Тема заняття. Паралельність прямих і площин у просторі.
Мета заняття: узагальнити і систематизувати знання, уміння і навички студентів з теми «Паралельність прямих і площин у просторі».
Формування компетентностей:
Тип заняття: узагальнення і систематизації знань.
Обладнання:
Епіграф заняття:
Перша умова, якої треба дотримуватись у математиці – це бути точним, друга – бути ясним і, наскільки можливо, простим.
Л.Карно
Перевірити наявність виконаних домашніх завдань та відповісти на запитання, що виникли у студентів при виконанні домашніх задач.
Задача 1. Три прямі, які проходять через одну точку, перетинають дану
площину в точках А, В, С, а паралельну їй площину – в точках A1, B1,C1. Доведіть подібність трикутників АВС і A1B1C1.
Розв’язання.
Нехай М – точка, через яку проходять дані прямі. Проведемо через ці прямі площини (АМС), (АМВ) і (ВМС). Оскільки площина (АВС) паралельна площині (A1B1C1), то АВǁ A1B1, АСǁ A1C1 , ВСǁ B1C1
Згідно з властивістю паралельних площин, які перетинає третя площина.
Тоді ΔАВМ
Δ A1B1М, ΔАСМ
Δ A1С1М, ΔВСМ
Δ В1С1М.
З подібності трикутників маємо пропорції:
АВ : A1В1 = АМ : A1М, АС : A1С1 = АМ : A1М, ВС : В1С1 = СМ : С1М,
ВС : В1С1 = ВМ : В1М, АВ : A1В1 = ВМ : В1М, АС : A1С1 = СМ : С1М.
Звідси:
АВ : A1В1 = АС : A1С1 , ВС : В1С1 = АС : A1С1 , АВ : A1В1 = ВС : В1С1
або , АВ : A1В1 = ВС : В1С1 = АС : A1С1 .
Таким чином, ΔАВС
Δ A1B1С1 (за трьома пропорційними сторонами), що і треба було довести.
Задача 2. Площина α паралельна прямій АС, перетинає сторони АВ і ВС трикутника АВС відповідно в точках М і К. Знайдіть довжину відрізка МК, якщо АС||α, ВМ = 6 м, АМ = 8 м, АС = 10м.
Розв’язання.
МК || АС.
˂В - спільний; ˂ВМК= ˂ВАС як відповідні при МК || АС і січній АВ. Отже, ΔМВК
ΔАВС за двома кутами.
МК : АС = ВМ : АВ; АВ = АМ + МВ = 8 + 6 = 14 см.
МК : 10 = 6 : 14; МК = 10 × 6 : 14 = 30/7 = 4 2/7 см.
Відповідь. 4 2/7 см.
ІІІ. Узагальнення і систематизація знань студентів.
Фронтальне опитування.
Відповідь. Дві прямі у просторі називаються паралельними, якщо вони лежать в одній площині та не перетинаються.
Наприклад: а та b паралельні. Паралельність прямих а та b позначається так:
.
2. Сформулюйте теорему про існування єдиної прямої, паралельної даній прямій.
Відповідь. Через точку, яка не лежить на прямій, можна провести пряму, паралельну цій прямій, до того ж тільки одну.
3. Ознака паралельності прямих.
Відповідь. Дві прямі, паралельній третій прямій, паралельні, якщо
, то
.
4. Які прямі називаються мимобіжними?
Відповідь. Дві прямі називають мимобіжними, якщо вони не лежать в одній площині.
Наприклад: а і b мимобіжні.
5. Ознака мимобіжності прямих
Відповідь. Якщо одна із двох прямих лежить у деякій площині, а друга пряма перетинає цю площину в точці, яка не лежить на першій прямій, то ці прямі мимобіжні.
6. Що означає: пряма і площина паралельні?
Відповідь. Пряма та площина називаються паралельними,якщо вони не мають спільних точок.
Наприклад: пряма а та площина α паралельні. Паралельність прямої а та площини α позначається так:
.
7. Ознака паралельності прямої і площини.
Відповідь. Якщо пряма, яка не належить площині, паралельна якій-небудь прямій у цій площині, то вона паралельна і самій площині.
8. Які площини називаються паралельними?
Відповідь. Дві площини називаються паралельними, якщо вони не перетинаються.
