докажите что две прямые параллельные третьей параллельны между собой

Параллельные прямые, признаки и условия параллельности прямых

В этой статье мы расскажем о параллельных прямых, дадим определения, обозначим признаки и условия параллельности. Для наглядности теоретического материала будем использовать иллюстрации и решение типовых примеров.

Параллельные прямые: основные сведения

Параллельные прямые на плоскости – две прямые на плоскости, не имеющие общих точек.

Параллельные прямые в трехмерном пространстве – две прямые в трехмерном пространстве, лежащие в одной плоскости и не имеющие общих точек.

Необходимо обратить внимание, что для определения параллельных прямых в пространстве крайне важно уточнение «лежащие в одной плоскости»: две прямые в трехмерном пространстве, не имеющие общих точек и не лежащие в одной плоскости, являются не параллельными, а скрещивающимися.

Сформулируем утверждение, играющее важную роль в изучаемой теме.

Через точку, не принадлежащую заданной прямой проходит единственная прямая, параллельная заданной. Это утверждение невозможно доказать на базе известных аксиом планиметрии.

В случае, когда речь идет о пространстве, верна теорема:

Через любую точку пространства, не принадлежащую заданной прямой, будет проходить единственная прямая, параллельная заданной.

Параллельность прямых: признаки и условия параллельности

Признак параллельности есть достаточное условие, при выполнении которого гарантирована параллельность прямых. Иначе говоря, выполнения этого условия достаточно, чтобы подтвердить факт параллельности.

В том числе, имеют место необходимые и достаточные условия параллельности прямых на плоскости и в пространстве. Поясним: необходимое – значит то условие, выполнение которого необходимо для параллельности прямых; если оно не выполнено – прямые не являются параллельными.

Резюмируя, необходимое и достаточное условие параллельности прямых – такое условие, соблюдение которого необходимо и достаточно, чтобы прямые были параллельны между собой. С одной стороны, это признак параллельности, с другой – свойство, присущее параллельным прямым.

Перед тем, как дать точную формулировку необходимого и достаточного условия, напомним еще несколько дополнительных понятий.

Секущая прямая – прямая, пересекающая каждую из двух заданных несовпадающих прямых.

Пересекая две прямые, секущая образует восемь неразвернутых углов. Чтобы сформулировать необходимое и достаточное условие, будем использовать такие типы углов, как накрест лежащие, соответственные и односторонние. Продемонстрируем их на иллюстрации:

Если две прямые на плоскости пересекаются секущей, то для параллельности заданных прямых необходимо и достаточно, чтобы накрест лежащие углы были равными, либо были равными соответственные углы, либо сумма односторонних углов была равна 180 градусам.

Проиллюстрируем графически необходимое и достаточное условие параллельности прямых на плоскости:

В общем, эти условия применимы и для трехмерного пространства при том, что две прямые и секущая принадлежат одной плоскости.

Укажем еще несколько теорем, часто используемых при доказательстве факта параллельности прямых.

На плоскости две прямые, параллельные третьей, параллельны между собой. Этот признак доказывается на основе аксиомы параллельности, указанной выше.

В трехмерном пространстве две прямые, параллельные третьей, параллельны между собой.

Доказательство признака изучается в программе геометрии 10 класса.

Дадим иллюстрацию указанных теорем:

Укажем еще одну пару теорем, являющихся доказательством параллельности прямых.

На плоскости две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны между собой.

Сформулируем аналогичное для трехмерного пространства.

В трехмерном пространстве две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны между собой.

Все указанные выше теоремы, признаки и условия позволяют удобно доказать параллельность прямых методами геометрии. Т.е., чтобы привести доказательство параллельности прямых, можно показать, что равны соответственные углы, или продемонстрировать факт, что две заданные прямые перпендикулярны третьей и т.д. Но отметим, что зачастую для доказательства параллельности прямых на плоскости или в трехмерном пространстве удобнее использовать метод координат.

Параллельность прямых в прямоугольной системе координат

В заданной прямоугольной системе координат прямая определяется уравнением прямой на плоскости одного из возможных видов. Так и прямой линии, заданной в прямоугольной системе координат в трехмерном пространстве, соответствуют некоторые уравнения прямой в пространстве.

Запишем необходимые и достаточные условия параллельности прямых в прямоугольной системе координат в зависимости от типа уравнения, описывающего заданные прямые.

Начнем с условия параллельности прямых на плоскости. Оно базируется на определениях направляющего вектора прямой и нормального вектора прямой на плоскости.

Чтобы на плоскости две несовпадающие прямые были параллельны, необходимо и достаточно, чтобы направляющие векторы заданных прямых были коллинеарными, или были коллинеарными нормальные векторы заданных прямых, или направляющий вектор одной прямой был перпендикулярен нормальному вектору другой прямой.

