Номер 137, страница 42 - гдз по геометрии 10-11 класс учебник Атанасян, Бутузов

Глава 2. Перпендикулярность прямых и плоскостей. Параграф 1. Перпендикулярность прямой и плоскости - номер 137, страница 42.

Условие.

137. Докажите, что через каждую из двух взаимно перпендикулярных скрещивающихся прямых проходит плоскость, перпендикулярная к другой прямой.

Решение 2.

Решение 4.

Решение 5.

Решение 6.

Пусть даны две взаимно перпендикулярные скрещивающиеся прямые, назовем их a и b. Это означает, что прямые a и b не пересекаются, не параллельны, и угол между ними равен $90^\circ$. Нам нужно доказать, что через каждую из этих прямых можно провести плоскость, перпендикулярную другой прямой.

Сначала докажем, что существует плоскость α, проходящая через прямую a и перпендикулярная прямой b.

Поскольку прямые a и b скрещиваются, по теореме о двух скрещивающихся прямых для них существует и притом единственный общий перпендикуляр — прямая c. Пусть эта прямая пересекает прямую a в точке A, а прямую b — в точке B. По определению общего перпендикуляра, прямая c перпендикулярна и прямой a, и прямой b. То есть, $c \perp a$ и $c \perp b$.

Рассмотрим плоскость α, заданную двумя пересекающимися в точке A прямыми: a и c. По построению очевидно, что прямая a лежит в плоскости α ($a \subset \alpha$).

Теперь докажем, что плоскость α перпендикулярна прямой b. Для этого воспользуемся признаком перпендикулярности прямой и плоскости: если прямая перпендикулярна двум пересекающимся прямым, лежащим в плоскости, то она перпендикулярна и самой плоскости. В плоскости α лежат прямые a и c, которые пересекаются в точке A. По условию задачи, прямая a перпендикулярна прямой b ($a \perp b$). По построению общего перпендикуляра c, прямая c также перпендикулярна прямой b ($c \perp b$). Таким образом, прямая b перпендикулярна двум пересекающимся прямым (a и c) в плоскости α. Следовательно, по признаку перпендикулярности, прямая b перпендикулярна всей плоскости α ($b \perp \alpha$).

Далее докажем, что существует плоскость β, проходящая через прямую b и перпендикулярная прямой a. Доказательство полностью симметрично предыдущему. Снова используем общий перпендикуляр c.

Рассмотрим плоскость β, заданную двумя пересекающимися в точке B прямыми: b и c. По построению, прямая b лежит в этой плоскости ($b \subset \beta$). Докажем, что плоскость β перпендикулярна прямой a. В плоскости β лежат пересекающиеся прямые b и c. По условию задачи, $b \perp a$. По построению общего перпендикуляра, $c \perp a$. Следовательно, прямая a перпендикулярна двум пересекающимся прямым (b и c) в плоскости β, а значит, перпендикулярна и самой плоскости β ($a \perp \beta$).

Таким образом, мы доказали, что через каждую из двух взаимно перпендикулярных скрещивающихся прямых проходит плоскость, перпендикулярная к другой прямой.

Ответ: Утверждение доказано.