Задание 15
тема 10 из 15

Скрещивающиеся прямые

Скрещивающиеся прямые не лежат в одной плоскости: они не пересекаются и не параллельны. Угол между ними находят после параллельного переноса одной прямой до пересечения с другой. Расстояние между ними — длина общего перпендикуляра. Его легко найти, когда одна прямая перпендикулярна плоскости, в которой лежит другая.

Реже в задании15На карте навыков

Угол — после переноса, расстояние — общий перпендикуляр

Угол между скрещивающимися прямыми aa и bb — угол между пересекающимися прямыми a1∥aa_1 \parallel a и b1∥bb_1 \parallel b. Он лежит в пределах 0∘<φ≤90∘0^\circ < \varphi \le 90^\circ.

  • Угол: замените одну прямую параллельной ей прямой, которая проходит через точку другой. Найдите угол в получившемся треугольнике.
  • Тупой угол треугольника не ответ: угол между прямыми равен 180∘180^\circ минус он.
  • Прямые перпендикулярны, если одна из них перпендикулярна плоскости, в которой лежит другая.
  • Расстояние — длина общего перпендикуляра: отрезка с концами на прямых, перпендикулярного обеим.
  • Если aa перпендикулярна плоскости β\beta, в которой лежит bb, а OO — точка пересечения aa и β\beta, то общий перпендикуляр — перпендикуляр OHOH из OO к bb в плоскости β\beta.
  • В общем случае расстояние между прямыми равно расстоянию от любой точки одной прямой до плоскости, которая проходит через другую прямую параллельно первой (до плоскости).

Угол: параллельный перенос

Найдите прямую, параллельную одной из данных и проходящую через точку другой. В многограннике это обычно ребро или диагональ грани: в кубе BC1∥AD1BC_1 \parallel AD_1, потому что ABC1D1ABC_1D_1 — параллелограмм. Затем найдите угол треугольника по сторонам: равносторонний треугольник даёт 60∘60^\circ, в других случаях — теорема косинусов или прямоугольный треугольник.

В цилиндре хорды BCBC и B1C1B_1C_1, концы которых соединены образующими, параллельны и равны. Поэтому угол между AC1AC_1 и BCBC равен углу AC1B1AC_1B_1.

Пример

В кубе ABCDA1B1C1D1ABCDA_1B_1C_1D_1 найдите угол между прямыми AB1AB_1 и BC1BC_1.

60°ABCDA1B1C1D1
AD1∥BC1AD_1 \parallel BC_1, треугольник AB1D1AB_1D_1 равносторонний.
  1. 1.AB∥D1C1AB \parallel D_1C_1 и AB=D1C1AB = D_1C_1, поэтому ABC1D1ABC_1D_1 — параллелограмм и AD1∥BC1AD_1 \parallel BC_1.
  2. 2.Угол между AB1AB_1 и BC1BC_1 равен углу между AB1AB_1 и AD1AD_1, то есть ∠B1AD1\angle B_1AD_1.
  3. 3.AB1AB_1, AD1AD_1, B1D1B_1D_1 — диагонали равных квадратов, треугольник AB1D1AB_1D_1 равносторонний, ∠B1AD1=60∘\angle B_1AD_1 = 60^\circ.

Ответ: 60∘60^\circ

Угол 90°: прямая перпендикулярна плоскости другой

Чтобы доказать, что скрещивающиеся прямые aa и bb перпендикулярны, найдите плоскость, которая проходит через bb и перпендикулярна aa: aa должна быть перпендикулярна двум пересекающимся прямым этой плоскости (признак). Тогда aa перпендикулярна и прямой bb.

Две такие прямые — медианы равнобедренных треугольников с общим основанием aa, или проекция по теореме о трёх перпендикулярах (три перпендикуляра). Эта же плоскость потом даёт и расстояние.

Сдвиньте прямую до пересечения

ABCDA1B1C1D1
Прямые AB1AB_1 и BC1BC_1 не лежат в одной плоскости: они скрещиваются.
Прямая AB1AB_1 неподвижна. Вторую прямую сдвигайте параллельно себе, пока она не пройдёт через точку прямой AB1AB_1. Выберите вторую прямую.

Расстояние: общий перпендикуляр в перпендикулярной плоскости

Пусть прямая aa перпендикулярна плоскости β\beta, в которой лежит прямая bb, и пересекает β\beta в точке OO. Проведите в β\beta перпендикуляр OHOH к прямой bb. OH⊥bOH \perp b по построению и OH⊥aOH \perp a, так как OHOH лежит в β\beta. Значит, OHOH — общий перпендикуляр, и расстояние равно OHOH.

OHOH — высота треугольника в плоскости β\beta. Это работает, даже если aa — ребро, а β\beta — плоскость, проходящая через противоположное ребро: например, AC⊥(SBD)AC \perp (SBD) в пирамиде с основанием-ромбом, где SD⊥(ABC)SD \perp (ABC).

ABCSHN
BC⊥(ASH)BC \perp (ASH), HNHN — общий перпендикуляр рёбер BCBC и SASA.

Пример задания

Открытый банк ФИПИ

Дана пирамида SABC, в которой SB=SC=AB=AC=17,SB = SC = AB = AC = \sqrt{17} , SA=BC=25.SA = BC = 2 \sqrt{5} .
а) Докажите, что ребро SA перпендикулярно ребру BC.
б) Найдите расстояние между ребрами BC и SA.

Проверьте себя

00

Потренируйте навык

Все задания на этот навык

Решать