Учебник «Геометрия. 10–11 классы», с. 49, §2 Перпендикуляр и наклонные. Угол между прямой и плоскостью
№162. Прямая MA проходит через точку A плоскости α и образует с этой плоскостью угол φ0=90∘. Докажите, что φ0 является наименьшим из всех углов, которые прямая MA образует с прямыми, проведёнными в плоскости α через точку A.
✎ Запись в тетрадь
Дано:A∈α; ∠(MA,α)=φ0=90∘
Доказать:φ0 — наименьший угол между MA и прямыми α через A
MH⊥α;
φ0=∠MAH. Пусть
p⊂α,
A∈p,
p=AH;
φ — угол между
MA и
p.
1 MN⊥p,
N∈p. Если
N=A, то
φ=90∘>φ0.
2 Если
N=A:
AM — общая гипотенуза прямоугольных
△ANM и
△AHM.
3MN — наклонная,
MH — перпендикуляр ⇒
MN>MH ⇒
sinφ>sinφ0 ⇒
φ>φ0.
4 Ответ: φ0≤φ для любой прямой p⊂α.
Пояснение
Идея. Сравниваем синусы двух углов: у обоих в знаменателе одна и та же длина AM, а в числителе — перпендикуляр MH и наклонная MN из точки M. Перпендикуляр короче любой наклонной, значит, синус и угол φ0 — наименьшие.
- 1Угол φ0 между прямой и плоскостью — это угол между прямой и её проекцией AH. Берём любую другую прямую p плоскости через A и обозначаем через φ угол между ней и MA (он не больше 90∘).
- 2Опустим из M перпендикуляр MN на p. Если основание совпадает с A, то MA⊥p и φ=90∘ — больше острого угла φ0.
- 3Иначе △ANM и △AHM прямоугольные с общей гипотенузой AM: sinφ и sinφ0 — отношения противолежащих катетов к ней.
- 4Перпендикуляр MH к плоскости короче наклонной MN. Углы φ и φ0 острые, а синус на острых углах возрастает: из sinφ>sinφ0 следует φ>φ0.