Прямые в пространстве

Курс „Стереометрия”

Для более точного описания и исследования изученных ранее и новых пространственных фигур нам нужно познакомиться с понятиями и величинами, описывающими взаимное расположение прямых и плоскостей в пространстве.

Рассмотрим различные случаи взаимного расположения двух прямых в пространстве. Прежде всего, две такие прямые либо параллельны, либо непараллельны.

Две прямые называются параллельными, если они лежат в одной плоскости и не пересекаются, т. е. не имеют общих точек.

Поскольку две параллельные прямые лежат в некоторой, притом в единственной, плоскости, то говорят также, что они определяют эту плоскость (расположение прямых и соответствующая символика приведены на рисунке 2.6).

Рис. 2.6 s\in\mathrm{\alpha}t\in\mathrm{\alpha} и s\cap t=\varnothing или s\ \parallel\ t

Если две прямые в пространстве непараллельны, то возможны два случая.

  1. Существует плоскость, содержащая обе эти прямые. В этом случае мы имеем пересекающиеся прямые.

Две прямые, имеющие единственную общую точку, называются пересекающимися прямыми.

  1. Не существует плоскости, содержащей обе прямые. В этом случае прямые непараллельны, в то же время они и не пересекаются (рис. 2.7). Такие прямые называются скрещивающимися прямыми.
Рис. 2.7

Две непараллельные прямые в пространстве, не имеющие общих точек, называются скрещивающимися прямыми. Обозначаются st.

Любые две пересекающиеся прямые определяют плоскость, в которой они обе расположены (рис. 2.8). Пересекающиеся прямые образуют в этой плоскости две пары вертикальных углов (углы 1 и 3, а также 2 и 4) и четыре пары смежных углов [(1; 2), (2; 3), (3; 4) и (4; 1)]. Вертикальные углы в каждой паре равны между собой. Смежные углы в каждой паре дополняют друг друга до 180°, т. е. их сумма равна развернутому углу.

Рис. 2.8 a\in\mathrm{\alpha}b\in\mathrm{\alpha} и a\cap b=\left\{A\right\}

Углом между двумя прямыми называется меньший из двух смежных углов, образующихся при пересечении этих прямых.

Если смежные углы равны, то угол между прямыми равен 90°. Такие прямые называются взаимно перпендикулярными прямымиис. 2.9).

Рис. 2.9​ s\ \perp\ t

В случае параллельных прямых за величину угла между ними принимается 0°.

Угол между скрещивающимися прямыми определяется так: через некоторую точку одной из прямых нужно провести прямую, параллельную второй прямой (рис. 2.10). Образующийся угол между пересекающимися прямыми а′ и b считается углом между данными скрещивающимися прямыми а и b. Если этот угол равен 90°, то скрещивающиеся прямые перпендикулярны.

Рис. 2.10​ a\ \parallel\ a'

Упражнения

  1. двумя точками?
    Ответ: так определяе(ю)тся  прямая(ые).
  2. тремя неколлинеарными (не лежащими на одной прямой) точками?
    Ответ: так определяе(ю)тся  прямая(ые).
  3. четырьмя точками, из которых никакие три не являются коллинеарными?
    Ответ: так определяе(ю)тся  прямая(ых).
  1. треугольная пирамида?
    Ответ: так определяю(е)тся  прямых(ая).
  2. четырехугольная пирамида?
    Ответ: так определяю(е)тся  прямых(ая).
  3. треугольная прямая призма?
    Ответ: так определяю(е)тся  прямых(ая).
  4. четырехугольная прямая призма?
    Ответ: так определяю(е)тся  прямых(ая).
  1. Сколько прямых, параллельных прямой s, можно провести в этой плоскости через точку А?
    Ответ: через точку A можно провести  прямую(ые), параллельную(ые) прямой s.
  2. Сколько прямых, перпендикулярных к прямой s, можно провести в этой плоскости через точку А?
    Ответ: через точку A можно провести прямую(ые), перпендикулярную(ые) к прямой s.
  1. Сколько прямых, параллельных прямой s, можно провести через точку А?
    Ответ: через точку A можно провести  прямую(ые), параллельную(ые) прямой s.
  2. Сколько прямых, перпендикулярных к прямой s, можно провести через точку А?
    Ответ: через точку A можно провести  прямую(ые), перпендикулярную(ые) к прямой s.
  1. c\ \parallel\ a?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .
  2. c и a пересекаются?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .
  3. a\ \perp\ c?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .
  1. c\ \parallel\ a?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .
  2. a\ \perp\ c, причем а и с пересекаются?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .
  3. a\ \perp\ c, причем а и с не пересекаются?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .
  4. ca?
    Ответ: в этом случае прямые b и c .

  1. пересекаются с одним ребром?
    Ответ:  ребра.
  2. параллельны одному из ребер?
    ответ:  ребра.
  3. скрещиваются с другим ребром?
    Ответ:  ребра.
  4. скрещиваются с одной из диагоналей параллелепипеда?
    Ответ:  ребра(бер).
Рис. 2.11
  1. Могут ли среди прямых, определенных этими точками, найтись параллельные прямые?
  2. Каково взаимное расположение прямых и BD?
Рис. 2.12

Ответ: угол между расположенными в этой плоскости диагоналями параллелепипеда равен °.

Рис. 2.13
  1. Какого вида треугольниками являются боковые грани этой пирамиды?
    Ответ: боковые грани этой пирамиды являтся  треугольниками.
  1. Вычислите угол между двумя боковыми ребрами, принадлежащими одной грани.
    Ответ: α = 
  2. К какому виду относится треугольник АСЕ?
    Ответ: треугольник ACE является .
  3. Вычислите угол между двумя боковыми ребрами, не принадлежащими одной грани.
    Ответ: угол между двумя боковыми ребрами, не принадлежащими одной грани, равен.

Ответ: угол между высотой и образующей конуса равен .

Ответ: углы между боковыми ребрами пирамиды равны   и .