Расстояние от точки до прямой и до плоскости
Расстояние от точки до прямой или до плоскости — длина перпендикуляра, опущенного из точки. Перпендикуляр к плоскости проще всего найти в другой плоскости, которая ей перпендикулярна: в ней это высота треугольника. Если перпендикуляр строить трудно, расстояние дают объём пирамиды или координаты. Точки прямой, которая пересекает плоскость, удалены от неё пропорционально расстоянию до точки пересечения.
Расстояние — длина перпендикуляра
Расстояние от точки до прямой или плоскости — длина перпендикуляра , где лежит на прямой или в плоскости. Любая наклонная из длиннее перпендикуляра.
- До прямой: — высота треугольника, две вершины которого лежат на прямой.
- До плоскости: найдите плоскость через , перпендикулярную данной. Перпендикуляр из к линии их пересечения и есть .
- Нет удобной плоскости — постройте её: через проведите плоскость, перпендикулярную прямой из данной плоскости.
- Метод объёмов: , где — объём пирамиды с вершиной , — площадь её основания в данной плоскости.
- Координаты: для плоскости .
- Точка на прямой, которая пересекает плоскость в точке : расстояние пропорционально . Все точки прямой, параллельной плоскости, удалены от неё одинаково.
До прямой: высота треугольника
Возьмите на прямой две точки и и рассмотрите треугольник . Расстояние от до прямой — его высота . Если треугольник прямоугольный с прямым углом при , то (высота к гипотенузе); иначе высоту находят через площадь.
Прямой угол при часто даёт перпендикулярность прямой и плоскости: если перпендикулярна плоскости, в которой лежит , то (прямая и плоскость).
Пример
В кубе с ребром 6 найдите расстояние от вершины до прямой .
- 1., поэтому , и треугольник прямоугольный с прямым углом .
- 2. — диагональ грани, — диагональ куба.
- 3..
Ответ:
До плоскости: перпендикуляр в перпендикулярной плоскости
Если плоскости и перпендикулярны, то прямая в , перпендикулярная линии их пересечения, перпендикулярна плоскости (перпендикулярные плоскости). Поэтому, если точка лежит в плоскости , опустите перпендикуляр на линию пересечения. Это и есть расстояние от до .
Часто — грань, а содержит прямую, перпендикулярную этой грани. Тогда задача сводится к высоте прямоугольного треугольника в грани.
Пример задания
Открытый банк ФИПИ
В правильной треугольной призме отметили точки и на ребрах и соответственно. Известно, что Через точки и провели плоскость перпендикулярно грани
а) Докажите, что плоскость проходит через вершину
б) Найдите расстояние от точки до плоскости если все ребра призмы равны 16.
Точка на прямой, которая пересекает плоскость
Пусть прямая пересекает плоскость в точке . Для точек и этой прямой перпендикуляры и к плоскости параллельны, а треугольники и подобны. Поэтому .
Так находят высоту точки на боковом ребре пирамиды: это доля высоты пирамиды. Если прямая параллельна плоскости, все её точки удалены от плоскости одинаково: расстояние можно мерить из любой точки прямой.
Точка на ребре и её высота
Нет готовой плоскости: постройте перпендикулярную
Выберите в данной плоскости прямую и проведите через точку плоскость , перпендикулярную : для этого найдите две пересекающиеся прямые через , перпендикулярные . Плоскость, проходящая через , перпендикулярна .
Дальше работайте в : опустите из перпендикуляр на линию пересечения плоскостей и найдите его как высоту треугольника.
Пример
В кубе с ребром 4 найдите расстояние от вершины до плоскости .
- 1.Пусть — центр квадрата . (диагонали квадрата) и , поэтому .
- 2.Плоскость проходит через , значит, . Линия их пересечения — .
- 3.Перпендикуляр к — расстояние. Треугольник прямоугольный: , , .
- 4..
Ответ:
Метод объёмов: h = 3V / S
Расстояние от точки до плоскости — высота пирамиды , опущенная из . Посчитайте объём этой пирамиды другим способом, через другую грань как основание (любая грань), затем .
Метод удобен, когда у пирамиды есть ребро, перпендикулярное грани, или когда её объём — известная доля объёма всего тела. Перпендикуляр тогда строить не нужно.
Пример
В пирамиде рёбра , и попарно перпендикулярны и равны 3. Найдите расстояние от точки до плоскости .
- 1.Возьмём основанием грань : и , поэтому — высота. .
- 2., .
- 3..
Ответ:
Координатный метод
Введите оси по трём перпендикулярным рёбрам. Уравнение плоскости : подставьте координаты трёх её точек и найдите , , при удобном . Вектор перпендикулярен плоскости.
Расстояние от точки : . В решении запишите систему координат, координаты точек и уравнение плоскости: без них ход решения не виден.
Пример
В кубе с ребром 4 точка — середина ребра . Найдите расстояние от вершины до плоскости .
- 1., , , , .
- 2.Плоскость : из : , ; из : , ; из : , . Уравнение: .
- 3..
Ответ:
Проверьте себя
00