Наприклад: площини α та β паралельні. Паралельність площин α та β позначається так:
.
9. Ознака паралельності площин.
Відповідь. Дві прямі, що перетинаються, однієї площини паралельні відповідно двом прямим другої площини, то ці площини паралельні .
Наприклад: Якщо
, то
.
10. Сформулюйте теорему про існування єдиної площини, паралельної даній площині.
Відповідь. Через точку, яка не належить даній площині, можна провести площину, паралельну даній, і до того ж тільки одну.
12. Властивості паралельних площин.
Відповідь.
1. Якщо дві паралельні площини перетинаються третьою, то прямі перетину паралельні.
Наприклад:
, γ перетинає α по прямій а, γ перетинає β по прямій b, тоді
.
2. Відрізки паралельних прямих, які розташовані між паралельними площинами, рівні.
Наприклад:
, отже, АВ=CD.
13. Яким методом користуються для зображення просторових фігур на площині?
Відповідь. Для зображення просторових фігур на площині користуються методом паралельного проектування.
14. Перелічіть властивості паралельного проектування.
Відповідь.
1). При паралельному проектуванні прямі проектуються в прямі, відрізки – у відрізки.
2). При паралельному проектуванні паралельність відрізків зберігається.
3). При паралельному проектуванні відношення відрізків однієї прямої або паралельних прямих зберігається. Середина відрізка при зображенні його на площині теж є серединою.
4). При паралельному проектуванні величина кута і відношення довжин непаралельних відрізків не зберігається.
5). При паралельному проектуванні спільна точка двох фігур є спільною точкою їх проекцій.
Задача 1. Через кінці відрізка АВ і його середину М проведено паралельні прямі, що перетинають деяку площину в точках А1, В1 і М1. Знайдіть довжину відрізка ММ1, якщо відрізок АВ перетинає площину і коли:
АА1=8,3см, ВВ1=4,1см.
Розв’язання.
Нехай відрізок АВ перетинає площину в точці О. Оскільки АА1 || ММ1 || ВВ1, можна стверджувати, що відрізки АА1, ММ1 і ВВ1 лежать в одній площині β, яка перетинає площину α по прямій А1В1. Накреслимо малюнок у площині β. Сполучимо точки А і В. Продовжимо відрізок ММ1, до перетину з відрізком АВ1. Дістанемо точку Д.
За умовою АМ=МВ, отже, згідно з теоремою Фалеса, АД =ДВ1.
Розглянемо ΔАВВ1. МВ – середня лінія, яка дорівнює:
МД = 1/2ВВ1.
Розглянемо Δ АА1В1. Очевидно, що М1Д – середня лінія, яка дорівнює:
М1Д = 1/2АА1.
Тоді відрізок ММ1 дорівнює:
ММ1 = МД – М1Д = (ВВ1 – АА1)/2.
Очевидно, що АА1 може бути більшим за ВВ1 . Отже, для загального випадку можна записати:
ММ1= │АА1 – ВВ1│ : 2.
Обчислюємо довжину відрізка ММ1:
ММ1= │5-7│ : 2 = 1(м).
Задача 2. Дано трикутник АВС. Площина α паралельна прямій АС, перетинає сторону АВ цього трикутника в точці А1, а сторону СВ - в точці С1. Знайдіть довжину відрізка А1С1, якщо:
Розв’язання.
Нехай площина α паралельна прямій АС і перетинає площину (АВС) по прямій А1С1. Прямі АС і А1С1 лежать в одній площині (АВС) і не мають спільних точок. Отже, за означенням, АС || А1С1.
ΔАВС
Δ A1B1С1, оскільки пряма, паралельна стороні трикутника, відтинає подібний трикутник. Знайдемо довжину відрізка А1С1 для кожного з трьох випадків.
Нехай х - коефіцієнт пропорційності, тоді АА1 = 2х см, АВ = 3х см,
А1В = 3х - 2х = х см.
З подібності трикутників:
АС : A1С1 = АВ : А1В, або АС : A1С1 = 3х : х = 3 : 1, звідки
A1С1 = АС : 3 = 15 : 3 = 5 (см).
A1С1 = 5 см.
Відповідь. 5 см.
Нехай х - коефіцієнт пропорційності, тоді АА1 = 5х см, А1В = 3х см,
АВ = 5х + 3х = 8х см.
