Справочник по математике

Геометрия (Стереометрия)

Прямые и плоскости в пространстве

Взаимное расположение двух прямых в пространстве.
Признак скрещивающихся прямых.
Угол между скрещивающимися прямыми

Взаимное расположение двух прямых в пространстве

Признак скрещивающихся прямых

Угол между скрещивающимися прямыми

Взаимное расположение двух прямых в пространстве

      Все возможные случаи взаимного расположения двух прямых в пространстве представлены в следующей таблице.

Фигура	Рисунок	Определение
Две пересекающиеся прямые		Две прямые называют пересекающимися прямыми, если они имеют единственную общую точку.
Две параллельные прямые		Две прямые называют параллельными прямыми, если они лежат в одной плоскости и не имеют общих точек
Две скрещивающиеся прямые		Две прямые называют скрещивающимися прямыми, если не существует плоскости, содержащей обе прямые.

Две пересекающиеся прямые

Две прямые называют пересекающимися прямыми, если они имеют единственную общую точку.

Две параллельные прямые

Две прямые называют параллельными прямыми, если они лежат в одной плоскости и не имеют общих точек

Две скрещивающиеся прямые

Две прямые называют скрещивающимися прямыми, если не существует плоскости, содержащей обе прямые.

      С перечисленными в предыдущей таблице случаями взаимного расположения двух прямых в пространстве близко связаны утверждения, представленные в следующей таблице.

Фигура	Рисунок	Тип утверждения и формулировка
Две различные точки		Аксиома о прямой линии, заданной двумя точками Через две различные точки проходит одна и только одна прямая линия.
Прямая линия и точка, не лежащая на этой прямой		Аксиома о параллельных прямых Через точку, не лежащую на прямой,проходит одна и только одна прямая, параллельная этой прямой.
Две пересекающиеся прямые		Теорема о плоскости, определяемой двумя пересекающимися прямыми Через две пересекающиеся прямые проходит одна и только одна плоскость, содержащая обе эти прямые.
Две параллельные прямые		Теорема о плоскости, определяемой двумя параллельными прямыми Через две параллельные прямые проходит одна и только одна плоскость, содержащая обе эти прямые.

Две различные точки

Аксиома о прямой линии, заданной двумя точками Через две различные точки проходит одна и только одна прямая линия.

Прямая линия и точка, не лежащая на этой прямой

Аксиома о параллельных прямых Через точку, не лежащую на прямой,проходит одна и только одна прямая, параллельная этой прямой.

Две пересекающиеся прямые

Теорема о плоскости, определяемой двумя пересекающимися прямыми Через две пересекающиеся прямые проходит одна и только одна плоскость, содержащая обе эти прямые.

Две параллельные прямые

Теорема о плоскости, определяемой двумя параллельными прямыми Через две параллельные прямые проходит одна и только одна плоскость, содержащая обе эти прямые.

Признак скрещивающихся прямых

      Признак скрещивающихся прямых. Если одна из двух прямых лежит на плоскости, а другая прямая пересекает эту плоскость в точке, не лежащей на первой прямой, то эти прямые скрещиваются (рис.1).

Рис.1

      Доказательство. Напомним, что две прямые называют скрещивающимися, если не существует плоскости, содержащей обе эти прямые, и будем доказывать признак скрещивающихся прямых методом «От противного».

      Для этого предположим, что прямая   a,   пересекающая плоскость в точке K, и прямая b, лежащая в плоскости   α  (рис. 1), не являются скрещивающимися. Из этого предположения следует, что существует плоскость, содержащая обе эти прямые. Обозначим эту плоскость буквой  β  и докажем, что плоскость  β  совпадает с плоскостью  α. Действительно, поскольку обе плоскости   α  и   β проходят через прямую b и точку K, не лежащую на этой прямой, то они совпадают. Следовательно, прямая a лежит в плоскости прямая a лежит в плоскости. Мы получили противоречие с тем, что по условию прямая a пересекает плоскость прямая a пересекает плоскость, а не лежит в ней. Доказательство признака скрещивающихся прямых завершено.

Угол между скрещивающимися прямыми

     Углом между скрещивающимися прямыми называют угол между пересекающимися прямыми пересекающимися прямыми, соответственно параллельными параллельными данным скрещивающимся прямым скрещивающимся прямым (рис. 2).

Рис.2

     На рисунке 2 изображены скрещивающиеся прямые   a  и   b. Прямая a' параллельна прямой a, прямая b' параллельна прямой b. Прямые a' и b' пересекаются. Угол   φ  и является углом между скрещивающимися прямыми   a  и   b.

      Задача. В кубе кубе   ABCDA₁B₁C₁D₁   найти угол между прямыми   AB₁   и   BC₁.

      Решение. Поскольку прямая   AB₁   пересекает плоскость   BB₁C₁   в точке   B₁,   которая не лежит на прямой   BC₁,   то по признаку скрещивающихся прямых прямые   AB₁   и   BC₁   скрещиваются (рис. 3).

Рис.3

      Для того, чтобы найти угол между прямыми   AB₁   и   BC₁, проведем в кубе диагональ боковой грани   AD₁   и диагональ верхнего основания   D₁B₁   (рис. 4).

Рис.4

      По определению угла между скрещивающимися прямыми угол   D₁AB₁   и является углом между прямыми AB₁   и   BC₁.   Поскольку треугольник   AD₁B₁   равносторонний, угол   D₁AB₁   равен   60°.

      Ответ. 60°.

      Замечание. Для более глубокого усвоения понятия «Скрещивающиеся прямые» рекомендуем ознакомиться с разделами нашего сайта «Свойства скрещивающихся прямых» и «Взаимное расположение прямой и плоскости в пространстве. Признак параллельности прямой и плоскости».

      На сайте можно также ознакомиться с нашими учебными материалами для подготовки к ЕГЭ по математике.