A 1 = t · A 2 B 1 = t · B 2

Таким образом, если параллельные прямые на плоскости в прямоугольной системе координат задаются уравнениями с угловыми коэффициентами, то угловые коэффициенты заданных прямых будут равны. И верно обратное утверждение: если несовпадающие прямые на плоскости в прямоугольной системе координат определяются уравнениями прямой с одинаковыми угловыми коэффициентами, то эти заданные прямые параллельны.

a x = t · b x a y = t · b y

Решение

Запишем уравнение прямой в отрезках в виде общего уравнения:

Таким образом, не выполняется необходимое и достаточное условие параллельности прямых на плоскости, а значит заданные прямые не параллельны.

Ответ: заданные прямые не параллельны.

Решение

Мы видим, что уравнения прямых y = 2 x + 1 и y = 2 x + 4 не являются одинаковыми (если бы было иначе, прямые были бы совпадающими) и угловые коэффициенты прямых равны, а значит заданные прямые являются параллельными.

Следующим шагом определим выполнение условия параллельности заданных прямых.

Таким образом, векторы перпендикулярны: это демонстрирует нам выполнение необходимого и достаточного условия параллельности исходных прямых. Т.е. заданные прямые параллельны.

Ответ: данные прямые параллельны.

Для доказательства параллельности прямых в прямоугольной системе координат трехмерного пространства используется следующее необходимое и достаточное условие.

Чтобы две несовпадающие прямые в трехмерном пространстве были параллельны, необходимо и достаточно, чтобы направляюще векторы этих прямых были коллинеарными.

a → = t · b → ⇔ a x = t · b x a y = t · b y a z = t · b z

Решение

Следовательно, необходимое и достаточное условие параллельности прямых в пространстве выполнено.

Ответ: параллельность заданных прямых доказана.

Источник

Планиметрия. Страница 2

1.Параллельность прямых

Теорема: если две прямые параллельны третьей прямой, то они параллельны.

Доказательство. Пусть даны две прямые а и b. Допустим, что они не параллельны между собой. (Рис.1) Тогда они пересекаются в некоторой точке С. Следовательно, через точку С проходят две прямые, параллельные прямой с. А это невозможно согласно аксиоме: через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести только одну прямую, параллельную данной. Следовательно, прямые а и b не пересекаются. Они параллельны.

Рис.1 Теорема. Параллельность прямых.

2.Признаки параллельности прямых

Теорема. Если внутренние накрест лежащие углы равны или сумма внутренних односторонних углов равна 180 градусов, то прямые параллельны.

Доказательство. Пусть даны две прямые a и b, которые образуют с секущей АВ внутренние накрест лежащие углы (Рис. 2 а). Допустим, что прямые a и b не параллельны. Тогда они пересекаются в одной точке С. Секущая АВ разбивает плоскость на две полуплоскости. И, следовательно, точка С лежит в одной из них и образует треугольник АВС. Сторона АС принадлежит прямой а. Сторона ВС принадлежит прямой b. (Рис. 2 б)

8. Пример 1

Даны прямая а и точка С, не лежащая на этой прямой. Необходимо доказать, что через точку С можно провести прямую, параллельную прямой а. (Рис.8)

Доказательство:

Проведем прямую b, параллельную прямой а. Тогда, согласно аксиоме 9, (через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести только одну прямую) проведем прямую с через точку С, параллельную прямой b.

Таким образом, получается, что прямая с параллельна прямой b, и прямая a также параллельна прямой b по построению. Следовательно, по теореме о двух прямых, параллельных третьей прямой, имеем, что две прямые a и c параллельны прямой b и, следовательно, они (прямые а и с) параллельны. Т.е. через точку С можно провести прямую, параллельную прямой а.

Пример 2

Даны две параллельные прямые а и b, и секущая с. Докажите, что биссектрисы внутренних накрест лежащих углов, образованных этими прямыми, параллельны (Рис.9)

Доказательство:

Таким образом, так как углы α и β равны, то и углы α/2 и β/2 также равны. А если углы α/2 и β/2 равны, то они являются внутренними накрест лежащими углами, между секущей с и прямыми, на которых лежат лучи d₁ и d₂, и согласно теореме: признак параллельности прямых, лучи d₁ и d₂ лежат на параллельных прямых.

Рис.9 Задача. Даны две параллельные прямые а и b и секущая с.

Пример 3

Один из углов равнобедренного треугольника АВС равен 100° (Рис.10). Найти остальные углы треугольника.

Решение:

Так как сумма углов треугольника составляет 180°, а два угла у равнобедренного треугольника равны, то они не могут равняться 100°. Следовательно, углы при вершинах А и С равны, а угол при вершине В = 100°.