З подібності трикутників:
АС : A1С1 = АВ : А1В, або АС : A1С1 = 8х : 3х = 8 : 3, звідки
A1С1 = АС · 3 : 8 = 8 · 3 : 8 = 3 (см).
A1С1 = 3 см.
Відповідь. 3 см.
Нехай х - коефіцієнт пропорційності, тоді АС = 4х см, СВ = 5х см.
З подібності трикутників випливає:
АС : СВ = А1С1 : ВС1, або АС : СВ = 4х : 5х = 4 : 5, звідки
A1С1 = ВС1 · 4 : 5 = 10 · 4 : 5 = 8 (см).
A1С1 = 8 см.
Відповідь. 8 см.
Задача 3. Площина α, паралельна основі трапеції, перетинає її бічні сторони АВ і СD у точках К і М відповідно. Знайдіть КМ, якщо АD = 7 см, ВС = 3 см, а АК = ВК.
Розв’язання.
(Якщо площина проходить через пряму, паралельну другій площині, і перетинається з цією площиною, то пряма їх перетину паралельна даній прямій.)
КМ || ВС.
(Теорема Фалеса. Якщо паралельні прямі, що перетинають сторони кута, відтинають на одній його стороні рівні відрізки, то вони відтинають рівні відрізки і на іншій його стороні.)
Отже, КМ – середня лінія трапеції АВСD.
КМ = (ВС + АD) : 2 = (3 + 7) : 2 = 5 см.
Відповідь. 5 см.
Задача 4. Через кінець А відрізка АD проведено площину. Через кінець D і точку В цього відрізка проведено паралельні прямі, які перетинають площину в точках К і L. Знайдіть довжину відрізка DL, якщо:
Розв’язання.
Через паралельні прямі DL і ВК можна провести площину β, яка перетне площину α по прямій АL. Очевидно, що відрізок АD належить площині β. Розглянемо ΔАDL і ΔАВК, які належать площині β. ΔАDL
ΔАВК (оскільки DL || ВК за умовою).
Оскільки ΔАDL
ΔАВК, то DL : ВК = АD : АВ.
Нехай х – коефіцієнт пропорційності. Тоді АВ = 2х см, ВD = 3х см. Отже, АD = АВ + ВD = 2х + 3х = 5х см. Одержуємо пропорцію:
DL : ВК = 5х : 2х або DL : ВК = 5 : 2, звідки DL = 5 · ВК : 2 =
5 · 15 : 2 = 37,5 см.
Відповідь. 37,5 см.
Нехай х – коефіцієнт пропорційності. Тоді АD = 11х см, АВ = 9х см. З подібності трикутників випливає пропорція:
DL : ВК = АD : АВ або DL : ВК = 11х : 9х, отже, DL : ВК = 11 : 9;
DL = 11 · ВК : 9 = 11 · 8,1 : 9 = 9,9 см.
DL = 9,9 см.
Відповідь. 9,9 см.
Нехай х – коефіцієнт пропорційності. Тоді АВ = 2х см, ВК = 5х см.
DL : ВК = АD : АВ або DL : 5х = АD : 2х, звідси
DL = 5х · АD : 2х = 5 · 6 : 2 = 15 см.
DL = 15 см.
Відповідь. 15 см.
Задача 5. Через точку М, яка лежить поза паралельними площинами α і β проведено прямі а і b, що перетинають площину α в точках А1 і А2, а площину β в точках В1 і В2 відповідно. Знайдіть А1А2, якщо:
Розв’язання.
( Якщо дві різні прямі перетинаються, то через них можна провести площину, і до того ж тільки одну).
(Якщо дві паралельні площини перетинаються третьою, то прямі
перетину паралельні).
(Ознака подібності трикутників. Два трикутники подібні: якщо два кути одного відповідно дорівнюють двом кутам другого).
А1А2 : В1В2 = А1М : В1М;
В1М = А1М + А1В1 = 2 + 6 = 8 см.
А1А2 : 10 = 2 : 8; А1А2 = 2 · 10 : 8 = 2,5 см.
Відповідь. 2,5 см.
А1А2 : В1В2 = А1М : В1М;
А1А2 : 9 = 1 : 3; А1А2 = 1 · 9 : 3 = 3 см.
Відповідь. 3 см.
А1А2 : В1В2 = А2М : В2М;
Нехай х – коефіцієнт пропорційності.
