Корице уџбеника

22. Паралелност

Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

Нека је \( \alpha \) раван одређена правама \( a \) и \( b \) које се секу: \[ a \cap b = \{S\}, \quad a, b \subset \alpha \] Нека је \( c \) права таква да: \[ c \subset \alpha \] Претпоставимо супротно тврђењу: права \( c \) не сече ни \( a \) ни \( b \). Како су праве компланарне (\( a, b, c \subset \alpha \)), из претпоставке следи: \[ c \parallel a \quad \text{и} \quad c \parallel b \] На основу транзитивности релације паралелности: \[ (a \parallel c \land c \parallel b) \Rightarrow a \parallel b \] Овај закључак је у директној противречности са датим условом да се праве \( a \) и \( b \) секу (\( a \cap b = \{S\} \)). Дакле, претпоставка је нетачна. Права \( c \) сече бар једну од правих \( a \) или \( b \).

Детаљно решење

Корак 1: Анализа поставке и дефинисање равни

Нека су \( a \) и \( b \) две различите праве које се секу у тачки \( S \). Према теореми о одређености равни, две праве које се секу одређују јединствену раван \( \alpha \). У задатку је дата права \( c \) која такође припада тој равни (\( c \subset \alpha \)). Желимо да докажемо да права \( c \) мора да сече или праву \( a \) или праву \( b \).
Раван \(\alpha\) представи као светлосиви паралелограм који визуелно обухвата цео цртеж. У њеном центру јасно означи раван са \(\alpha\). Нацртај две равне линије \(a\) и \(b\) црном бојом, тако да се секу унутар паралелограма \(\alpha\). Обе праве треба да се протежу изван граница паралелограма да би се нагласила њихова бесконачност. Њихову пресечну тачку означи као \(S\) малом црном тачком. Постави ознаке \(a\) и \(b\) поред њихових линија. Затим нацртај трећу праву линију \(c\) у истој равни. Ову праву \(c\) нацртај плавом бојом и/или испрекиданом линијом да би се јасно разликовала од правих \(a\) и \(b\). Позиционирај праву \(c\) тако да буде јасно видљиво паралелна са правом \(a\), и обезбеди да она пресеца праву \(b\) на видљивом месту у оквиру цртежа. Означи праву са \(c\) поред ње. На овом цртежу илуструј искључиво овај сценарио за праву \(c\), не укључујући друге могуће случајеве њене паралелности или пресека.

Корак 2: Метода претпоставке супротног (свођење на противречност)

Претпоставимо супротно од тврђења задатка: претпоставимо да права \( c \) не сече ни праву \( a \) ни праву \( b \). Пошто све три праве припадају истој равни \( \alpha \), ако се две праве не секу, оне морају бити паралелне. Из наше претпоставке следи: \[ c \parallel a \quad \text{и} \quad c \parallel b \]

Корак 3: Примена својства транзитивности паралелности

Релација паралелности правих у равни (и простору) је транзитивна. То значи да ако је једна права паралелна другој, а та друга паралелна трећој, онда прва и трећа права морају бити међусобно паралелне. У нашем случају, из \( a \parallel c \) и \( c \parallel b \) директно следи: \[ a \parallel b \]

Корак 4: Извођење противречности и закључак

Дошли смо до закључка да праве \( a \) и \( b \) морају бити паралелне. Међутим, у самом тексту задатка је наглашено да се праве \( a \) и \( b \) секу. Пошто две праве не могу истовремено да се секу и да буду паралелне, дошли смо до противречности (контрадикције). Ова противречност нам говори да је наша почетна претпоставка (да \( c \) не сече ни \( a \) ни \( b \)) била погрешна. Дакле, права \( c \) мора сећи бар једну од правих \( a \) или \( b \).

