Теорема транзитивности параллельных прямых в пространстве (8 видео)

Параллельные прямые в пространстве. Параллельность трех прямых

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На этом уроке мы дадим основные определения и теоремы на тему параллельных прямых в пространстве.
В начале урока рассмотрим определение параллельных прямых в пространстве и докажем теорему о том, что через любую точку пространства можно провести только одну прямую, параллельную данной. Далее докажем лемму о двух параллельных прямых, пересекающих плоскость. И с ее помощью докажем теорему о двух прямых, параллельных третьей прямой.

Видео:10 класс, 5 урок, Параллельность трех прямыхСкачать

Теорема транзитивности параллельных прямых в пространстве

Две прямые в пространстве называются параллельными , если они лежат в одной плоскости и не имеют общих точек.

Если две прямые и параллельны, то, как и в планиметрии, пишут . В пространстве прямые могут быть размещены так, что они не пересекаются и не параллельны. Этот случай является особым для стереометрии.

Прямые, которые не имеют общих точек и не параллельны, называются скрещивающимися .

Через точку вне данной прямой можно провести прямую, параллельную данной, и притом только одну.

Чертеж 2.1.1

Пусть (чертеж 2.1.1). Прямая и точка определяют единственную плоскость . В этой плоскости проведем через точку прямую , параллельную прямой . Если существует еще одна прямая , параллельная и проходящая через точку , то по определению параллельных прямых и определяют некоторую плоскость. Эта плоскость содержит прямую и точку , то есть совпадает с плоскостью . Следовательно, в плоскости через точку проходят две прямые, параллельные прямой , что противоречит аксиоме о параллельных прямых в планиметрии.

Замечание. Согласно определению, две параллельные прямые лежат в одной плоскости. Легко заметить, что через две параллельные прямые можно провести только одну плоскость.

Если одна из двух прямых лежит в плоскости, а другая пересекает эту плоскость в точке, не принадлежащей первой прямой, то эти две прямые скрещиваются.

Чертеж 2.1.2

Пусть , , (чертеж 2.1.2). Допустим, что прямые и не скрещивающиеся, то есть они пересекаются. Тогда существует плоскость , которой принадлежат прямые и . В этой плоскости лежат прямая и точка . Поскольку прямая и точка вне ее определяют единственную плоскость, то . Но и , следовательно, равенство невозможно.

Если одна из двух параллельных прямых пересекает плоскость, то и другая пересекает эту плоскость.

Чертеж 2.1.3

Пусть и (чертеж 2.1.3). Параллельные прямые и определяют некоторую плоскость . Плоскости и имеют общую точку , а, следовательно, имеют и общую прямую , проходящую через точку по аксиоме 1.2. Через точку можно провести только одну прямую , параллельную . Следовательно, не параллельна . Прямые и не параллельны и лежат в одной плоскости , следовательно, пересекаются в некоторой точке . Прямая имеет с плоскостью общую точку и не лежит в плоскости (иначе по теореме 2.2 и были бы скрещивающимися). Следовательно, прямая пересекает плоскость . Лемма доказана.

Две прямые, параллельные третьей, параллельны между собой. Другими словами, если и , то .

Чертеж 2.1.4

Пусть и (чертеж 2.1.4). Заметим, что прямые и по теореме 2.1 не могут пересекаться, то есть если бы у них была одна точка, то через эту точку можно было бы провести единственную прямую, параллельную прямой , то есть они бы совпадали. Докажем, что прямые и лежат в одной плоскости. Пусть . Проведем плоскость через прямую и точку и докажем, что . Если пересекает плоскость , то по лемме 2.1 пересекает плоскость , и пересекает плоскость . Мы пришли к противоречию, так как . Итак, , и и не имеют общих точек, следовательно .

Видео:10 класс, 4 урок, Параллельные прямые в пространствеСкачать

§3.3. Свойства параллельных прямых

Две прямые, параллельные третьей, параллельны.

Это свойство называется транзитивностью параллельности прямых.

Пусть прямые a и b одновременно параллельны прямой c. Допустим, что a не параллельна b, тогда прямая a пересекается с прямой b в некоторой точке A, не лежащей на прямой c по условию. Следовательно, мы имеем две прямые a и b, проходящие через точку A, не лежащую на данной прямой c, и одновременно параллельные ей. Это противоречит аксиоме 3.1. Теорема доказана.

Через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести одну и только одну прямую, параллельную данной.

Пусть (AB) данная прямая, C – точка, не лежащая на ней. Прямая AC разбивает плоскость на две полуплоскости. Точка B лежит в одной из них. В соответствии с аксиомой 3.2 можно от луча СA отложить угол (ACD), равный углу (CAB), в другую полуплоскость. ∠ACD и ∠CAB – равные внутренние накрест лежащие при прямых AB и CD и секущей (AC) Тогда в силу теоремы 3.1 (AB) || (CD). С учетом аксиомы 3.1 теорема доказана.

Свойство параллельных прямых задается следующей теоремой, обратной к теореме 3.1.

Если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны.

Пусть (AB) || (CD). Предположим, что ∠ACD ≠ ∠BAC. Через точку A проведем прямую AE так, что ∠EAC = ∠ ACD. Но тогда по теореме 3.1 (AE) || (CD), а по условию – (AB) || (CD). В соответствии с теоремой 3.2 (AE) || (AB). Это противоречит теореме 3.3, по которой через точку A, не лежащую на прямой CD, можно провести единственную прямую, параллельную ей. Теорема доказана.

Рис. 3.3.1. К теореме 3.4

На основании этой теоремы легко обосновываются следующие свойства.

Если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то соответствующие углы равны.
Если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то сумма внутренних односторонних углов равна 180°.

Если прямая перпендикулярна одной из параллельных прямых, то она перпендикулярна и другой.

Понятие параллельности позволяет ввести следующее новое понятие, которое в дальнейшем понадобится в 11-й главе.

Два луча называются одинаково направленными, если существует такая прямая, что, во-первых, они перпендикулярны этой прямой, во-вторых, лучи лежат в одной полуплоскости относительно этой прямой.

Два луча называются противоположно направленными, если каждый из них одинаково направлен с лучом, дополнительным к другому.

Одинаково направленные лучи AB и CD будем обозначать: [ A B ) ↑ ↑ [ C D ) , а противоположно направленные лучи AB и CD – [ A B ) ↑ ↓ [ C D ) .

Рис. 3.3.2.