Тоді А2М = 2х см, А2В2 = 3х см.
В2М = А2М + А2В2 = 2х + 3х = 5х см.
А1А2 : 10 = 2х : 5х; А1А2 = 10 · 2х : 5х = 4 см.
Відповідь. 4 см.
А1А2 : В1В2 = А1М : МВ1;
МВ1 = А1А2 = х см;
х : 8 = 2 : х, х2 = 2 · 8 = 16 м2; х = 4 м. Отже, А1А2 = 4 м.
Відповідь. 4 м.
Задача 6. Точка О лежить між паралельними площинами α і β. Через точку О проведено прямі а і b, що перетинають площину α в точках А і В, а площину β в точках А1 і В1 відповідно. Знайдіть АВ, якщо:
Розв’язання.
( Якщо дві різні прямі перетинаються, то через них можна провести площину, і до того ж тільки одну).
(Якщо дві паралельні площини перетинаються третьою, то прямі перетину паралельні).
<ВАО = <В1А1О як внутрішні різносторонні при АВ || А1В1 і січній а. Отже, ΔАОВ
ΔА1ОВ1за двома кутами.
(Ознака подібності трикутників. Два трикутники подібні: якщо два кути одного відповідно дорівнюють двом кутам другого).
АВ : А1В1 = АО : А1О; АВ = А1В1 · АО : А1О;
АВ = 15 · 2 : 5 = 6 см.
Відповідь. 6 см.
Нехай х – коефіцієнт пропорційності.
Тоді АО = 2х см, А1О = 3х см.
АВ : А1В1 = АО : А1О; АВ = А1В1 · АО : А1О;
АВ = 9 · 2х : 3х = 6 см.
Відповідь. 6 см.
АА1 = АВ = х см. Тоді А1О = АВ – АО = х – 1 см.
АВ : А1В1 = АО : А1О;
х : 6 = 1 : (х – 1); х · (х – 1) = 6; х2 – х – 6 = 0;
D = (-1)2 – 4 · (-6) = 25; √D = √25 = 5;
х1 = (1 – 5) : 2 = -2 (не задовольняє умови задачі).
х2 = (1 + 5) : 2 = 3. Отже, АВ = 3 см.
Відповідь. 3 см.
А1О = АВ = х см.
АВ : А1В1 = АО : А1О;
х : 12 = 3 : х; х2 = 12 · 3; х2 = 36;
х = 6. Отже, АВ = 6 см.
Відповідь. 6 см.
V. Застосування знань і вмінь.
Самостійна робота.
Варіант 1.
А. АВ. Б. АС. В. ВС. Г. Такої прямої не існує.
А. Одну. Б. Дві. В. Жодної. Г. Безліч.
3) Сторона АС трикутника АВС лежить у площині α. Через середину ВА – точку М, проведено площину β, паралельну площині α, що перетинає ВС у точці К. Знайдіть МК, якщо АС = 10 см.
4) АВСД – паралелограм. Площина α проходить через його вершини А, В і не
проходить через вершину С. Доведіть СД || α.
Варіант 2.
А. АВ. Б. ВС. В. АС. Г. Такої прямої не існує.
2) Скільки прямих, що не перетинають дану пряму, можна провести через точку простору, що не належить даній прямій?
А. Одну. Б. Дві. В. Жодної. Г. Безліч.
3) Сторона АD трикутника АВС лежить у площині β. Через середину АC – точку P, проведено площину α, паралельну площині β, що перетинає ВС у точці M. Знайдіть АВ, якщо РМ = 14 см.
4) Доведіть, що якщо площина перетинає площину трапеції по прямій, що містить її середню лінію, то вона паралельна основам трапеції.
Відповіді
Варіант 1. 1) Б. 2) А. 3) 5 см. Варіант 2. 1) А. 2) Г. 3) 28 см.
VІ. Підсумок заняття.
Поглибили знання про паралельність прямих і площин у просторі та ознайомились із їх широким застосуванням.
Заняття наше закінчується, але незалежно від вашого бажання у повсякденному житті ви стикнетеся з паралельними прямими і площинами, навіть не усвідомлюючи цього (відеофільм «Паралельні прямі і площини»).
VІІ. Домашнє завдання.
За підручником повторити Р.3 §§ 19 – 26.
Розв’язати вправи №961, №962, №969.