Przypomnijmy, że kąt pomiędzy prostą a płaszczyznąkąt pomiędzy prostą a płaszczyznąkąt pomiędzy prostą a płaszczyzną jest kątem pomiędzy prostą a jej rzutem prostokątnym na płaszczyznę.
Przykład 1
Reaq1RWAfXZTS
Ilustracja przedstawia płaszczyznę oraz przechodzącą przez nią prostą l. Na rysunku znajdują się dodatkowo dwie proste, jedna z nich- pozioma jest równoległa do płaszczyzny , a druga- pionowa jest prostopadła do płaszczyzny . W miejscu przecięcia się tych prostych zaznaczono kąt prosty. Pomiędzy prostą równoległą do płaszczyzny a prostą l zaznaczono kąt alfa.
Kąt jest kątem nachylenia prostej do płaszczyzny .
W tym materiale będziemy zajmować się kątami nachylenia krawędzi, przekątnych ścian, przekątnych graniastosłupa do płaszczyzny podstawy lub płaszczyzny ściany bocznej.
Przykład 2
R19sumqkqA9wO
Ilustracja przedstawia płaszczyznę na której znajduje się graniastosłup pochyły o podstawie czworokąta. Kąt pomiędzy krawędzią ściany bocznej graniastosłupa a płaszczyzną zaznaczono literą alfa. Z górnego wierzchołka tej krawędzi bocznej poprowadzono wysokość graniastosłupa, której drugi wierzchołek leży poza powierzchnią bryły. W miejscu przecięcia się wysokości z płaszczyzną narysowano dwie przecinające się prostopadłe do siebie proste, równoległe do płaszczyzny.
– kąt nachylenia krawędzi bocznej do płaszczyzny podstawy
R1ZhT9Up45mbF
Ilustracja przedstawia płaszczyznę na której znajduje się graniastosłup pochyły o podstawie czworokąta. W graniastosłupie zaznaczono przekątną jego ściany bocznej. Liniami przerywanymi narysowano wysokość graniastosłupa, której jeden z wierzchołków leży poza powierzchnią bryły. W miejscu, w którym wysokość przecina płaszczyznę pod kątem prostym narysowano dwie przecinające się proste równoległe do płaszczyzny. Jedna z prostych jest przedłużeniem jednej z krawędzi podstawy graniastosłupa. Kąt pomiędzy przekątną ściany bocznej a przedłużeniem krawędzi podstawy graniastosłupa jest podpisany literą beta.
– kąt nachylenia przekątnej ściany bocznej do płaszczyzny podstawy
RxzAOqheXpWI3
Ilustracja przedstawia płaszczyznę na której znajduje się graniastosłup pochyły o podstawie czworokąta. W graniastosłupie zaznaczono przekątną graniastosłupa. Liniami przerywanymi narysowano wysokość graniastosłupa, której jeden z wierzchołków leży poza powierzchnią bryły. W miejscu, w którym wysokość przecina płaszczyznę pod kątem prostym narysowano dwie przecinające się proste równoległe do płaszczyzny. Jedna z prostych łączy się z wierzchołkiem podstawy, z której wychodzi przekątna graniastosłupa. Kąt pomiędzy przekątną graniastosłupa a przerywaną linią wychodzącą z tego samego wierzchołka jest podpisany literą gamma.
– kąt nachylenia przekątnej graniastosłupa do płaszczyzny podstawy
RPGqnUovXyayL
Ilustracja przedstawia graniastosłup pochyły o podstawie czworokąta. Przez jedną ze ścian graniastosłupa przechodzi płaszczyzna w taki sposób, że ściana ta zawiera się w tej płaszczyźnie. W ścianie sąsiadującej do tej, która zawiera się w płaszczyźnie zaznaczono jej przekątną. Z wierzchołka, z którego wychodzi przekątna, ale nie należy on do płaszczyzny narysowano wysokość, prostopadłą to płaszczyzny. Z drugiego wierzchołka z którego wychodzi przekątna narysowano linię przerywaną łączącą się z wysokością w punkcie przecięcia się wysokości z płaszczyzną. Obie linie przerywane przecinają się na płaszczyźnie pod kątem prostym. Kąt pomiędzy przekątną ściany bocznej a linią przerywaną nie będącą wysokością zaznaczono literą delta.
– kąt nachylenia przekątnej ściany bocznej do jednej z sąsiednich ścian bocznych
W graniastosłupie prostym kąt nachylenia odcinków do płaszczyzny podstawy jest równy miarowo kątowi pomiędzy tym odcinkiem a innym charakterystycznym odcinkiem w podstawie – krawędzią bądź przekątną podstawy. Dzieje się tak, ponieważ rzutem prostokątnym przekątnej ściany bocznej na płaszczyznę podstawy jest krawędź podstawy a rzutem prostokątnym przekątnej graniastosłupa na płaszczyznę podstawy jest przekątna podstawy.
Przykład 3
W graniastosłupie prostym na rysunku poniżej kąt – nachylenia przekątnej graniastosłupa do płaszczyzny podstawy, jest kątem pomiędzy przekątną graniastosłupaprzekątna graniastosłupaprzekątną graniastosłupa a przekątną podstawy, natomiast kąt – nachylenia przekątnej ściany bocznej do płaszczyzny podstawy, jest kątem pomiędzy przekątną ściany bocznej a krawędzią podstawy.
R9QAeHCbGwdgj
Ilustracja przedstawia graniastosłup prosty, którego podstawą jest czworokąt. W graniastosłupie zaznaczono dwa kąty. Pierwszy z nich to kąt pomiędzy przekątną podstawy a przekątną graniastosłupa, został on podpisany literą alfa. Drugi kąt podpisano literą beta i jest to kąt pomiędzy krawędzią podstawy a przekątną ściany bocznej.
Jeżeli przekątne graniastosłupa lub przekątne ścian bocznych w graniastosłupie są różnej długości, to każda z nich ma inny kąt nachylenia do płaszczyzny podstawy.
Przykład 4
W graniastosłupie prawidłowym czworokątnym wszystkie przekątne ścian bocznych mają tę samą długość, więc mamy jeden kąt nachylenia przekątnej ściany bocznej do podstawy . Podobnie wszystkie przekątne graniastosłupa są tej samej długości, więc wszystkie kąty nachylenia przekątnej graniastosłupa do podstawy mają tę samą miarę . Ryfd9CwQeegPQ
Ilustracja przedstawia graniastosłup prawidłowy czworokątny, w którym zaznaczono dwa kąty. Pierwszy kąt zaznaczono pomiędzy krawędzią podstawy a przekątną ściany bocznej i podpisano literą alfa. Drugi kąt zaznaczono pomiędzy przekątną podstawy a przekątną graniastosłupa i podpisano literą beta.
W graniastosłupie prostym o podstawie rombu niebędącego kwadratem przekątne ścian bocznych mają tę samą długość, więc mamy jeden kąt nachylenia przekątnej ściany bocznej do podstawy . Przekątne graniastosłupa są różnej długości, więc kąty nachylenia przekątnych graniastosłupa do podstawy będą mieć różną miarę . RsMQxstCrIMH7
Ilustracja przedstawia graniastosłup prosty, którego podstawą jest romb. W graniastosłupie zaznaczono trzy kąty. Pierwszy kąt podpisano literą alfa i jest to kąt pomiędzy krawędzią podstawy a przekątną ściany bocznej. Drugi z nich to kąt pomiędzy dłuższą przekątną podstawy a dłuższą przekątną graniastosłupa, został on podpisany literą beta. Trzeci z nich to kąt pomiędzy krótszą przekątną podstawy a krótszą przekątną graniastosłupa, został on podpisany literą gamma.
W graniastosłupie prostym o podstawie trapezu równoramiennego przekątne graniastosłupa są tej samej długości, więc kąty nachylenia przekątnych graniastosłupa do podstawy mają tę samą miarę . Przekątne ścian bocznych są różnej długości – mamy więc trzy rodzaje kątów nachylenia przekątnych ścian bocznych do podstawy . RktSaxmi1u4f1
Ilustracja przedstawia graniastosłup prosty, którego podstawą jest trapez. W graniastosłupie zaznaczono cztery kąty. Pierwszy kąt podpisano literą alfa i jest to kąt pomiędzy krawędzią krótszej podstawy a przekątną przylegającej do niej ściany bocznej. Drugi z nich to kąt pomiędzy przekątną podstawy a przekątną graniastosłupa, został on podpisany literą beta. Trzeci z nich to kąt pomiędzy krawędzią dłuższej podstawy a przekątną przylegającej do niej ściany bocznej, został on podpisany literą gamma. Czwarty kąt to kąt pomiędzy krawędzią podstawy, która jest ramieniem trapezu, a przekątną przylegającej do niej ściany bocznej.
Przykład 5
W graniastosłupie prawidłowym sześciokątnym na rysunku poniżej zaznaczone zostały trójkąty prostokątne, które zawierają kąt nachylenia przekątnej ściany bocznej, dłuższej i krótszej przekątnej graniastosłupa do płaszczyzny podstawy.
R1aOJEKSR4DJ9
Ilustracja przedstawia graniastosłup prawidłowy sześciokątny. W graniastosłupie zaznaczono trzy kąty. Pierwszy kąt podpisano literą alfa i jest to kąt pomiędzy krótszą przekątną podstawy a krótszą przekątną graniastosłupa. Drugi z nich to kąt pomiędzy dłuższą przekątną podstawy a dłuższą przekątną graniastosłupa, został on podpisany literą beta. Trzeci z nich to kąt pomiędzy krawędzią podstawy a przekątną przylegającej do niej ściany bocznej, został on podpisany literą gamma.
Dzięki temu, że istnieją te trójkąty prostokątne, to możemy obliczać długości boków i miary kątów w graniastosłupie korzystając z twierdzenia Pitagorasa i funkcji trygonometrycznych.
Przykład 6
W graniastosłupie prawidłowym trójkątnym krawędź podstawy jest trzykrotnie krótsza od wysokości. Obliczymy miarę kąta nachylenia przekątnej ściany bocznej do podstawy.
Rozwiązanie
Zróbmy rysunek pomocniczy:
R1auQYQPDrG9f
Ilustracja przedstawia graniastosłup prawidłowy trójkątny. W graniastosłupie zaznaczono przekątną ściany bocznej. Kąt pomiędzy przekątną ściany bocznej a krawędzią podstawy podpisano literą alfa. Krawędź podstawy podpisano literą a. Krawędź ściany bocznej podpisano 3a. Kąt pomiędzy krawędzią ściany bocznej a krawędzią podstawy to kąt prosty.
Mamy: . Stąd .
Przykład 7
Podstawą graniastosłupa prostego jest romb o jednej z przekątnych długości . Krawędź boczna ma długość . Przekątna ściany bocznej jest nachylona do podstawy pod kątem . Obliczymy miarę kąta nachylenia dłuższej przekątnej graniastosłupa do podstawy.
Rozwiązanie
RUwo25UEZKPGB
Ilustracja przedstawia graniastosłup prosty, którego podstawą jest romb. Wierzchołki dolnej podstawy to: A, B, C, D, wierzchołki górnej podstawy to: F, G, H, I. W graniastosłupie zaznaczono przekątną ściany bocznej BF, kąt pomiędzy tą przekątną a krawędzią podstawy to 45 stopni. Krawędź ściany bocznej graniastosłupa ma długość pięć.
Trójkąt jest trójkątem równoramiennym i prostokątnym, czyli .
Obliczymy długość drugiej przekątnej podstawy.
R127QZjv23e7J
Ilustracja przedstawia romb A, B, C, D, w którym zaznaczono jego przekątne. Przekątne przecinają się w punkcie E. Trójkąt ABE jest trójkątem prostokątnym, którego przeciwprostokątna AB ma długość pięć, przyprostokątna BE ma długość trzy, a przyprostokątną AE oznaczono literą x.
Trójkąt jest prostokątny. Z twierdzenia Pitagorasa wynika, że .
A zatem dłuższa przekątna ma długość .
RX7JBe79FCONN
Ilustracja przedstawia graniastosłup prosty, którego podstawą jest romb. Wierzchołki dolnej podstawy to: A, B, C, D, wierzchołki górnej podstawy to: F, G, H, I. Krawędź ściany bocznej graniastosłupa ma długość pięć. Kolorem różowym zaznaczono krawędź podstawy AB. Przekątna podstawy AC ma długość osiem. Kąt pomiędzy przekątną podstawy AC a przekątną graniastosłupa CF podpisano literą alfa.
Szukamy miary kąta . Z funkcji trygonometrycznych kąta ostrego w trójkącie prostokątnym mamy: . A stąd .
Słownik
kąt pomiędzy prostą a płaszczyzną
kąt pomiędzy prostą a płaszczyzną
kąt pomiędzy prostą a jej rzutem prostokątnym na tę płaszczyznę
przekątna graniastosłupa
przekątna graniastosłupa
odcinek łączący wierzchołki dwóch różnych podstaw graniastosłupa nie leżące na jednej ścianie