Что называется расстоянием между параллельными прямыми

10.04.202214.04.2022 admin 0 Comments

Расстояние между двумя параллельными прямыми: определение и примеры нахождения

В материале этой статьи разберем вопрос нахождения расстояния между двумя параллельными прямыми, в частности, при помощи метода координат. Разбор типовых примеров поможет закрепить полученные теоретические знания.

Расстояние между двумя параллельными прямыми: определение

Расстояние между двумя параллельными прямыми – это расстояние от некоторой произвольной точки одной из параллельных прямых до другой прямой.

Приведем иллюстрацию для наглядности:

Указанное определение расстояния между двумя параллельными прямыми справедливо как на плоскости, так и для прямых в трехмерном пространстве. Кроме того, данное определение взаимосвязано со следующей теоремой.

Когда две прямые параллельны, все точки одной из них равноудалены от другой прямой.

Отметим, что расстояние между двумя параллельными прямыми – наименьшее из расстояний от точек одной прямой до точек другой.

Нахождение расстояния между параллельными прямыми

Мы уже выяснили, что, по сути, чтобы найти расстояние между двумя параллельными прямыми, необходимо определить длину перпендикуляра, опущенного из некой точки одной прямой на другую. Способов, как это сделать, несколько. В каких-то задачах удобно воспользоваться теоремой Пифагора; другие предполагают использование признаков равенства или подобия треугольников и т.п. В случаях, когда прямые заданы в прямоугольной системе координат, возможно вычислить расстояние между двумя параллельными прямыми, используя метод координат. Рассмотрим его подробнее.

Решение задачи построим на определении расстояния между параллельными прямыми: для нахождения расстояния между двумя заданными параллельными прямыми необходимо:

— произвести вычисление расстояния от точки М 1 до заданной прямой, которой эта точка не принадлежит.

Опираясь на навыки работы с уравнениями прямой на плоскости или в пространстве, определить координаты точки М 1 просто. При нахождении расстояния от точки М 1 до прямой пригодится материал статьи о нахождении расстояния от точки до прямой.

Выведем эту формулу.

A A 2 + B 2 x + B A 2 + B 2 y + C 2 A 2 + B 2 = 0

При С 2 ≥ 0 нормальное уравнение прямой b будет выглядеть так:

Таким образом, при любом значении числа С 2 длина отрезка | М 1 Н 1 | (от точки М 1 до прямой b ) вычисляется по формуле: M 1 H 1 = A A 2 + B 2 x 1 + B A 2 + B 2 y 1 + C 2 A 2 + B 2

Разберем теорию на примерах.

Решение

Напоследок рассмотрим задачу на нахождение расстояния между двумя параллельными прямыми в трехмерном пространстве.

Решение

Вычислим векторное произведение векторов :

Применим формулу расчета расстояния от точки до прямой в пространстве:

Источник

Геометрия. 7 класс

Конспект урока

Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми

Перечень рассматриваемых вопросов:

Наклонной, проведенной из данной точки к данной прямой, называется любой отрезок, соединяющий данную точку с точкой прямойине являющийся перпендикуляром к прямой.

Длина перпендикуляра, проведенного из точки к прямой, называется расстоянием от этой точки до прямой.

Все точки каждой из двух параллельных прямых равноудалены от другой прямой.

Все точки плоскости, расположенные по одну сторону от данной прямой и равноудаленные от неё, лежат на прямой, параллельной данной.

Расстояние от произвольной точки одной из параллельных прямых до другой прямой называется расстоянием между этими прямыми.

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Расстояние между двумя точками – длина отрезка, соединяющего эти точки. Введём также следующие понятия:

1) расстояние от точки до прямой;

2) расстояние между параллельными прямыми.

Пусть отрезок АН – перпендикуляр, проведённый из точки А к прямой а, М – любая точка прямой а, отличная от Н. Отрезок АМ называется наклонной, проведённой из точки А к прямой а. В прямоугольном треугольнике АНМ катет АН меньше гипотенузы АМ. Следовательно, перпендикуляр, проведённый из точки к прямой, меньше любой наклонной, проведённой из той же точки к этой прямой.

