Докажите, что если плоскость пересекает одну из двух параллельных прямых, то она пересекает и другую. Подробное решение с объяснением. И теорему.
Ответы на вопрос
Теорема
Если плоскость пересекает одну из двух параллельных прямых, то она пересекает и другую (если прямые лежат в одном пространстве и параллельны между собой).
Доказательство (подробно, с объяснением)
Дано: две параллельные прямые и в пространстве:
Плоскость пересекает прямую . То есть существует точка , такая что
и при этом не лежит в (иначе говорят не “пересекает”, а “лежит в плоскости”).
Нужно доказать: плоскость пересекает прямую , то есть у них есть общая точка.
Шаг 1. Рассмотрим плоскость, содержащую обе параллельные прямые
В пространстве две параллельные прямые и обязательно лежат в некоторой одной плоскости. Обозначим эту плоскость через . Тогда:
(Это стандартный факт стереометрии: две параллельные прямые компланарны.)
Шаг 2. Пересечение двух плоскостей — прямая
Плоскости и либо параллельны, либо пересекаются по прямой.
Но они не могут быть параллельны, потому что у них есть общая точка :
точка принадлежит (по условию) и принадлежит , а значит принадлежит и (так как ). То есть:
Если бы , общих точек не было бы.
Значит, плоскости и пересекаются по некоторой прямой. Обозначим:
Причём точка лежит на , так как — общая точка двух плоскостей.
Шаг 3. Покажем, что прямая пересекает прямую
Точка лежит на прямой и на прямой :
Значит, прямая пересекает прямую (в точке ).
Шаг 4. В плоскости две прямые и не могут быть параллельны
И , и лежат в плоскости :
-
по построению;
-
, потому что — линия пересечения, целиком лежащая в .
В плоскости две прямые либо параллельны, либо пересекаются.
Мы уже знаем, что и пересекаются в точке . Следовательно:
Шаг 5. Если , то не параллельна , значит пересекает
В плоскости прямая параллельна прямой :
Предположим противное: что .
Тогда в одной плоскости получаем:
А это означает, что и должны быть параллельны (две прямые, параллельные третьей в одной плоскости, параллельны между собой). Но это невозможно, потому что и пересекаются в точке .
Значит, предположение неверно, и верно:
Теперь снова используем факт планиметрии: в плоскости две прямые либо параллельны, либо пересекаются. Раз не параллельна , то они пересекаются. То есть существует точка , такая что:
Шаг 6. Точка пересечения лежит в плоскости , значит пересекает
Так как , то любая точка прямой принадлежит плоскости . В частности, точка , значит:
Одновременно по определению.
Итак, найдена общая точка:
Следовательно, плоскость пересекает прямую .
Итог
Мы доказали, что из условия “плоскость пересекает одну из двух параллельных прямых” следует, что она пересекает и другую.
Использованные факты (теоремы/свойства, на которые опирались)
-
Две параллельные прямые лежат в одной плоскости.
-
Если две плоскости имеют общую точку, то они пересекаются по прямой.
-
В одной плоскости две прямые либо параллельны, либо пересекаются.
-
Если две прямые в одной плоскости параллельны третьей, то они параллельны между собой.
Похожие вопросы
Топ вопросов за вчера в категории Геометрия
Последние заданные вопросы в категории Геометрия
-
Математика
-
Литература
-
Алгебра
-
Русский язык
-
Геометрия
-
Английский язык
-
Химия
-
Физика
-
Биология
-
Другие предметы
-
История
-
Обществознание
-
Окружающий мир
-
География
-
Українська мова
-
Информатика
-
Українська література
-
Қазақ тiлi
-
Экономика
-
Музыка
-
Право
-
Беларуская мова
-
Французский язык
-
Немецкий язык
-
МХК
-
ОБЖ
-
Психология
-
Физкультура и спорт
-
Астрономия
-
Кыргыз тили
-
Оʻzbek tili

