В этой статье мы расскажем о параллельных прямых, дадим определения, обозначим признаки и условия параллельности. Для наглядности теоретического материала будем использовать иллюстрации и решение типовых примеров.
Yandex.RTB R-A-339285-1 Определение 1
Параллельные прямые на плоскости – две прямые на плоскости, не имеющие общих точек.
Определение 2
Параллельные прямые в трехмерном пространстве – две прямые в трехмерном пространстве, лежащие в одной плоскости и не имеющие общих точек.
Необходимо обратить внимание, что для определения параллельных прямых в пространстве крайне важно уточнение «лежащие в одной плоскости»: две прямые в трехмерном пространстве, не имеющие общих точек и не лежащие в одной плоскости, являются не параллельными, а скрещивающимися.
Чтобы обозначить параллельность прямых, общепринято использовать символ ∥ . Т.е., если заданные прямые a и b параллельны, кратко записать это условие нужно так: a ‖ b . Словесно параллельность прямых обозначается следующим образом: прямые a и b параллельны, или прямая а параллельна прямой b , или прямая b параллельна прямой а.
Сформулируем утверждение, играющее важную роль в изучаемой теме.
Аксиома
Через точку, не принадлежащую заданной прямой проходит единственная прямая, параллельная заданной. Это утверждение невозможно доказать на базе известных аксиом планиметрии.
В случае, когда речь идет о пространстве, верна теорема:
Теорема 1
Через любую точку пространства, не принадлежащую заданной прямой, будет проходить единственная прямая, параллельная заданной.
Эту теорему просто доказать на базе вышеуказанной аксиомы (программа геометрии 10 - 11 классов).
Признак параллельности есть достаточное условие, при выполнении которого гарантирована параллельность прямых. Иначе говоря, выполнения этого условия достаточно, чтобы подтвердить факт параллельности.
В том числе, имеют место необходимые и достаточные условия параллельности прямых на плоскости и в пространстве. Поясним: необходимое – значит то условие, выполнение которого необходимо для параллельности прямых; если оно не выполнено – прямые не являются параллельными.
Резюмируя, необходимое и достаточное условие параллельности прямых – такое условие, соблюдение которого необходимо и достаточно, чтобы прямые были параллельны между собой. С одной стороны, это признак параллельности, с другой – свойство, присущее параллельным прямым.
Перед тем, как дать точную формулировку необходимого и достаточного условия, напомним еще несколько дополнительных понятий.
Определение 3
Секущая прямая – прямая, пересекающая каждую из двух заданных несовпадающих прямых.
Пересекая две прямые, секущая образует восемь неразвернутых углов. Чтобы сформулировать необходимое и достаточное условие, будем использовать такие типы углов, как накрест лежащие, соответственные и односторонние. Продемонстрируем их на иллюстрации:
Теорема 2
Если две прямые на плоскости пересекаются секущей, то для параллельности заданных прямых необходимо и достаточно, чтобы накрест лежащие углы были равными, либо были равными соответственные углы, либо сумма односторонних углов была равна 180 градусам.
Проиллюстрируем графически необходимое и достаточное условие параллельности прямых на плоскости:
Доказательство указанных условий присутствует в программе геометрии за 7 - 9 классы.
В общем, эти условия применимы и для трехмерного пространства при том, что две прямые и секущая принадлежат одной плоскости.
Укажем еще несколько теорем, часто используемых при доказательстве факта параллельности прямых.
Теорема 3
На плоскости две прямые, параллельные третьей, параллельны между собой. Этот признак доказывается на основе аксиомы параллельности, указанной выше.
Теорема 4
В трехмерном пространстве две прямые, параллельные третьей, параллельны между собой.
Доказательство признака изучается в программе геометрии 10 класса.
Дадим иллюстрацию указанных теорем:
Укажем еще одну пару теорем, являющихся доказательством параллельности прямых.
Теорема 5
На плоскости две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны между собой.
Сформулируем аналогичное для трехмерного пространства.
Теорема 6
В трехмерном пространстве две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны между собой.
Проиллюстрируем:
Все указанные выше теоремы, признаки и условия позволяют удобно доказать параллельность прямых методами геометрии. Т.е., чтобы привести доказательство параллельности прямых, можно показать, что равны соответственные углы, или продемонстрировать факт, что две заданные прямые перпендикулярны третьей и т.д. Но отметим, что зачастую для доказательства параллельности прямых на плоскости или в трехмерном пространстве удобнее использовать метод координат.
Параллельность прямых в прямоугольной системе координат
В заданной прямоугольной системе координат прямая определяется уравнением прямой на плоскости одного из возможных видов. Так и прямой линии, заданной в прямоугольной системе координат в трехмерном пространстве, соответствуют некоторые уравнения прямой в пространстве.
Запишем необходимые и достаточные условия параллельности прямых в прямоугольной системе координат в зависимости от типа уравнения, описывающего заданные прямые.
Начнем с условия параллельности прямых на плоскости. Оно базируется на определениях направляющего вектора прямой и нормального вектора прямой на плоскости.
Теорема 7
Чтобы на плоскости две несовпадающие прямые были параллельны, необходимо и достаточно, чтобы направляющие векторы заданных прямых были коллинеарными, или были коллинеарными нормальные векторы заданных прямых, или направляющий вектор одной прямой был перпендикулярен нормальному вектору другой прямой.
Становится очевидно, что условие параллельности прямых на плоскости базируется на условии коллинеарности векторов или условию перпендикулярности двух векторов. Т.е., если a → = (a x , a y) и b → = (b x , b y) являются направляющими векторами прямых a и b ;
и n b → = (n b x , n b y) являются нормальными векторами прямых a и b , то указанное выше необходимое и достаточное условие запишем так: a → = t · b → ⇔ a x = t · b x a y = t · b y или n a → = t · n b → ⇔ n a x = t · n b x n a y = t · n b y или a → , n b → = 0 ⇔ a x · n b x + a y · n b y = 0 , где t – некоторое действительное число. Координаты направляющих или прямых векторов определяются по заданным уравнениям прямых. Рассмотрим основные примеры.
- Прямая a в прямоугольной системе координат определяется общим уравнением прямой: A 1 x + B 1 y + C 1 = 0 ; прямая b - A 2 x + B 2 y + C 2 = 0 . Тогда нормальные векторы заданных прямых будут иметь координаты (А 1 , В 1) и (А 2 , В 2) соответственно. Условие параллельности запишем так:
A 1 = t · A 2 B 1 = t · B 2
- Прямая a описывается уравнением прямой с угловым коэффициентом вида y = k 1 x + b 1 . Прямая b - y = k 2 x + b 2 . Тогда нормальные векторы заданных прямых будут иметь координаты (k 1 , - 1) и (k 2 , - 1) соответственно, а условие параллельности запишем так:
k 1 = t · k 2 - 1 = t · (- 1) ⇔ k 1 = t · k 2 t = 1 ⇔ k 1 = k 2
Таким образом, если параллельные прямые на плоскости в прямоугольной системе координат задаются уравнениями с угловыми коэффициентами, то угловые коэффициенты заданных прямых будут равны. И верно обратное утверждение: если несовпадающие прямые на плоскости в прямоугольной системе координат определяются уравнениями прямой с одинаковыми угловыми коэффициентами, то эти заданные прямые параллельны.
- Прямые a и b в прямоугольной системе координат заданы каноническими уравнениями прямой на плоскости: x - x 1 a x = y - y 1 a y и x - x 2 b x = y - y 2 b y или параметрическими уравнениями прямой на плоскости: x = x 1 + λ · a x y = y 1 + λ · a y и x = x 2 + λ · b x y = y 2 + λ · b y .
Тогда направляющие векторы заданных прямых будут: a x , a y и b x , b y соответственно, а условие параллельности запишем так:
a x = t · b x a y = t · b y
Разберем примеры.
Пример 1
Заданы две прямые: 2 x - 3 y + 1 = 0 и x 1 2 + y 5 = 1 . Необходимо определить, параллельны ли они.
Решение
Запишем уравнение прямой в отрезках в виде общего уравнения:
x 1 2 + y 5 = 1 ⇔ 2 x + 1 5 y - 1 = 0
Мы видим, что n a → = (2 , - 3) - нормальный вектор прямой 2 x - 3 y + 1 = 0 , а n b → = 2 , 1 5 - нормальный вектор прямой x 1 2 + y 5 = 1 .
Полученные векторы не являются коллинеарными, т.к. не существует такого значения t , при котором будет верно равенство:
2 = t · 2 - 3 = t · 1 5 ⇔ t = 1 - 3 = t · 1 5 ⇔ t = 1 - 3 = 1 5
Таким образом, не выполняется необходимое и достаточное условие параллельности прямых на плоскости, а значит заданные прямые не параллельны.
Ответ: заданные прямые не параллельны.
Пример 2
Заданы прямые y = 2 x + 1 и x 1 = y - 4 2 . Параллельны ли они?
Решение
Преобразуем каноническое уравнение прямой x 1 = y - 4 2 к уравнению прямой с угловым коэффициентом:
x 1 = y - 4 2 ⇔ 1 · (y - 4) = 2 x ⇔ y = 2 x + 4
Мы видим, что уравнения прямых y = 2 x + 1 и y = 2 x + 4 не являются одинаковыми (если бы было иначе, прямые были бы совпадающими) и угловые коэффициенты прямых равны, а значит заданные прямые являются параллельными.
Попробуем решить задачу иначе. Сначала проверим, совпадают ли заданные прямые. Используем любую точку прямой y = 2 x + 1 , например, (0 , 1) , координаты этой точки не отвечают уравнению прямой x 1 = y - 4 2 , а значит прямые не совпадают.
Следующим шагом определим выполнение условия параллельности заданных прямых.
Нормальный вектор прямой y = 2 x + 1 это вектор n a → = (2 , - 1) , а направляющий вектором второй заданной прямой является b → = (1 , 2) . Скалярное произведение этих векторов равно нулю:
n a → , b → = 2 · 1 + (- 1) · 2 = 0
Таким образом, векторы перпендикулярны: это демонстрирует нам выполнение необходимого и достаточного условия параллельности исходных прямых. Т.е. заданные прямые параллельны.
Ответ: данные прямые параллельны.
Для доказательства параллельности прямых в прямоугольной системе координат трехмерного пространства используется следующее необходимое и достаточное условие.
Теорема 8
Чтобы две несовпадающие прямые в трехмерном пространстве были параллельны, необходимо и достаточно, чтобы направляюще векторы этих прямых были коллинеарными.
Т.е. при заданных уравнениях прямых в трехмерном пространстве ответ на вопрос: параллельны они или нет, находится при помощи определения координат направляющих векторов заданных прямых, а также проверки условия их коллинеарности. Иначе говоря, если a → = (a x , a y , a z) и b → = (b x , b y , b z) являются направляющими векторами прямых a и b соответственно, то для того, чтобы они были параллельны, необходимо существование такого действительного числа t , чтобы выполнялось равенство:
a → = t · b → ⇔ a x = t · b x a y = t · b y a z = t · b z
Пример 3
Заданы прямые x 1 = y - 2 0 = z + 1 - 3 и x = 2 + 2 λ y = 1 z = - 3 - 6 λ . Необходимо доказать параллельность этих прямых.
Решение
Условиями задачи заданы канонические уравнения одной прямой в пространстве и параметрические уравнения другой прямой в пространстве. Направляющие векторы a → и b → заданных прямых имеют координаты: (1 , 0 , - 3) и (2 , 0 , - 6) .
1 = t · 2 0 = t · 0 - 3 = t · - 6 ⇔ t = 1 2 , то a → = 1 2 · b → .
Следовательно, необходимое и достаточное условие параллельности прямых в пространстве выполнено.
Ответ: параллельность заданных прямых доказана.
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Опре-де-ле-ние:
Две пря-мые на-зы-ва-ют-ся па-рал-лель-ны-ми , если они не пе-ре-се-ка-ют-ся (Рис. 1). Обо-зна-ча-ет-ся это так: .
Через точку, не ле-жа-щую на дан-ной пря-мой, про-хо-дит толь-ко одна пря-мая, па-рал-лель-ная дан-ной(Рис. 2).
Cледствия из аксиомы
След-ствие 1:
Если пря-мая пе-ре-се-ка-ет одну из па-рал-лель-ных пря-мых, то она пе-ре-се-ка-ет и дру-гую.
Дано:
.
До-ка-зать: .
До-ка-за-тель-ство:
Будем до-ка-зы-вать от про-тив-но-го. Пред-по-ло-жим, что с не пе-ре-се-ка-ет пря-мую b (Рис. 4).
Тогда:(по усло-вию), (по пред-по-ло-же-нию). То есть через точку М про-хо-дят две пря-мые (а и c ), па-рал-лель-ные пря-мой b . А это про-ти-во-ре-чит ак-сио-ме. Зна-чит, наше пред-по-ло-же-ние невер-ное. Тогда пря-мая c пе-ре-се-чет пря-мую b .
След-ствие 2:
Если две пря-мые па-рал-лель-ны тре-тьей пря-мой, то они па-рал-лель-ны (Рис. 5).
Дано: .
До-ка-зать: .
До-ка-за-тель-ство:
Будем до-ка-зы-вать от про-тив-но-го. Пред-по-ло-жим, что пря-мые a и b пе-ре-се-ка-ют-ся в неко-то-рой точке М (Рис. 6).
Таким об-ра-зом, по-лу-ча-ем про-ти-во-ре-чие с ак-си-о-мой: через точку М про-хо-дят две пря-мые, од-но-вре-мен-но па-рал-лель-ные тре-тьей пря-мой.
Сле-до-ва-тель-но, наше пред-по-ло-же-ние невер-но. Тогда .
Теоремы о свойствах параллельных прямы
Тео-ре-ма 1:
Если две пря-мые пе-ре-се-че-ны се-ку-щей, то на-крест ле-жа-щие углы равны (Рис. 7).
Дано: .
До-ка-зать: .
До-ка-за-тель-ство:
Будем до-ка-зы-вать от про-тив-но-го. Пред-по-ло-жим, что: .
Тогда от луча MN можно от-ло-жить един-ствен-ный угол ∠ PMN , ко-то-рый будет равен ∠ 2 (Рис. 7). Но тогда ∠ PMN и ∠ 2 - на-крест ле-жа-щие и равны. Тогда пря-мые PM и b - па-рал-лель-ны. Тогда через точку М про-хо-дят две пря-мые, па-рал-лель-ные тре-тьей. А имен-но:
По-лу-ча-ем про-ти-во-ре-чие с ак-си-о-мой. Зна-чит, наше пред-по-ло-же-ние невер-но. То есть: .
След-ствие:
Если пря-мая пер-пен-ди-ку-ляр-на одной из па-рал-лель-ных пря-мых, то она пер-пен-ди-ку-ляр-на и вто-рой.
Дано:
До-ка-зать:
До-ка-за-тель-ство:
1. с пе-ре-се-ка-ет а , а зна-чит, и пе-ре-се-ка-ет па-рал-лель-ную ей пря-мую, то есть b . Тогда с - се-ку-щая по от-но-ше-нию к а и b .
2. по-сколь-ку они яв-ля-ют-ся на-крест ле-жа-щи-ми. Тогда . То есть.
Тео-ре-ма 2:
Если две па-рал-лель-ные пря-мые пе-ре-се-че-ны се-ку-щей, то со-от-вет-ствен-ные углы равны.
Дано: - се-ку-щая.
До-ка-зать: (Рис. 9).
До-ка-за-тель-ство:
Если , то из преды-ду-щей тео-ре-мы сле-ду-ет, что на-крест ле-жа-щие углы равны. То есть .
Соблюдение Вашей конфиденциальности важно для нас. По этой причине, мы разработали Политику Конфиденциальности, которая описывает, как мы используем и храним Вашу информацию. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими правилами соблюдения конфиденциальности и сообщите нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы.
Сбор и использование персональной информации
Под персональной информацией понимаются данные, которые могут быть использованы для идентификации определенного лица либо связи с ним.
От вас может быть запрошено предоставление вашей персональной информации в любой момент, когда вы связываетесь с нами.
Ниже приведены некоторые примеры типов персональной информации, которую мы можем собирать, и как мы можем использовать такую информацию.
Какую персональную информацию мы собираем:
- Когда вы оставляете заявку на сайте, мы можем собирать различную информацию, включая ваши имя, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.
Как мы используем вашу персональную информацию:
- Собираемая нами персональная информация позволяет нам связываться с вами и сообщать об уникальных предложениях, акциях и других мероприятиях и ближайших событиях.
- Время от времени, мы можем использовать вашу персональную информацию для отправки важных уведомлений и сообщений.
- Мы также можем использовать персональную информацию для внутренних целей, таких как проведения аудита, анализа данных и различных исследований в целях улучшения услуг предоставляемых нами и предоставления Вам рекомендаций относительно наших услуг.
- Если вы принимаете участие в розыгрыше призов, конкурсе или сходном стимулирующем мероприятии, мы можем использовать предоставляемую вами информацию для управления такими программами.
Раскрытие информации третьим лицам
Мы не раскрываем полученную от Вас информацию третьим лицам.
Исключения:
- В случае если необходимо - в соответствии с законом, судебным порядком, в судебном разбирательстве, и/или на основании публичных запросов или запросов от государственных органов на территории РФ - раскрыть вашу персональную информацию. Мы также можем раскрывать информацию о вас если мы определим, что такое раскрытие необходимо или уместно в целях безопасности, поддержания правопорядка, или иных общественно важных случаях.
- В случае реорганизации, слияния или продажи мы можем передать собираемую нами персональную информацию соответствующему третьему лицу – правопреемнику.
Защита персональной информации
Мы предпринимаем меры предосторожности - включая административные, технические и физические - для защиты вашей персональной информации от утраты, кражи, и недобросовестного использования, а также от несанкционированного доступа, раскрытия, изменения и уничтожения.
Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании
Для того чтобы убедиться, что ваша персональная информация находится в безопасности, мы доводим нормы соблюдения конфиденциальности и безопасности до наших сотрудников, и строго следим за исполнением мер соблюдения конфиденциальности.
1) Если при пересечении двух прямых секущей накрест лежащие углы равны, то прямые параллельны.
2) Если при пересечении двух прямых секущей соответственные углы равны, то прямые параллельны.
3)Если при пересечении двух прямых секущей сумма односторонних углов равна 180°, то прямые параллельны.
3. Через точку, не лежащую на данной прямой, проходит только одна прямая, параллельная данной.
4 Если прямая пересекает одну из двух параллельных прямых, то она пересекает и другую.
5. Если две прямые параллельны третьей прямой, то они параллельны.
Свойства параллельных прямых
1) Если две параллельные прямые пересечены секущей, то накрест лежащие углы равны.
2) Если две параллельные прямые пересечены секущей, то соответственные углы равны.
3) Если две параллельные прямые пересечены секущей, то сумма односторонних углов равна 180°.
7. Если прямая перпендикулярна к одной из двух параллельных прямых, то она перпендикулярна и к другой.
8.Решением системы двух уравнений с двумя неизвестными называют такую пару чисел х и у , которые при подстановке в эту систему обращают каждое её уравнение в верное числовое равенство.
9.Решить систему уравнений – значит найти все её решения или установить, что их нет.
1. Способы решения системы уравнений:
а) подстановка
б) сложение;
в) графический.
10.Сумма углов треугольника равна 180°.
11.Внешним углом треугольника называется угол, смежный с каким-нибудь углом этого треугольника.
Внешний угол треугольника равен сумме двух углов треугольника, не смежных с ним.
12.В любом треугольнике либо все углы острые, либо два угла острые, а третий тупой или прямой.
13Если все три угла треугольника острые, то треугольник называется остроугольным.
14.Если один из углов треугольника тупой, то треугольник называется тупоугольным.
15. Если один из углов треугольника прямой, то треугольник называется прямоугольным.
16. Сторона прямоугольного треугольника, лежащая против прямого угла, называется гипотенузой , а две другие стороны – катетами.
17. В треугольнике: 1) против большей стороны лежит больший угол; 2) обратно, против большего угла лежит большая сторона.
18. В прямоугольном треугольнике гипотенуза больше катета.
19. Если два угла треугольника равны, то треугольник равнобедренный (признак равнобедренного треугольника).
20. Каждая сторона треугольника меньше суммы двух других сторон.
21 Сумма двух острых углов прямоугольного треугольника равна 90°.
22. Катет прямоугольного треугольника, лежащий против угла в 30°, равен половине гипотенузы.
Признаки равенства прямоугольных треугольников: 1) по двум катетам; 2) по гипотенузе и острому углу; 3) по гипотенузе и катету; 4) по катету и острому углу
Длина перпендикуляра, проведенного из точки к прямой, называется расстоянием от этой точки до прямой.
