Test: Teorema celor trei perpendiculare și distanțe
Disciplina: Matematică · Clasa a VIII-a · Unitatea: Perpendicularitate în spațiu. Proiecții și teorema celor trei perpendiculare
Exerciții
Partea I – Noțiuni și teoremă
Exercițiul 1 (5 puncte)
Completează fiecare enunț cu termenul potrivit: a) O dreaptă este perpendiculară pe un plan dacă este perpendiculară pe ______ drepte concurente din acel plan. b) Proiecția unui punct exterior pe un plan este ______ perpendicularei coborâte din punct pe plan. c) Unghiul dintre o dreaptă (oblică) și un plan este unghiul dintre dreaptă și ______ ei pe plan. d) Măsura unui unghi diedru este dată de măsura unghiului ______ al diedrului. e) Două plane sunt perpendiculare dacă unul dintre ele conține o ______ perpendiculară pe celălalt plan.
Exercițiul 2 (5 puncte)
Se dă un plan , un punct și o dreaptă . a) Enunță teorema celor trei perpendiculare completând: „Dacă (cu ) și (cu ), atunci ______ ." b) Enunță reciproca teoremei completând: „Dacă (cu ) și (cu ), atunci ______ ." c) În ambele situații, câte perpendiculare intervin și de aici de unde provine numele teoremei? (Numește-le pe scurt.)
Exercițiul 3 (5 puncte)
Se dă cubul cu muchia de cm.
Precizează, pe planul bazei : a) proiecția punctului ; b) proiecția și lungimea proiecției muchiei ; c) proiecția și lungimea proiecției diagonalei corpului ; d) lungimea proiecției muchiei .
Exercițiul 4 (5 puncte)
Stabilește dacă fiecare afirmație este adevărată (A) sau falsă (F) și justifică pe scurt. a) Dacă o dreaptă este perpendiculară pe o singură dreaptă dintr-un plan, atunci ea este perpendiculară pe plan. b) Proiecția unui segment pe un plan poate fi mai lungă decât segmentul. c) Distanța de la un punct la un plan este lungimea celui mai scurt segment care unește punctul cu planul. d) Două plane distincte, ambele perpendiculare pe același plan, sunt neapărat paralele între ele.
Partea a II-a – Proiecții și unghiul cu planul
Exercițiul 5 (6 puncte)
Se dă cubul cu muchia . Determină, justificat, unghiul dintre dreaptă și planul : a) unghiul dintre muchia și planul ; b) unghiul dintre diagonala feței și planul ; c) unghiul dintre diagonala corpului și planul (dă valoarea tangentei acestui unghi).
Exercițiul 6 (6 puncte)
Un paralelipiped dreptunghic are dimensiunile cm, cm și cm.
a) Calculează diagonala bazei . b) Determină unghiul dintre diagonala corpului și planul bazei . c) Calculează lungimea diagonalei corpului .
Exercițiul 7 (6 puncte)
O grindă dreaptă (segmentul ) are lungimea de cm și se sprijină pe o masă orizontală (planul ), astfel încât capătul este pe masă, iar grinda face cu planul mesei un unghi de .
a) Calculează lungimea proiecției segmentului pe planul mesei. b) Calculează distanța de la capătul la planul mesei.
Exercițiul 8 (6 puncte)
Un paralelipiped dreptunghic are baza dreptunghiul cu cm și cm, iar înălțimea cm. Fie piciorul perpendicularei coborâte din pe diagonala a bazei.
a) Calculează diagonala bazei . b) Calculează (distanța de la la dreapta ). c) Arată, folosind teorema celor trei perpendiculare, că și calculează (distanța de la la dreapta ).
Partea a III-a – Teorema celor trei perpendiculare și distanțe
Exercițiul 9 (6 puncte)
O piramidă patrulateră regulată are latura bazei de cm și înălțimea cm ( = centrul bazei). Fie mijlocul laturii .
a) Arată, folosind teorema celor trei perpendiculare, că și calculează apotema a piramidei. b) Determină măsura unghiului diedru dintre planul unei fețe laterale și planul bazei. c) Calculează distanța de la centrul al bazei la planul feței laterale .
Exercițiul 10 (6 puncte)
Se dă cubul cu muchia de cm. Se consideră planul .
a) Arată că triunghiul este echilateral și calculează latura lui. b) Calculează distanța de la vârful la planul . (Indicație: folosește volumul tetraedrului , calculat în două moduri — o dată cu baza și înălțimea , o dată cu baza și distanța cerută.)
Exercițiul 11 (6 puncte)
O prismă triunghiulară regulată are latura bazei (triunghi echilateral) de cm și înălțimea (muchia laterală) de cm.
a) Calculează înălțimea triunghiului de bază. b) Precizează distanța dintre cele două baze (plane paralele) ale prismei. c) Calculează distanța de la muchia laterală la fața laterală opusă .
Exercițiul 12 (5 puncte)
Se dă cubul . a) Arată că planul diagonal este perpendicular pe planul bazei . b) Câte dintre fețele laterale ale cubului sunt perpendiculare pe planul bazei? Justifică. c) Adevărat sau fals, cu justificare: „Planul diagonal este perpendicular pe planul diagonal ."
Exercițiul 13 (6 puncte)
O antenă verticală este fixată în punctul pe un teren orizontal (planul ). Pe teren trece o alee dreaptă . Piciorul perpendicularei coborâte din pe aleea este punctul , cu m, iar antena are înălțimea m. Un cablu leagă vârful de punctul .
a) Arată, folosind teorema celor trei perpendiculare, că . b) Calculează lungimea cablului . c) Precizează care este distanța de la vârful al antenei la aleea și justifică de ce.
Partea a IV-a – Sinteză și aplicații
Exercițiul 14 (6 puncte)
Un paralelipiped dreptunghic are dimensiunile cm, cm și cm.
a) Calculează diagonala bazei . b) Calculează diagonala corpului . c) Pentru unghiul dintre diagonala și planul bazei , calculează valorile , și ale acestui unghi.
Exercițiul 15 (5 puncte)
Stabilește dacă fiecare afirmație este adevărată (A) sau falsă (F) și justifică pe scurt. a) Distanța de la un punct exterior unui plan la o dreaptă din acel plan se poate determina cu ajutorul teoremei celor trei perpendiculare. b) Proiecția unui unghi drept pe un plan este întotdeauna tot un unghi drept. c) Într-o piramidă patrulateră regulată, piciorul înălțimii coboarâte din vârf coincide cu centrul bazei. d) Distanța dintre două plane paralele este aceeași, indiferent în ce loc o măsurăm (pe o perpendiculară comună).
Exercițiul 16 (6 puncte)
Se dă cubul cu muchia de cm. Se consideră diagonala bazei și vârful . Fie centrul bazei (mijlocul lui ).
a) Calculează distanța de la vârful la diagonala (adică ). b) Arată, folosind teorema celor trei perpendiculare, că . c) Calculează distanța de la vârful la dreapta .
Barem și răspunsuri
Punctaj total: 90 p din itemi + 10 p din oficiu = 100 p.
Exercițiul 1 · 5 puncte — câte 1 p pentru fiecare completare corectă. a) două; b) piciorul; c) proiecția; d) liniar (plan) al diedrului; e) dreaptă.
Exercițiul 2 · 5 puncte a) Concluzia: (oblica este perpendiculară pe dreapta din plan) (2 p). b) Concluzia (reciproca): (proiecția oblicei este perpendiculară pe dreapta din plan) (2 p). c) Intervin trei perpendiculare: perpendiculara pe plan (), perpendiculara din picior pe dreaptă () și oblica pe dreaptă () — de aici numele „a celor trei perpendiculare" (1 p).
Exercițiul 3 · 5 puncte — muchia cubului cm. a) Proiecția lui pe este (1 p). b) Proiecția lui este ; lungimea proiecției cm (1,5 p). c) este diagonala corpului ( se proiectează în , iar rămâne ), deci proiecția este diagonala bazei , de lungime cm cm (1,5 p). d) , deci se proiectează în punctul ; lungimea proiecției (1 p).
Exercițiul 4 · 5 puncte — câte 1,25 p (valoare + justificare). a) F. O dreaptă este perpendiculară pe plan doar dacă este perpendiculară pe două drepte concurente din plan. b) F. Proiecția unui segment pe un plan este cel mult egală cu segmentul (lungimea proiecției lungimea segmentului (unghiul cu planul) lungimea segmentului). c) A. Distanța de la un punct la un plan este lungimea perpendicularei din punct pe plan, care este cel mai scurt segment. d) F. Ele pot fi și concurente: de exemplu, două fețe laterale alăturate ale unei prisme drepte sunt ambele perpendiculare pe bază, dar se intersectează după o muchie.
Exercițiul 5 · 6 puncte — muchia ; unghiul dreptei cu planul unghiul dintre dreaptă și proiecția ei. a) , deci unghiul este (2 p). b) Proiecția lui pe bază este (... mai exact se proiectează în ), deci unghiul este ; în pătratul , , deci unghiul (2 p). c) Proiecția lui pe bază este diagonala , deci unghiul este ; (de unde unghiul ) (2 p).
Exercițiul 6 · 6 puncte — , , . a) cm (2 p). b) Proiecția lui pe bază este ; , deci unghiul (2 p). c) cm (2 p).
Exercițiul 7 · 6 puncte — cm, unghiul cu planul ; . a) Lungimea proiecției cm cm (3 p). b) Distanța de la la plan cm (3 p).
Exercițiul 8 · 6 puncte — , , . a) cm (2 p). b) În triunghiul dreptunghic (drept în ), cm (2 p). c) (picior ), iar în bază; conform teoremei celor trei perpendiculare, oblica . Atunci, în triunghiul dreptunghic (drept în ): cm (2 p).
Exercițiul 9 · 6 puncte — , , centru, mijlocul lui ; . a) (segmentul din centru la mijlocul laturii) și bază; conform TCP, oblica , deci este apotema piramidei: cm (2 p). b) Unghiul diedru dintre fața laterală și bază este (deoarece și ): , deci diedrul (2 p). c) Deoarece și , avem ; distanța de la la planul este înălțimea din în triunghiul dreptunghic : cm (2 p).
Exercițiul 10 · 6 puncte — cub cu muchia . a) Fiecare dintre , , este diagonală a unei fețe pătrate (fețele , , respectiv ), deci cm; triunghiul este echilateral cu latura cm (3 p). b) Volumul tetraedrului cu baza (triunghi dreptunghic isoscel, catete , arie ) și înălțimea : cm³. Aria triunghiului echilateral : cm². Distanța cerută: cm (3 p).
Exercițiul 11 · 6 puncte — prismă triunghiulară regulată, latura bazei , înălțimea . a) Înălțimea triunghiului echilateral de bază cm (2 p). b) Distanța dintre cele două baze (plane paralele) înălțimea prismei cm (2 p). c) , deci ; distanța de la la acest plan este distanța de la la dreapta , adică înălțimea triunghiului echilateral din : cm. Deci distanța cm (2 p).
Exercițiul 12 · 5 puncte a) , iar ; un plan care conține o dreaptă perpendiculară pe alt plan este perpendicular pe acel plan, deci (2 p). b) Toate 4 fețele laterale sunt perpendiculare pe bază: fiecare conține o muchie laterală (de exemplu , …) perpendiculară pe planul bazei (1,5 p). c) A (adevărat). În pătratul , diagonalele sunt perpendiculare: . În plus ( bază), deci . Cum , planul conține o dreaptă perpendiculară pe , deci cele două plane sunt perpendiculare (1,5 p).
Exercițiul 13 · 6 puncte — m (verticală), m, . a) (antena verticală pe teren), iar (în plan); conform teoremei celor trei perpendiculare, oblica (2 p). b) În triunghiul dreptunghic (drept în ): m (2 p). c) Distanța de la la aleea este m, deoarece (din TCP), iar segmentul perpendicular pe o dreaptă este cel mai scurt de la punct la acea dreaptă (2 p).
Exercițiul 14 · 6 puncte — , , . a) cm (2 p). b) cm (2 p). c) Unghiul (dintre și proiecția ) într-un triunghi dreptunghic cu catetele , și ipotenuza : , , (unghi ) (2 p).
Exercițiul 15 · 5 puncte — câte 1,25 p (valoare + justificare). a) A. Se coboară perpendiculara din punct pe plan (picior ), apoi din perpendiculara pe dreaptă (picior ); prin TCP oblica dreapta, iar este chiar distanța căutată. b) F. Proiecția unui unghi drept nu este, în general, tot un unghi drept (se păstrează dreaptă doar în cazuri particulare, de exemplu când o latură este paralelă cu planul). c) A. La piramida patrulateră regulată, înălțimea cade în centrul bazei (punctul de intersecție al diagonalelor pătratului). d) A. Distanța dintre două plane paralele, măsurată pe orice perpendiculară comună, este constantă.
Exercițiul 16 · 6 puncte — cub cu muchia ; = mijlocul lui . a) În pătratul , diagonalele și sunt perpendiculare și se taie în ; distanța de la la dreapta este cm (2 p). b) (picior ), iar în bază; conform teoremei celor trei perpendiculare, oblica (2 p). c) Distanța de la la este ; în triunghiul dreptunghic (drept în ): cm (2 p).
Recomandare: dacă elevul greșește la itemii 8, 9, 13 sau 16 (teorema celor trei perpendiculare), reia schema-cheie: (1) coboară perpendiculara din punct pe plan → găsești piciorul ; (2) din coboară perpendiculara pe dreaptă → găsești piciorul ; (3) unește punctul cu → oblica dreaptă, iar este distanța căutată, calculabilă cu teorema lui Pitagora în triunghiul dreptunghic . Pentru itemii 5, 6 și 14 (unghiul cu planul), reține: unghiul dintre o dreaptă și un plan este unghiul dintre dreaptă și proiecția ei, iar lungimea proiecției unui segment este .
Pentru părinți și profesori
Acest test verifică dacă elevul stăpânește noțiunile din unitatea „Perpendicularitate în spațiu. Proiecții și teorema celor trei perpendiculare": drepte perpendiculare și dreapta perpendiculară pe un plan, plane perpendiculare, proiecții pe un plan și lungimea proiecției unui segment, unghiul dintre o dreaptă și un plan, unghiul diedru (unghiul a două plane), teorema celor trei perpendiculare și reciproca ei, precum și distanțele în spațiu (de la un punct la o dreaptă, de la un punct la un plan, între plane paralele) și înălțimile în corpuri. Este potrivit pentru consolidare în an de Evaluare Națională.
- Punctaj total: 100 de puncte (90 de puncte din itemi + 10 puncte din oficiu).
- Timp recomandat: 50 de minute.
- Cum se aplică: elevul lucrează individual, pe o foaie separată, cu creion și riglă pentru schițe. Corpurile geometrice se desenează „în perspectivă" (proiecție cavalier), cu muchiile ascunse trasate punctat. La final, comparați rezolvările cu Baremul și răspunsurile.
- Interpretare: 90–100 p = foarte bine; 75–89 p = bine; 60–74 p = satisfăcător; sub 60 p = se recomandă reluarea noțiunilor din unitate.
- Sfat cheie: teorema celor trei perpendiculare (TCP) leagă trei perpendicularități. Dacă (cu piciorul ), iar în plan ducem (unde este o dreaptă din plan), atunci oblica este și ea perpendiculară pe . Așa se calculează, de cele mai multe ori, distanța de la un punct la o dreaptă din spațiu.
Notă: marcajele 🖼️ [Imagine: ...] descriu figura care însoțește itemul; elevul o poate reface după descriere. La toate problemele cu cubul/paralelipipedul se folosește notația standard , cu baza jos și fața sus, unde este deasupra lui , deasupra lui etc. La piramida , este vârful, iar centrul bazei.
