Геометрия · 10 класс2 четвертьТема 4ГОСО РК 2026Базовый

Перпендикулярность прямой и плоскости: признак, свойства и теорема о трех перпендикулярах

Определение перпендикулярности прямой и плоскости. Признак перпендикулярности. Теорема о трех перпендикулярах (ТТП) — фундамент решения задач стереометрии.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы6 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ2 четвертьдескрипторы ГОСО

1. Определение:

Прямая a называется перпендикулярной к плоскости α (a ⊥ α), если она перпендикулярна к любой прямой l, лежащей в этой плоскости: a ⊥ l для всякой l ⊂ α.

2. Теорема (признак перпендикулярности прямой и плоскости):

Если прямая a перпендикулярна двум пересекающимся прямым b и c, лежащим в плоскости α, то она перпендикулярна самой плоскости α:

b ⊂ α, \; c ⊂ α, \; b ∩ c = {O}; \quad a ⊥ b, \; a ⊥ c \implies a ⊥ α.

Важность условия пересечения:

Если прямые b и c параллельны, признак не работает. Две пересекающиеся прямые фиксируют плоскость, гарантируя перпендикулярность ко всем прямым плоскости α.

Чертеж: Теорема о трех перпендикулярах (ТТП)

Векторная схема
αAHBc ⊂ αAH ⊥ α (перпендикуляр)AB (наклонная)HB (проекция на α)Теорема о трех перпендикулярах: c ⊥ HB ⇔ c ⊥ AB
Перпендикуляр AH ⊥ α; наклонная AB; проекция HB; прямая c ⊂ α: c ⊥ HB ⇔ c ⊥ AB.
ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОСТЬ к α

a ⊥ α

Прямая перпендикулярна абсолютно всем линиям на плоскости.
ПРИЗНАК

2 пересекающиеся прямые

Достаточно проверить перпендикулярность всего к двум пересекающимся прямым плоскости.
Признак перпендикулярности a ⊥ α
b,c⊂α,  b∩c={O},a⊥b,  a⊥c  ⟹  a⊥αb, c \subset \alpha, \;\quad b \cap c = \{O\}, \quad a \perp b, \;\quad a \perp c \implies a \perp \alpha
Если a ⊥ α, то a перпендикулярна ЛЮБОЙ прямой, лежащей в плоскости α!

Пусть точка A не лежит в плоскости α:

1. Перпендикуляр (AH):

Отрезок AH, соединяющий точку A с точкой H плоскости α, такой что AH ⊥ α. Точка H — основание перпендикуляра. Длина AH — расстояние от точки A до плоскости α;

2. Наклонная (AB):

Любой отрезок AB, соединяющий точку A с точкой B плоскости α (B ≠ H). Точка B — основание наклонной;

3. Проекция наклонной (HB):

Отрезок HB, соединяющий основание перпендикуляра H и основание наклонной B.

Свойства:

• Перпендикуляр короче любой наклонной: AH < AB;

• Равные наклонные имеют равные проекции: AB₁ = AB₂ <=> HB₁ = HB₂;

• Большей наклонной соответствует большая проекция: AB₁ > AB₂ <=> HB₁ > HB₂;

• В прямоугольном треугольнике AHB: AB² = AH² + HB² (теорема Пифагора).

ПЕРПЕНДИКУЛЯР AH

Катет треугольника

Кратчайшее расстояние до плоскости; перпендикулярен плоскости α.
НАКЛОННАЯ AB

Гипотенуза

Отрезок от внешней точки до плоскости: AB = √(AH² + HB²).
Связь наклонной и проекции
AB2=AH2+HB2  ⟹  наклонная2=перпендикуляр2+проекция2AB^2 = AH^2 + HB^2 \implies \text{наклонная}^2 = \text{перпендикуляр}^2 + \text{проекция}^2
Всегда выделяйте опорный прямоугольный треугольник △AHB!

Фундаментальная теорема стереометрии:

1. Прямая теорема о трех перпендикулярах (ТТП):

Прямая c, проведенная в плоскости α через основание наклонной B перпендикулярно к ее проекции HB, перпендикулярна и к самой наклонной AB:

c ⊂ α, \quad c ⊥ HB \implies c ⊥ AB.

2. Обратная теорема о трех перпендикулярах:

Прямая c, проведенная в плоскости α через основание наклонной B перпендикулярно к самой наклонной AB, перпендикулярна и к ее проекции HB:

c ⊂ α, \quad c ⊥ AB \implies c ⊥ HB.

Почему теорема называется теоремой о ТРЕХ перпендикулярах:

В конфигурации участвуют ровно три взаимных перпендикуляра:

1) AH ⊥ α (перпендикуляр к плоскости);

2) c ⊥ HB (перпендикуляр на плоскости к проекции);

3) c ⊥ AB (перпендикуляр к наклонной в пространстве).

ТТП

c ⊥ HB <=> c ⊥ AB

Перпендикулярность на плоскости эквивалентна перпендикулярности в пространстве.
Теорема о трех перпендикулярах (ТТП)
c⊂α  ⟹  (c⊥HB  ⟺  c⊥AB)c \subset \alpha \implies (c \perp HB \iff c \perp AB)
ТТП позволяет находить расстояния от точки до прямой в пространстве и двугранные углы!

Стандартная схема нахождения расстояния от точки до прямой:

Шаг 1
Опускание перпендикуляра на плоскость
Опустить перпендикуляр из внешней точки A на плоскость фигуры (получить точку H).
Шаг 2
Проведение перпендикуляра к стороне в плоскости
В плоскости фигуры опустить перпендикуляр из точки H на прямую c (получить точку B, отрезок HB ⊥ c).
Шаг 3
Применение ТТП
Соединить A и B. По ТТП отрезок AB ⊥ c является искомым расстоянием от точки A до прямой c.
Шаг 4
Вычисление по теореме Пифагора
Найти длину AB из прямоугольного треугольника △AHB: AB = √(AH² + HB²).

Классическая задача ЕНТ:

«Из центра O правильного треугольника со стороной a = 6 см восстановлен перпендикуляр OM = 4 см. Найдите расстояние от точки M до сторон треугольника».

Ловушка:

Учащиеся путают радиус описанной окружности R и радиус вписанной окружности r.

Точное решение:

1. Расстояние от центра O до стороны правильного треугольника — это радиус ВПИСАННОЙ окружности r (апофема!):

r = a√3 / 6 = 6√3 / 6 = √3 см (это длина проекции OK ⊥ стороне);

2. По ТТП отрезок MK перпендикулярен стороне треугольника и равен искомому расстоянию;

3. В прямоугольном треугольнике △MOK: MK = √(OM² + OK²) = √(4² + (√3)²) = √(16 + 3) = √19 см!

Ответ: √19 см.

Ловушка ЕНТ: Проекция к стороне — это радиус r

Расстояние от центра основания пирамиды до стороны ВСЕГДА проецируется в радиус вписанной окружности r, а расстояние до вершины — в радиус описанной окружности R!

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул10 класс
Теорема о трех перпендикулярах:
AH⊥α,c⊂α  ⟹  (c⊥HM  ⟺  c⊥AM)AH \perp \alpha, \quad c \subset \alpha \implies (c \perp HM \iff c \perp AM)
Площадь ортогональной проекции:
Sпр=S⋅cos⁡φS_{пр} = S \cdot \cos\varphi[см²]
Боковая поверхность прямой призмы:
Sбок=Pосн⋅hS_{бок} = P_{осн} \cdot h[см²]
Диагональ прямоугольного параллелепипеда:
d2=a2+b2+c2d^2 = a^2 + b^2 + c^2[см²]
Следующая тема

Перпендикуляр, наклонная и проекция. Угол между прямой и плоскостью

Перейти к теме →