Длина перпендикуляра, проведённого из точки к прямой, называется расстоянием от этой точки до прямой.

Отметим, что расстояние от точки до прямой равно наименьшему из расстояний от этой точки до точек прямой.

На рисунке расстояние от точки В до прямой р равно 3 см, а расстояние от точки С до этой прямой равно 5 см.

Прежде чем ввести понятие расстояния между параллельными прямыми, рассмотрим одно из важнейших свойств параллельных прямых.

Теорема. Все точки каждой из двух параллельных прямых равноудалены от другой прямой.

Доказательство. Рассмотрим параллельные прямые а и b. Отметим на прямой a точку A и проведём из этой точки перпендикуляр AB к прямой b. Докажем, что расстояние от любой точки X прямой а до прямой b равно АВ.

Проведём из точки Х перпендикуляр XY к прямой b. Так как XY‎ перпендикулярно b, то XY‎ перпендикулярно а. Прямоугольные треугольники ABY и YXA равны по гипотенузе и острому углу (AY – общая гипотенуза, а углы 1 и 2 равны как накрест лежащие углы при пересечении параллельных прямых a и b секущей AY). Следовательно, XY = AB.

Итак, любая точка X прямой a находится на расстоянии AB от прямой b. Очевидно, что все точки прямой b находятся на таком же расстоянии от прямой a. Теорема доказана.

Из доказанной теоремы следует, что точка, движущаяся по одной из параллельных прямых, все время находится на одном и том же расстоянии от другой прямой.

Расстояние от произвольной точки одной из параллельных прямых до другой прямой называется расстоянием между этими прямыми.

Отметим, что расстояние между параллельными прямыми равно наименьшему из расстояний от точек одной прямой до точек другой прямой.

Замечание. Справедливо утверждение, обратное доказанной теореме: все точки плоскости, расположенные по одну сторону от данной прямой и равноудалённые от неё, лежат на прямой, параллельной данной.

Доказательство: по аксиоме параллельных прямых, через точку A проведем прямую b, b║a, тогда все точки b║a равноудаленыот точек прямой a. Докажем, что B, C∈ b.

Пусть B∉ b, C∉ b, значит, расстояние от точки B до a и C будет больше или меньше, чем расстояние h. Но это противоречит AA₁ = BB₁ = CC₁.

Следовательно, наше предположение неверно и A, B и С ∈ b || a, что и требовалось доказать.

Разбор заданий тренировочного модуля.

В равностороннем треугольнике ABC проведена биссектриса AD. Расстояние от точки D до прямой AC равно 12 см. Найти расстояние от точки A до прямой BC.

Объяснение: равносторонним треугольником называется треугольник с тремя равными сторонами (значит, и с тремя равными углами, то есть – по 60°). Равносторонний треугольник является частным случаем равнобедренного, поэтому все свойства, присущие равнобедренному треугольнику, распространяются и на равносторонний. Поэтому АD – не только биссектриса, но ещё и высота, стало быть AD⊥BC

Поскольку расстояние от точки D до прямой АС – это длина перпендикуляра, опущенного из точки D на прямую AC, то DH – данное расстояние. Рассмотрим треугольник AHD. В нём угол H = 90°, так как DH – перпендикуляр к AC (по определению расстояния от точки до прямой). Кроме этого, в данном треугольнике катет DH лежит против угла DAH = 30°, поэтому AD = 2 ∙ 12= 24см (по свойству).

Расстояние от точки А до прямой ВС – это длина опущенного на прямую ВС перпендикуляра. По доказанному AD⊥ BC, значит, AD = 24 см.

Источник

Содержание:

Расстояние от точки до прямой:

Введем теперь понятие расстояния от точки до прямой. Пусть точка А не лежит на прямой b и отрезок АО — перпендикуляр, проведенный из точки А к прямой b (рис. 121, a).

Наклонной к прямой b называется отрезок AM, где М — произвольная точка прямой b, не совпадающая с точкой О (см. рис. 121, а). В прямоугольном треугольнике АОМ катет АО меньше гипотенузы AM. Таким образом, перпендикуляр, проведенный из точки к прямой, меньше любой наклонной, проведенной из той же точки к данной прямой.

Определение расстояния от точки до прямой

Определение. Расстоянием от точки до прямой называется длина перпендикуляра, проведенного из этой точки к прямой.

Расстояние от точки А до прямой b обозначается d(A, b) (читают следующим образом: «Расстояние от точки А до прямой b»).

Например, если в прямоугольном треугольнике ABC угол С прямой, то расстояние от вершины А до прямой ВС равно длине катета АС, а расстояние от вершины В до прямой АС равно длине катета ВС (рис. 121, б). Длина отрезка CF, являющегося высотой этого треугольника, есть расстояние от вершины С до прямой АВ.

Воспользовавшись понятием расстояния от точки до прямой, можно определить понятие расстояния между параллельными прямыми.

Расстояние между параллельными прямыми

Предварительно докажем еще одно свойство параллельных прямых.

Теорема. Все точки каждой из двух параллельных прямых находятся на равном расстоянии от другой прямой.

1) Пусть а и b две параллельные прямые, отрезок ОВ — перпендикуляр, проведенный из произвольной точки О прямой а к прямой b (рис. 122, а). Докажем, что расстояние от любой точки М прямой а до прямой b равно длине отрезка ОВ.

2) Проведем из точки М перпендикуляр MF к прямой b. Так как MF b, а прямые а и b параллельны, то MF а.

3) Прямоугольные треугольники OBF и OMF равны по гипотенузе и острому углу (сторона OF — общая, и равны внутренние накрест лежащие углы 1 и 2 при пересечении параллельных прямых а и b секущей OF). Из равенства треугольников следует, что MF = ОВ. Аналогично доказывается, что каждая точка прямой b находится на том же расстоянии от прямой а.

Определение. Расстоянием между двумя параллельными прямыми называется расстояние от произвольной точки одной из параллельных прямых до другой прямой.

Например, пусть прямая l проходит через вершину С треугольника ABC и параллельна его стороне АВ. Тогда расстояние между прямыми l и АВ равно длине отрезка CF, являющегося высотой треугольника ABC (рис. 122, б).

Правильная треугольная пирамида

Рассмотрим еще одну пространственную фигуру.

Проведем мысленный эксперимент. Представим, что часть листа бумаги, имеющая форму равностороннего треугольника, разбита на четыре части, каждая из которых имеет форму равностороннего треугольника (рис. 123, а). Такое разбиение осуществляют отрезки АВ, ВС и СА, которые соединяют середины сторон модели равностороннего треугольника.

Перегнем данную модель равностороннего треугольника по отрезкам АВ, ВС, СА и склеим так, чтобы вершины D₁, D₂ и D₃ совпали (рис. 123, б, в).

Фигура, состоящая из части пространства, ограниченной четырьмя равными равносторонними треугольниками DAB, DBC, DAC и ABC, и точек этих треугольников, называется тетраэдром (или правильным тетраэдром), который обозначается DABC (см. рис.123, в). Равносторонние треугольники DAB, DBC, DAC и ABC называются гранями тетраэдра, а их вершины и стороны — вершинами и ребрами тетраэдра.

Правильная треугольная пирамида — это многогранник, у которого одна грань ABC — равносторонний треугольник, а остальные три грани — равные равнобедренные треугольники SAB, SBC, SAC, имеющие общую вершину S (рис. 124, а). Равносторонний треугольник ABC называется основанием правильной треугольной пирамиды, а треугольники SAB, SBC, SAC — ее боковыми гранями. Общая вершина S треугольников SAB, SBC, SAC называется вершиной пирамиды, стороны SA, SB, SC — боковыми ребрами правильной треугольной пирамиды, а вершины А, В, С называются вершинами при основании пирамиды.

Треугольная пирамида, основанием которой служит равносторонний треугольник ABC, а вершиной — точка S, обозначается SABC.