Отсюда следует, что можно составить соотношение:

Ответ: углы равнобедренного треугольника составляют: 100°, 40°, 40°.

Рис.10 Задача. Найти углы треугольника.

Пример 4

Сумма внешних углов треугольника АВС при вершиах А и В равна 240° (Рис.11). Найдите угол С треугольника АВС.

Решение:

Так как сумма углов α + β + α₁ + β₁ = 360°, а

α₁ + β₁ = 240° по условию задачи, то

А так как сумма углов треугольника составляет 180°, то

И следовательно, γ = 60°

Ответ: угол при вершине С = 60°.

Рис.11 Задача. Найти угол треугольника.

Пример 5

В равнобедренном треугольнике АВС с основанием АС проведена биссектриса AD. Угол при вершине В составляет 36° (Рис.12). Докажите, что треугольники CDA и ADB равнобедренные.

Доказательство:

Так как по условию задачи треугольник АВС равнобедренный, то углы при вершинах А и С равны:

α = 72°, а так как AD биссектриса, то ∠BAD = ∠DAC, т.е.

Следовательно, треугольник ADB равнобедренный. Углы при вершинах А и В равны 36°.

Теперь рассмотрим треугольник ADC. Угол λ равен:

Таким образом, треугольник ADC равнобедренный. Углы при вершинах С и D равны 72°.

Источник

Параллельность трех прямых

Урок 5. Геометрия 10 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Параллельность трех прямых»

· докажем лемму о двух параллельных прямых, пересекающих плоскость;

· докажем теорему о двух прямых, параллельных третьей прямой.

Ранее мы с вами уже узнали, какие прямые называют параллельными в пространстве. Напомню, что две прямые в пространстве называются параллельными, если они лежат в одной плоскости и не пересекаются. Также мы с вами доказали теорему о том, что через любую точку пространства, не лежащую на данной прямой, проходит прямая, параллельная данной, и притом только одна.

Теперь докажем лемму о пересечении плоскости параллельными прямыми.

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

Доказательство. Пусть прямые а и b – параллельные. И одна из них, например, прямая а – пересекает плоскость α в точке М. Докажем, что прямая b также пересекает плоскость α, т.е. имеет с ней только одну общую точку.

Рассмотрим плоскость β, в которой лежат параллельные прямые а и b. Так как две различные плоскости α и β имеют общую точку М, то по третьей аксиоме (если две плоскости имеют общую точку, то они имеют общую прямую, на которой лежат все общие точки этих плоскостей) они пересекаются по некоторой прямой p. Эта прямая лежит в плоскости β и пересекает прямую а в точке М. Значит, она пересекает и прямую b, параллельную прямой а, в некоторой точке N. Прямая p лежит также в плоскости α, поэтому точка N – точка плоскости α. Следовательно, N – общая точка прямой b и плоскости α.

Докажем теперь, что прямая b не имеет других общих точек с плоскостью α, кроме точки N. Это и будет означать, что прямая b пересекает плоскость α. Действительно, если бы прямая b имела еще одну общую точку с плоскостью α, то она целиком лежала бы в плоскости α, а следовательно, была бы общей прямой плоскостей α и β, т.е. совпадала бы с прямой p. Но это невозможно, так как по условию прямые а и b параллельны, а прямые а и p пересекаются. Таким образом, прямая b имеет с плоскостью α единственную общую точку N, т.е. пересекается с плоскостью альфа в точке N. Лемма доказана.

Из курса планиметрии вы помните, что если три прямые лежат в одной плоскости и две из них параллельны третьей прямой, то эти две прямые параллельны. Аналогичное утверждение справедливо и для трех прямых в пространстве. Сформулируем и докажем это утверждение.

Теорема (Признак параллельности прямых).

Если две прямые параллельны третьей прямой, то они параллельны.

Доказательство. Пусть прямая а параллельна прямой c, прямая b параллельна прямой cэ. Докажем, что прямая а параллельна прямой b. Для этого нам нужно доказать, что прямые а и b лежат в одной плоскости и не пересекаются.

Отметим некоторую точку N на прямой b. Мы знаем, что через прямую и не лежащую на ней точку проходит плоскость, и притом только одна. Значит, через прямую а и точку N, не лежащую на ней, проходит единственная плоскость. Обозначим буквой α плоскость, проходящую через прямую а и точку N. Докажем, что прямая b лежит в плоскости α. Допустим, что прямая b пересекает плоскость α. Тогда по лемме о пересечении плоскости параллельными прямыми прямая c также пересекает плоскость α. Но так как прямые а и c параллельны по условию, то и прямая а должна пересекать плоскость α, что противоречит тому, что прямая а лежит в плоскости α.