Кратак запис решења:

Претпоставка: \( c \cap a = \emptyset \) и \( c \cap b = \emptyset \). Пошто \( a, b, c \subset \alpha \), следи \( c \parallel a \) и \( c \parallel b \). Транзитивност: \( a \parallel c \land c \parallel b \Rightarrow a \parallel b \). Контрадикција: У задатку је дато да се \( a \) и \( b \) секу (\( a \cap b \neq \emptyset \)). Закључак: Права \( c \) сече бар једну од правих \( a \) или \( b \).

Најважније из лекције

  • Паралелност: Објекти (праве, равни) су паралелни ако немају заједничких тачака. Праве у простору без заједничких тачака су паралелне ако су у истој равни, а мимоилазне ако нису.
  • Аксиома паралелности: Кроз тачку ван дате праве може се повући тачно једна права паралелна са датом правом.
  • Својства: Релација паралелности је симетрична (\( a \parallel b \implies b \parallel a \)), транзитивна (\( a \parallel b \land b \parallel c \implies a \parallel c \)) и рефлексивна (\( a \parallel a \)).
  • Важно правило: Права која у једној равни сече једну од две паралелне праве, обавезно сече и другу.
Паралелност је однос који може постојати између две равни, праве и равни, или две праве. Равни су паралелне уколико немају заједничких тачака. Права и раван су паралелне уколико немају ниједну заједничку тачку.
Ако две праве у простору немају заједничких тачака, постоје две могућности:
  • Паралелне су уколико постоји раван којој обе припадају.
  • Мимоилазне су уколико не постоји раван којој обе припадају.
Илустрација коцке са теменама A, B, C, D на доњој основи (постављене у смеру супротном казаљци на сату, почевши од предњег-доњег-левог темена) и A', B', C', D' на горњој основи (директно изнад одговарајућих темена), постављене у стандардној 3D перспективи са видљивом предњом, горњом и десном страном. Скривене ивице коцке (AD, CD, DD', A'D', C'D') су приказане испрекиданим линијама. На цртежу се јасно приказују:
*   Две паралелне ивице (AB и CD) које припадају истој, доњој страни коцке (ABCD), обојене црвеном бојом.
*   Две мимоилазне ивице (BC и AA') које се не секу и не припадају истој равни, обојене плавом бојом.
*   Права A'B' (са горње стране A'B'C'D'), обојена зеленом бојом, која је паралелна са доњом равни ABCD. Раван ABCD је обојена светлосивом провидном бојом.
*   Две међусобно паралелне равни: доња раван ABCD (обојена светлосивом провидном бојом) и горња раван A'B'C'D' (обојена светложутом провидном бојом).
Да ли сваке две праве које се не секу морају бити паралелне?
Не. У простору, две праве које немају заједничких тачака могу бити и мимоилазне (уколико не припадају истој равни).
За сваку праву \( p \) и тачку \( A \) која јој не припада постоји јединствена права \( q \) која је садржи и паралелна је са правом \( p \).
Ако тачка \( A \) не припада правој \( p \), права кроз \( A \) паралелна са \( p \) лежи у равни коју одређују тачка \( A \) и права \( p \). Све друге праве у тој равни које садрже \( A \) секу праву \( p \). Све праве које пролазе кроз \( A \), а не припадају тој равни, мимоилазне су са \( p \).
Нацртати раван $\alpha$ (представљену светлом, провидном правоугаоном површином) у 3D перспективи. У овој равни $\alpha$, поставити хоризонталну праву $p$. Поставити тачку $A$ изнад праве $p$ у истој равни $\alpha$.