Так как равносторонний треугольник является равнобедренным, то понятно, что любой тетраэдр служит примером правильной треугольной пирамиды.

Равенство фигур

Ранее мы изучили понятия равенства отрезков, углов и треугольников. Треугольники называются равными, если они совмещаются при наложении. Аналогично определяется и равенство произвольных геометрических фигур.

Представление о моделях двух равных прямоугольников дают, например, два одинаковых листа писчей бумаги или два листа одной и той же книги. Модели равных фигур более сложной формы получим, если от одинаковых листов бумаги прямоугольной формы отрежем части, имеющие форму равных прямоугольных треугольников, как показано на рисунке 124, б, в.

Легко проверить, что части F₁ и F₂, оставшиеся после отрезания, можно совместить наложением, что служит подтверждением их одинаковой формы и размеров.

Как и в случае треугольников, можно говорить о равенстве двух произвольных фигур в случае их совмещения при наложении.

Две геометрические фигуры называются равными, если их можно совместить наложением.

В общем случае при рассмотрении равных фигур пользуются следующими свойствами равных фигур:

В предыдущих главах были изучены признаки равенства треугольников, расположенных в одной и той же плоскости. Заметим, что эти признаки справедливы и для треугольников, которые лежат в разных плоскостях.

Рассмотрим некоторые примеры. Пусть у нас есть развертка прямоугольного параллелепипеда, основаниями которого служат квадраты (рис. 125, а). На рисунке одинаковыми буквами обозначены точки, которые «склеиваются» в одну вершину параллелепипеда. Нетрудно понять, что отмеченные на развертке прямоугольные треугольники равны по двум катетам, а соответствующие им равные прямоугольные треугольники АА₁В₁ и D₁C₁C лежат в разных гранях прямоугольного параллелепипеда, а значит, — в разных плоскостях (рис. 125, б).

В дальнейшем при решении некоторых задач мы будем пользоваться утверждением о том, что признаки равенства треугольников справедливы и для треугольников, расположенных в разных плоскостях.

Пример №1

Точка О — середина стороны А С равностороннего треугольника ABC. Вычислите расстояние от точки О до прямой ВС, если ВО = 8 см (рис. 126, а, б).

АВС,

О АС,

Расстояние от точки О до прямой ВС равно длине перпендикуляра, проведенного из точки О к прямой ВС.

1) Пусть OF — перпендикуляр, проведенный из точки О к прямой ВС, тогда d(O, ВС) равно длине отрезка OF, который является катетом прямоугольного треугольника BFO.

2) Так как треугольник ABC равносторонний, а значит, и равнобедренный (АВ = ВС), то его медиана ВО является биссектрисой. Так как градусная мера каждого угла равностороннего треугольника равна 60°, то OBC = ABC = 30°.

3) В прямоугольном треугольнике BFO ( OFB = 90°) катет OF лежит против угла в 30°, следовательно, OF = В0 = 4 см, т. е. d(O, ВС) = 4 см.

Пример №2

Точки О и F — соответственно середины ребер В С и АВ тетраэдра DABC. Докажите, что DO = CF (рис. 127, а, б).

Для д оказательства равенства отрезков достаточно доказать равенство треугольников, сторонами которых являются эти отрезки. В данном случае можем рассмотреть треугольники AFC и BOD.

1) Так как точки О и F — середины сторон СВ и АВ равносторонних треугольников CBD и АСВ соответственно, то медианы DO и CF этих треугольников являются также и высотами. Следовательно, треугольники BOD и AFC являются прямоугольными.

2) Поскольку треугольники CBD и АСВ — равные и равносторонние, то АС = BD и CAB = DBC = 60°.

3) Таким образом, прямоугольные треугольники BOD и AFC равны по гипотенузе и острому углу (AC = DB, FAC = OBD = 60°). Из равенства этих треугольников следует, что DO = CF, что и требовалось доказать.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Расстояние между двумя параллельными прямыми в пространстве

Для лучшего понимания темы рассмотрим основные понятия, термины и теоремы, связанные с параллельными прямыми.

Базовые понятия и теоремы

Расстоянием есть такая величина, которая характеризует отдаленность объектов друг от друга. Это определение применимо для плоскости и для пространства. Зачастую расстояние измеряют при помощи различных измерительных приборов, таких как линейка, штангенциркуль и прочих. При передвижении на машине расстояние вычисляют с помощью спидометра. На больших расстояниях применяют различные вычисления для определения величины расстояния.

Две прямые являются параллельными в трехмерном пространстве только в том случае, если они находятся в одной плоскости и не пересекаются. Это значит, что параллельность прямых определяется двумя критериями:

Но не нужно путать параллельные прямые со скрещивающимися, они тоже никогда не пересекаются и не имеют общих точек, но их невозможно расположить в одной плоскости.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Если рассмотреть примеры из жизни, то параллельные прямые мы можем наблюдать как противоположные края у прямоугольного или квадратного стола, железнодорожные рельсы и шпалы, провода линий электропередач, линии в тетради в полоску и прочие. Таких примеров из реального мира можно привести очень много.

Расстоянием между параллельными прямыми является перпендикулярный отрезок между этими прямыми. Он может быть проведен в любом месте между ними и везде будет одинаковым. Рассмотрим доказательство этой теоремы.

Доказательство теоремы про расстояние между параллельными прямыми

Все вышесказанное указывает на то, что треугольники \(XBA\) и \(BXY\) равны, согласно первому признаку равенства треугольников, соответственно, перпендикуляры \(AX\) и \(BY\) тоже равны.

Доказательство этой теоремы справедливо как для планиметрии, так и для 3D-пространства, так как две параллельные прямые в любом случае образуют плоскость.

Примеры определения расстояния между параллельными прямыми

Рассмотрим задачу на определение расстояния меду параллельными прямыми в пространстве.

Решение : Согласно вышеизложенной теоремы, расстоянием между двумя параллельными прямыми является величина перпендикуляра между ними. Выберем произвольную точку на одной из прямых и опустим с нее перпендикуляр на другую прямую. длина этого перпендикулярного отрезка и будет решением этой задачи.

Практически не всегда удобно графически решать данные задачи, так как не всегда есть возможность выполнить рисунок в масштабе 1:1, поэтому их решают аналитическим путем, используя специальные уравнения.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Выше мы рассматривали, что не имеет значения с какой именно точки опущен перпендикуляр, ведь все они равны между собой, поэтому решение задачи сводится, по сути, к определению расстояния между точкой, расположенной на одной из прямых, и второй прямой.

Значит, уравнение определения расстояния между прямыми \(l\) и \(k\) имеет следующий вид:

Рассмотрим пример решения задачи с использованием данного уравнения.

Решение: Определим из уравнения координаты вектора нормали к прямой \(l\) <-1;2;-4>, к прямой \(k\) <3;-1;2>. Координатами направляющего вектора для прямой \(l\) будут <1;3;5>. Значит уравнение примет вид:

Для кого-то этот способ покажется сложным, а для кого-то простым. Всего лишь нужно уметь решать выражения матричного вида.

Рассмотрим еще один способ решения подобной задачи. Это способ алгоритма с векторным произведением.

Решение : Применим формулу векторного произведения:

где \(M_0 M_1\) – вектор, который соединяет две случайные точки на параллельных прямых.

Вектора нормали для прямой \(l\) <-1;2;-4>и для прямой \(k\) <3;-1;2>. Координатами направляющего вектора для обоих прямых будут s=<1;3;5>, так как вектор нормали у них совпадает.

Определим разность между направляющими векторами, она и будет являться координатами вектора

Рассчитаем векторное произведение:

Теперь рассчитаем длину направляющего вектора:
\(|s ̅ |= \pm \sqrt <1^2+3^2+5^2 >=5,916\)

В итого расстояние между заданными прямыми будет равняться:
\(ρ= <38,859\over5,916>=6,568\)

То есть мы получили по сути тот же ответ, значит оба решения правильные и могут применяться для решения задач на определение расстояния между двумя параллельными прямыми.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».