Sari la conținut
La Liceu
Geometrie în spațiu

Proiecții ortogonale pe plan; unghiul dintre dreaptă și plan; lungimea proiecției

Lecția 5 din 13≈ 5 min de citit

Proiecția ortogonală a unui punct pe un plan

Fie un plan α\alpha și un punct MM. Proiecția ortogonală a lui MM pe α\alpha este piciorul M′M' al perpendicularei duse din MM pe plan: MM′⊥αMM' \perp \alpha, M′∈αM' \in \alpha. Scriem M′=prα MM' = \text{pr}_{\alpha}\, M. Dacă M∈αM \in \alpha, atunci proiecția lui MM este chiar MM. Proiecția este unică, pentru că dintr-un punct se poate duce o singură perpendiculară pe un plan.

De exemplu, în cubul ABCDA′B′C′D′ABCDA'B'C'D', proiecția lui B′B' pe planul (ABCD)(ABCD) este BB, deoarece muchia laterală BB′BB' este perpendiculară pe planul bazei.

Proiecția unui segment și a unei drepte

Proiecția unei figuri pe un plan este mulțimea proiecțiilor tuturor punctelor figurii.

  • Proiecția unei drepte dd pe α\alpha: dacă d⊥αd \perp \alpha, proiecția este un punct (piciorul perpendicularei); altfel, proiecția este o dreaptă d′d'.
  • Proiecția unui segment ABAB (neperpendicular pe plan) este segmentul A′B′A'B', unde A′A' și B′B' sunt proiecțiile capetelor.

Lungimea proiecției

Dacă segmentul ABAB formează cu planul α\alpha unghiul uu, atunci lungimea proiecției este A′B′=AB⋅cos⁡u.A'B' = AB \cdot \cos u. Cazuri particulare: dacă AB∥αAB \parallel \alpha sau AB⊂αAB \subset \alpha, proiecția are aceeași lungime (cos⁡0∘=1\cos 0^\circ = 1); dacă AB⊥αAB \perp \alpha, proiecția este un punct (cos⁡90∘=0\cos 90^\circ = 0). Cum cos⁡u≤1\cos u \le 1, proiecția unui segment este întotdeauna cel mult egală cu segmentul. Exemplu: un segment de 1010 cm care formează 60∘60^\circ cu planul are proiecția 10⋅cos⁡60∘=510 \cdot \cos 60^\circ = 5 cm.

Unghiul dintre o dreaptă și un plan

  • Dacă d⊥αd \perp \alpha, unghiul dintre dd și α\alpha este 90∘90^\circ.
  • Dacă d∥αd \parallel \alpha sau d⊂αd \subset \alpha, unghiul este 0∘0^\circ.
  • Altfel, unghiul dintre dreapta dd și planul α\alpha este, prin definiție, unghiul dintre dd și proiecția ei d′d' pe α\alpha.

Acest unghi este cel mai mic dintre unghiurile formate de dd cu dreptele planului și aparține mereu intervalului [0∘,90∘][0^\circ, 90^\circ].

Cum îl construim practic. Fie II punctul în care dreapta dd înțeapă planul (d∩α={I}d \cap \alpha = \{I\}). Alegem un punct convenabil P∈dP \in d, P≠IP \neq I, și coborâm perpendiculara PP′⊥αPP' \perp \alpha. Atunci IP′IP' este proiecția lui IPIP, iar unghiul căutat este ∠PIP′\angle PIP'. În triunghiul dreptunghic PP′IPP'I (dreptunghic în P′P'): sin⁡u=PP′PI,cos⁡u=P′IPI,tg u=PP′P′I.\sin u = \frac{PP'}{PI}, \qquad \cos u = \frac{P'I}{PI}, \qquad \text{tg}\, u = \frac{PP'}{P'I}.

Aplicații tipice la examen

  • Muchia laterală a piramidei regulate cu baza: proiecția vârfului VV pe planul bazei este centrul OO al bazei, deci proiecția muchiei VAVA este OAOA; unghiul este ∠VAO\angle VAO, cu cos⁡u=RVA\cos u = \frac{R}{VA} și tg u=hR\text{tg}\, u = \frac{h}{R}, unde R=OAR = OA este raza cercului circumscris bazei.
  • Diagonala cubului cu planul bazei: proiecția lui AC′AC' pe (ABCD)(ABCD) este ACAC (fiindcă CC′⊥(ABCD)CC' \perp (ABCD)); unghiul u=∠C′ACu = \angle C'AC are tg u=ll2=22\text{tg}\, u = \frac{l}{l\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2}.
  • Generatoarea conului cu planul bazei: proiecția vârfului VV este centrul OO al bazei, deci unghiul dintre generatoarea VAVA și bază este ∠VAO\angle VAO, cu cos⁡u=RG\cos u = \frac{R}{G} și tg u=hR\text{tg}\, u = \frac{h}{R}.

Formule

Exemple rezolvate

Greșeli frecvente

Ai terminat lecția