Chào mừng bạn đến với bài học về lý thuyết Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng trong chương trình Toán 11 Kết nối tri thức. Bài học này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản và quan trọng nhất về mối quan hệ vuông góc giữa đường thẳng và mặt phẳng trong không gian.
Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu các định nghĩa, tính chất, dấu hiệu nhận biết và các ứng dụng thực tế của lý thuyết này.
1. Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng
1. Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng
Đường thẳng \(\Delta \) được gọi là vuông góc với mặt phẳng (P) nếu \(\Delta \) vuông góc với mọi đường thẳng nằm trong (P).
Chú ý: Khi \(\Delta \) vuông góc với (P), ta còn nói (P) vuông góc với \(\Delta \) hoặc \(\Delta \) và (P) vuông góc với nhau, kí hiệu \(\Delta \bot \left( P \right)\).
2. Điều kiện để đường thẳng vuông góc với mặt phẳng
Nếu một đường thẳng vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau thuộc cùng một mặt phẳng thì nó vuông góc với mặt phẳng đó.
3. Tính chất
- Có duy nhất một mặt phẳng đi qua một điểm cho trước và vuông góc với một đường thẳng cho trước.
Nhận xét: Nếu ba đường thẳng đôi một phân biệt a, b, c cùng đi qua một điểm O và cùng vuông góc với một đường thẳng \(\Delta \) thì ba đường thẳng đó cùng nằm trong mặt phẳng đi qua O và vuông góc với \(\Delta \).
Chú ý: Mặt phẳng đi qua trung điểm của đoạn thẳng AB và vuông góc với đường thẳng AB được gọi là mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB. Mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB là tập hợp các điểm cách đều hai điểm A, B.
- Có duy nhất một đường thẳng đi qua một điểm cho trước và vuông góc với một mặt phẳng cho trước.
4. Liên hệ giữa quan hệ song song và quan hệ vuông góc của đường thẳng và mặt phẳng
- Nếu đường thẳng a vuông góc với mặt phẳng (P) và mặt phẳng (P) song song với mặt phẳng (Q) thì a vuông góc với (Q).
- Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một mặt phẳng thì song song với nhau.
- Nếu đường thẳng \(\Delta \) vuông góc với mặt phẳng (P) thì \(\Delta \) cũng vuông góc với các mặt phẳng song song với (P).
- Hai mặt phẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thì song song với nhau.
- Nếu đường thẳng \(\Delta \) vuông góc với mặt phẳng (P) thì \(\Delta \) vuông góc với mọi đường thẳng song song với (P).
- Nếu đường thẳng a và mặt phẳng (P) cùng vuông góc với một đường thẳng \(\Delta \) thì a nằm trong (P) hoặc song song với (P).
Trong chương trình Hình học không gian lớp 11, chủ đề về đường thẳng vuông góc với mặt phẳng đóng vai trò then chốt. Việc nắm vững lý thuyết và phương pháp giải bài tập liên quan là vô cùng quan trọng để xây dựng nền tảng vững chắc cho các kiến thức nâng cao hơn.
Một đường thẳng được gọi là vuông góc với một mặt phẳng nếu nó vuông góc với mọi đường thẳng nằm trong mặt phẳng đó. Điều kiện để đường thẳng d vuông góc với mặt phẳng (P) là d vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau nằm trong (P).
Có hai dấu hiệu chính để nhận biết một đường thẳng vuông góc với một mặt phẳng:
Hình chiếu vuông góc của một điểm trên mặt phẳng (P) là điểm sao cho đoạn thẳng nối điểm đó với điểm trên (P) vuông góc với (P). Hình chiếu vuông góc của một đường thẳng trên mặt phẳng (P) là tập hợp các hình chiếu vuông góc của các điểm trên đường thẳng đó.
Lý thuyết về đường thẳng vuông góc với mặt phẳng có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt trong các lĩnh vực như kiến trúc, xây dựng, và kỹ thuật. Ví dụ, việc xác định góc vuông giữa một bức tường và mặt đất là một ứng dụng trực tiếp của lý thuyết này.
Bài tập 1: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông. Biết SA vuông góc với mặt phẳng (ABCD). Chứng minh SA vuông góc với BD.
Giải: Vì SA vuông góc với (ABCD) nên SA vuông góc với BD (BD nằm trong (ABCD)).
Bài tập 2: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A'B'C'D'. Chứng minh rằng đường thẳng AC vuông góc với mặt phẳng (ADD'A').
Giải: Ta có AC vuông góc với AD và AC vuông góc với AA'. Do đó, AC vuông góc với mặt phẳng (ADD'A').
Để hiểu sâu hơn về chủ đề này, bạn có thể tìm hiểu thêm về:
Lý thuyết về đường thẳng vuông góc với mặt phẳng là một phần quan trọng của chương trình Hình học không gian lớp 11. Việc nắm vững lý thuyết và rèn luyện kỹ năng giải bài tập sẽ giúp bạn tự tin hơn trong các kỳ thi và ứng dụng kiến thức vào thực tế. Chúc bạn học tập tốt!