Кроз тачку $A$ повући следеће праве:
1.  Једну праву $q$ која је паралелна са правом $p$. Права $q$ лежи у равни $\alpha$.
2.  Две праве $s_1$ и $s_2$ које секу праву $p$. Праве $s_1$ и $s_2$ леже у равни $\alpha$. Означити тачке пресека $S_1$ (праве $s_1$ и $p$) и $S_2$ (праве $s_2$ и $p$) на правој $p$.
3.  Две праве $m_1$ и $m_2$ које су мимоилазне са правом $p$. Ове праве пролазе кроз тачку $A$ али *не* леже у равни $\alpha$. Део ових правих који пролази 'изнад' равни $\alpha$ треба приказати пуном линијом, а део који пролази 'испод' или 'иза' равни $\alpha$ испрекиданом линијом, да би се нагласила њихова 3D природа и то да излазе из равни.
Колико правих које су паралелне са правом \( a \) можемо повући кроз тачку \( B \) која не припада правој \( a \)?
На основу аксиоме паралелности, кроз тачку \( B \) можемо повући тачно једну праву која је паралелна са правом \( a \).
Релација паралелности међу правама (и равнима) има следећа својства:
  • Симетричност: Ако је \( p \parallel q \), онда је и \( q \parallel p \). (Важи и за равни: \( \alpha \parallel \beta \implies \beta \parallel \alpha \)).
  • Транзитивност: Ако је \( p \parallel q \) и \( q \parallel r \), онда је и \( p \parallel r \). (Важи и за равни: \( \alpha \parallel \beta \land \beta \parallel \gamma \implies \alpha \parallel \gamma \)).
Да би паралелност била релација еквиваленције, дефиниција се проширује рефлексивношћу: свака права је паралелна са самом собом (\( a \parallel a \)), свака раван је паралелна са самом собом, и свака права која припада равни паралелна је тој равни.
Теорема 1: Нека су \( a, b \) и \( t \) три међусобно различите праве једне равни. Ако је \( a \parallel b \) и права \( t \) сече праву \( a \), онда \( t \) сече и праву \( b \).
Теорема 2: Нека су \( a, b \) и \( c \) три међусобно различите праве једне равни. Ако је \( a \parallel b \) и \( b \parallel c \), онда је \( a \parallel c \).
Две паралелне праве \( p \) и \( q \) се налазе у истој равни. Ако нацртамо праву \( m \) у тој равни која сече праву \( p \), шта можемо закључити о односу праве \( m \) и праве \( q \)?
На основу прве последице (Теореме 1), пошто права \( m \) сече праву \( p \) са којом је права \( q \) паралелна, права \( m \) мора сећи и праву \( q \).

Задаци за вежбање

Лак: Ако за три различите равни важи \( \alpha \parallel \beta \) и \( \gamma \parallel \beta \), какав је однос између равни \( \alpha \) и \( \gamma \)?
Због својства симетричности, из \( \gamma \parallel \beta \) следи \( \beta \parallel \gamma \). Затим, на основу транзитивности, из \( \alpha \parallel \beta \) и \( \beta \parallel \gamma \) следи да је \( \alpha \parallel \gamma \).
Средњи: Дате су три праве \( x, y \) и \( z \) које припадају истој равни. Ако важи \( x \parallel y \), а права \( z \) сече праву \( x \) у тачки \( M \), да ли је могуће да права \( z \) буде паралелна са правом \( y \)?
Није могуће. Ако би важило \( z \parallel y \), тада би кроз тачку \( M \) (која припада правој \( z \)) пролазиле две различите праве (\( x \) и \( z \)) које су обе паралелне са правом \( y \). То је у супротности са аксиомом паралелности. Према Теореми 1, права \( z \) мора сећи и праву \( y \).
Тежак: Нека је дата права \( a \) и тачка \( P \) ван ње. Кроз тачку \( P \) су повучене праве \( b \) и \( c \), тако да важи \( b \parallel a \). Какав је однос праве \( c \) и праве \( a \), ако знамо да се праве \( a, b \) и \( c \) налазе у истој равни?
Пошто праве \( b \) и \( c \) пролазе кроз исту тачку \( P \) и налазе се у истој равни, оне се секу у тој тачки (\( b \cap c = \{P\} \)). На основу аксиоме паралелности, кроз тачку \( P \) постоји само једна права паралелна са \( a \), а то је права \( b \). Зато права \( c \), као другачија права у истој равни, не може бити паралелна са \( a \), већ мора сећи праву \( a \).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: