что AM перпендикулярна любой прямой из этой плоскости, тоесть AM перпендикулярна BD .
AM ⊥ ABCD ↔ AM ⊥ BD (по определению).
Учитель. Одна прямая перпендикулярна BD есть. Обратите внимание на квадрат, как будут распологаться относительно друг друга прямые AC и BD ?
Ученик. AC будет перпендикулярна BD по свойству диагоналей квадрата.
Запись на доске и в тетради. Т.к. ABCD – квадрат, то AC ⊥ BD (по свойству диагоналей квадрата)
Учитель. Мы нашли две пересекающиеся прямые лежащие в плоскости AMO перпендикулярные прямой BD . Что из этого следует?
Ученик. Значит, что BD перпендикулярна плоскости AMO .
Запись на доске и в тетрадях. Т.к. AC ⊥ BD и AM ⊥ BD ↔ BD ⊥ AMO (по признаку)
Учитель. Какая прямая называется прямой перпендикулярной к плоскости?
Ученик. Прямая называется перпендикулярной к плоскости, если она перпендикулярна любой прямой из этой плоскости.
Учитель. А значит как взаимо расположены прямые BD и OM ?
Ученик. Значит BD перпендикулярно OM . Что и требовалось доказать.
Запись на доске и в тетрадях. ↔ BD ⊥ MO (по определению). Что и требовалось доказать.
Подведение итогов (2 минуты)
Учитель. Сегодня мы изучили признак перпендикулярности прямой и плоскости. Как он звучит?
Ученик. Если прямая перпендикулярна двум пересекающимся прямым лежащим в плоскости, то эта прямая перпендикулярна этой плоскости.
Учитель. Правильно. Мы научились применять этот признак при решении задач. Кто отвечал у доски и помогал с места молодцы.
Домашнее задание (2 минуты)
Учитель. Параграф 1, пункты 15 -17, учить: лемму, определение и все теоремы. №130, 131.
Две прямые в пространстве называются перпендикулярными, если угол между ними равен 90 o .
рис. 37 |
Перпендикулярные прямые могут пересекаться и могут быть скрещивающимися. Лемма. Если одна из двух параллельных прямых перпендикулярна к третьей прямой, то и другая прямая перпендикулярна к этой прямой. Определение. Прямая называется перпендикулярной к плоскости, если она перпендикулярна к любой прямой, лежащей в плоскости. Говорят также, что плоскость перпендикулярна к прямой а. |
рис. 38 |
Если прямая а перпендикулярна к плоскости , то она, очевидно, пересекает эту плоскость. В самом деле, если бы прямая а не пересекала плоскость , то она лежала бы в этой плоскости или была бы параллельна ей. Но в том и в другом случае в плоскости имелись бы прямые, не перпендикулярные к прямой а, например прямые, параллельные ей, что невозможно. Значит, прямая а пересекает плоскость . |
Связь между параллельностью прямых и их перпендикулярностью к плоскости.
Признак перпендикулярности прямой и плоскости.
Замечания.
- Через любую точку пространства проходит плоскость, перпендикулярная к данной прямой, и притом единственная.
- Через любую точку пространства проходит прямая, перпендикулярная к данной плоскости, и притом только одна.
- Если две плоскости перпендикулярны к прямой, то они параллельны.
Задачи и тесты по теме "Тема 5. "Перпендикулярность прямой и плоскости"."
- Перпендикулярность прямой и плоскости
- Двугранный угол. Перпендикулярность плоскостей - Перпендикулярность прямых и плоскостей 10 класс
Уроков: 1 Заданий: 10 Тестов: 1
- Перпендикуляр и наклонные. Угол между прямой и плоскостью - Перпендикулярность прямых и плоскостей 10 класс
Уроков: 2 Заданий: 10 Тестов: 1
- Параллельность прямых, прямой и плоскости - Параллельность прямых и плоскостей 10 класс
Уроков: 1 Заданий: 9 Тестов: 1
- Перпендикулярные прямые - Начальные геометрические сведения 7 класс
Уроков: 1 Заданий: 17 Тестов: 1
Материал темы обобщает и систематизирует известные Вам из планиметрии сведения о перпендикулярности прямых. Изучение теорем о взаимосвязи параллельности и перпендикулярности прямых и плоскостей в пространстве, а также материал о перпендикуляре и наклонных целесообразно сочетать с систематическим повторением соответствующего материала из планиметрии.
Решения практически всех задач на вычисление сводятся к применению теоремы Пифагора и следствий из нее. Во многих задачах возможность применения теоремы Пифагора или следствий из нее обосновывается теоремой о трех перпендикулярах или свойствами параллельности и перпендикулярности плоскостей.
Усеченный конус и его свойства. Площадь полной и боковой усеченного конуса.
Билет № 21.
Теорема об отрезках параллельных прямых, заключенных между параллельными плоскостями.
Пирамида. Площадь полной и боковой поверхности пирамиды. Объем пирамиды.
Билет № 22.
Теоремы о линии пересечения плоскостей: одна из которых проходит через прямую, параллельную другой плоскости; каждая из которых проходит через одну из двух параллельных прямых.
Признак выпуклого многогранника. Понятие о развертке многогранника.
Теорема - признак выпуклого многогранника (обратная теорема). Если многогранник лежит по одну сторону от каждой своей грани, то он выпуклый.
Доказательство (от противного):
1) Пусть многогранник М лежит по одну сторону от плоскости каждой своей грани. Допустим, что многогранник не выпуклый. Тогда найдутся такие две точки А и В, что на отрезке АВ есть точка Х, не принадлежащая М. α - плоскость, содержащая грань выпуклого многогранника. Допустим, что многогранник не лежит по одну сторону от плоскости α. Тогда существуют две такие точки А и В, которые лежат по разные стороны от плоскости α. Соединим точки А и В со всеми точками грани Q, лежащей в плоскости α. Получен многогранник M 1 , состоящий из двух пирамид с вершинами А и В и общим основанием Q. Эти пирамиды образованы отрезками АХ и ВХ, где Х - любая точка грани Q.
2) Поскольку исходный многогранник М выпуклый, то точки отрезков АХ и ВХ, то есть все точки многогранника M 1 являются внутренними точками многогранника М. Иначе многогранник M 1 целиком содержится внутри многогранника М. Это означает, что внутренние точки многоугольника Q лежат внутри многогранника M 1 и многогранника М. Это невозможно, так как многоугольник Q - грань выпуклого многогранника М, а каждая точка этой грани является граничной точкой многогранника. Противоречие. Допущение неверно. Следовательно, точки А и В не лежат по разные стороны от выбранной грани. Многогранник выпуклый по определению.
Поверхностью многогранника является фигура, составленная из конечного числа многоугольников, которые прикладываются друг к другу равными сторонами, и каждая сторона любого из этих многоугольников является общей только для двух из них. Такую фигуру называют замкнутой многогранной поверхностью .
Если модель многогранника разрезать по некоторым ребрам и развернуть на плоскости, то получится многоугольник, который называется разверткой данного многогранника .
Многоугольники, составляющие развертку многогранника, называются гранями развертки , стороны этих многоугольников - ребрами развертки , вершины многоугольников - вершинами развертки , причем склеиваемые стороны многоугольников считаются за одно ребро, а склеиваемые вершины - за одну вершину.
Для того чтобы из данной развертки можно было склеить выпуклый многогранник, необходимо выполнение следующих условий:
1) Условие замкнутости : каждая сторона каждого многоугольника развертки должна склеиваться еще с какой-либо одной стороной одного и только одного другого многоугольника (называемого смежным с данным).
2) Условие Эйлера : если развертка состоит из Г граней, В вершин и Р ребер, то выполняется теорема Декарта-Эйлера.
3) Условие выпуклости : сумма внутренних углов многоугольников (граней) при каждой из вершин развертки должна быть меньше 360°.
Билет № 23.
Теорема о прямой, параллельной каждой из двух пересекающихся плоскостей.
Параллелепипед: его свойства и виды. Объем параллелепипеда.
Билет № 24.
Теоремы о прямых, перпендикулярных плоскости.
Видеоурок 2:
Теорема о трех перпендикулярах. Теория
Видеоурок 3:
Теорема о трех перпендикулярах. Задача
Лекция: Перпендикулярность прямой и плоскости, признаки и свойства; перпендикуляр и наклонная; теорема о трёх перпендикулярах
Перпендикулярность прямой и плоскостиДавайте вспомним, что такое вообще перпендикулярность прямых. Перпендикулярны те прямые, которые пересекаются под углом, равным 90 градусов. При этом угол между ними может быть, как в случае пересечения в некоторой точке, так и в случае скрещивания. Если некоторые прямые скрещиваются под прямым углом, то их тоже можно назвать перпендикулярными прямыми в том случае, если благодаря параллельному переносу прямая переносится в точку на второй прямой.
Определение: Если же прямая перпендикулярная любой прямой, которая принадлежит плоскости, то её можно считать перпендикулярной к этой плоскости.
Признак: Если на некоторой плоскости имеются две перпендикулярные прямые и некоторая третья прямая перпендикулярна каждой из них, то эта третья прямая перпендикулярна плоскости.
Свойства:
- Если некоторые прямые перпендикулярны одной плоскости, то они взаимно параллельны друг другу.
- Если имеются две параллельных плоскости, а так же некоторая прямая, которая перпендикулярна одной из плоскостей, то она перпендикулярна и второй.
- Так же можно и высказать обратное утверждение: если некоторая прямая перпендикулярна двум различным плоскостям, то такие плоскости обязательно параллельны.
Наклонная
Если некоторая прямая соединяет произвольную точку, которая не лежит на плоскости с любой точкой плоскости, то такая прямая будет называется наклонной .
Обратите внимание, наклонная она только в том случае, если угол между ней и плоскостью не 90 градусов.
На рисунке АВ – это наклонная к плоскости α. При этом точка В называется основанием наклонной.
Если же провести отрезок из точки А к плоскости, который будет составлять угол 90 градусов с плоскостью, то этот отрезок будет называться перпендикуляром. Перпендикуляром еще называют наименьшее расстояние до плоскости.
АС – перпендикуляр, проведенный из точки А к плоскости α. При этом точка С называется основанием перпендикуляра.
Если же на данном чертеже провести отрезок, который будет соединять основание перпендикуляра (С) с основанием наклонной (В), то полученный отрезок будет называться проекцией .
В результате несложных построений мы получили прямоугольный треугольник. В данном треугольнике угол АВС называется углом между наклонной и проекцией.
Теорема о трёх перпендикулярах