Okruh 26 · Stereometria
Lineárne útvary v priestore – metrické vzťahy
Ako vypočítať uhly a vzdialenosti bodov, priamok a rovín v priestore, vektormi aj v kocke a ihlane.
V skratke
- Odchýlka (uhol) dvoch útvarov je vždy z intervalu , preto je vo vzorcoch absolútna hodnota skalárneho súčinu.
- Uhol dvoch priamok: , kde a sú smerové vektory. Uhol dvoch rovín rovnako, len s normálovými vektormi.
- Uhol priamky a roviny počítaš cez sínus: , kde je normálový vektor roviny.
- Vzdialenosť bodu od roviny je , v rovine od priamky rovnako, len bez tretej súradnice.
- Vzdialenosť rovnobežných útvarov prevedieš na vzdialenosť bodu od priamky alebo od roviny.
- Dve priamky sú kolmé, keď je skalárny súčin ich smerových vektorov nula, dve roviny, keď je nula skalárny súčin ich normálových vektorov. Priamka je kolmá na rovinu, keď je jej smerový vektor násobkom normálového vektora roviny.
- V kocke a ihlane hľadaj pravouhlý trojuholník, alebo teleso vlož do súradníc a počítaj s vektormi.
Metrické úlohy
Úlohy, v ktorých počítaš vzdialenosti a odchýlky (uhly) bodov, priamok a rovín, sa volajú metrické úlohy. Dajú sa riešiť dvoma spôsobmi.
- Analyticky: útvary zapíšeš v súradniciach a vzdialenosti aj uhly vypočítaš pomocou vektorov a vzorcov z tohto okruhu.
- Stereometricky: v telese nájdeš rovinný útvar, väčšinou trojuholník, v ktorom hľadaná vzdialenosť alebo uhol leží, a dopočítaš ho Pytagorovou vetou, goniometrickými funkciami alebo kosínusovou vetou.
Slovo odchýlka v zadaniach znamená to isté ako uhol dvoch útvarov. Odchýlka je vždy z intervalu .
Uhly lineárnych útvarov
- Uhol dvoch priamok
- Dve rôznobežné priamky a vytvoria dvojicu vedľajších uhlov. Uhlom priamok nazveme tú z oboch veľkostí, ktorá patrí do intervalu . