Teorema celor trei perpendiculare; calculul distanțelor punct–dreaptă și punct–plan
Distanța de la un punct la o dreaptă, notată , este lungimea segmentului , unde este piciorul perpendicularei duse din pe dreapta . Distanța de la un punct la un plan, notată , este lungimea segmentului , unde este piciorul perpendicularei duse din pe planul (adică ). Aceasta este cea mai scurtă dintre distanțele de la la punctele planului: orice alt segment , cu , este o oblică și . Distanța dintre două plane paralele este distanța de la un punct oarecare al unui plan la celălalt plan; în corpurile studiate ea se măsoară pe o muchie perpendiculară pe ambele plane — de exemplu, în cub .
Teorema celor trei perpendiculare (T3P)
Enunț. Dacă , , iar , unde și , atunci .
Demonstrație. Din și rezultă . Prin construcție, . Dreptele și sunt concurente în , deci . Cum , rezultă . ∎
Cele „trei perpendiculare” sunt: (perpendiculara pe plan), (perpendiculara din picior pe dreaptă) și concluzia (oblica perpendiculară pe dreaptă).
Reciproca 1. Dacă și (, ), atunci . (Demonstrație analoagă: și dau , deci .)
Reciproca 2. Dacă , și (cu , , ), atunci . (Din și rezultă , deci ; cum și , dreapta este perpendiculară pe două drepte concurente din , deci .)
Metoda de calcul: distanța de la un punct la o dreaptă
- Identificăm perpendiculara pe plan: găsim , unde este planul care conține dreapta (de regulă o muchie sau o înălțime a corpului).
- Construim din picior perpendiculara pe dreaptă: ducem , , și o calculăm în planul (geometrie plană!).
- Aplicăm T3P: , deci , calculată cu teorema lui Pitagora în triunghiul dreptunghic (, pentru că și ).
Metoda de calcul: distanța de la un punct la un plan
Schema standard pentru : căutăm o dreaptă și un plan auxiliar care conține punctul , astfel încât (arătăm că este perpendiculară pe două drepte concurente din ). Atunci , iar perpendiculara din pe dreapta de intersecție , fie ea , este perpendiculară pe tot planul : într-adevăr, (construcție) și (căci ), adică e perpendiculară pe două drepte concurente din . Deci , care se calculează de obicei ca înălțime în triunghi dreptunghic: .
Metoda ariilor/volumelor (echivalarea volumelor)
Dacă și planul determină un tetraedru cu , volumul lui se poate scrie în două moduri: și, alegând altă față ca bază, cu o înălțime ușor de văzut (adesea o muchie perpendiculară pe o față). Egalând, obținem . Metoda evită construcția piciorului perpendicularei și este acceptată integral la barem — orice metodă corectă primește punctaj maxim.