Прямые а и b не пересекаются, так как в противном случае через точку их пересечения проходили бы две прямые а и b, параллельные прямой c, что невозможно. Теорема доказана.

Задание. Дан параллелепипед . Докажите, что прямые .

Доказательство. Рассмотрим четырехугольник AA₁D₁D.

Он является параллелограммом по определению параллелепипеда. Значит, прямая AD параллельна прямой A₁D₁.

Рассмотрим четырехугольник A₁B₁C₁D₁. Он также является параллелограммом по определению параллелепипеда. Следовательно, прямая A₁D₁ параллельна прямой B₁C₁. Тогда по признаку параллельности прямых (если две прямые параллельны третьей прямой, то они параллельны), имеем прямая AD параллельна прямой B₁C₁. Что и требовалось доказать.

Задание. В основании прямоугольного параллелепипеда лежит квадрат со стороной см, а длина бокового ребра параллелепипеда равна см. Точки , , и являются серединами отрезков , , и соответственно. Вычислите периметр четырехугольника .

Подведем итоги урока. На этом уроке мы продолжили рассматривать параллельные прямые в пространстве. А именно, рассмотрели параллельность трех прямых. Доказали лемму о том, что если одна из двух параллельных прямых пересекает плоскость, то и другая прямая пересекает эту плоскость. А затем с ее помощью доказали теорему о двух прямых, параллельных третьей прямой.

Источник

• ← Бесконечное лето на что влияет первый выбор
• драйверить что это в играх →

Главная > Учебные материалы > Математика: Планиметрия. Страница 2
Рис.2 Теорема. Признаки параллельности прямых. 3.Свойство углов при пересечении параллельных прямых Теорема. Если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны и сумма внутренних односторонних углов равна 180 градусов. Доказательство. Пусть a и b параллельные прямые. Прямая с пересекает их в точках А и В. (Рис. 3) Проведем через точку А прямую а 1 так, чтобы внутренние накрест лежащие углы, образованные между прямыми а 1 и b и секущей с, были равны. Тогда по признаку параллельности прямых они параллельны. А так как согласно аксиоме о единственной параллельной прямой, проходящей через точку не лежащей на данной прямой, такая прямая может быть только одна, то прямые а и а 1 совпадают. А следовательно внутренние накрест лежащие углы, образованные между прямыми а,b и секущей с, равны.	Рис.3 Теорема. Свойство углов при пересечении параллельных прямых. 4.Сумма углов треугольника Теорема. Сумма углов треугольника равна 180 градусов. Доказательство. Пусть АВС данный треугольник. Проведем через вершину В прямую BD, параллельную стороне АС (Рис. 4). Тогда углы α и α’, γ и γ’ равны как внутренние накрест лежащие. А так как прямая BD представляет собой развернутый угол с вершиной угла в точке В, который равен 180°, т.е. α’ + β + γ’ = 180°, то сумма углов треугольника равна также 180°. Таким образом, мы пришли к выводу, что сумма углов треугольника, т.е. α + β + γ = 180°.	Рис.4 Теорема. Сумма углов треугольника. 5.Единственность перпендикуляра к прямой Теорема. Из любой точки, не лежащей на данной прямой, можно опустить только один перпендикуляр на данную прямую. Доказательство. Пусть дана прямая а и не лежащая на ней точка А. Отметим на прямой а произвольную точку, например D. И проведем через нее перпендикуляр.(Рис. 5)	Рис.5 Теорема. Единственность перпендикуляра к прямой. 6. Высота, биссектриса и медиана треугольника Высотой треугольника, проведенной из данной вершины, называется перпендикуляр, опущенный из данной вершины на противолежащую сторону. Биссектрисой треугольника, проведенной из данной вершины, называется отрезок, соединяющий эту вершину угла и противолежащую сторону, и делящий данный угол пополам. Медианой треугольника, проведенной из данной вершины, называется отрезок, соединяющий эту вершину и противолежащую сторону, и делящий ее пополам. (Рис.6) Рис.6 Высота, биссектриса и медиана треугольника. 7. Свойство медианы равнобедренного треугольника Теорема. В равнобедренном треугольнике медиана, проведенная из вершины угла к основанию, является биссектрисой и высотой. Доказательство: Рассмотрим треугольники ABD и BDC. Они равны по третьему признаку равенства треугольников. АВ = ВС по условию, AD = DC, так как BD медиана, а сторона BD у них общая. Следовательно, углы при вершине D равны, а так как они являются смежными, то ∠ADB = ∠CDB = 90°. Из равенства треугольников ABD и BDC следует равенство углов при вершине В, т.е. ∠AВD = ∠CВD = α. Отсюда можно сделать вывод, что медиана BD является биссектрисой и высотой. Рис.7 Свойство медианы равнобедренного треугольника.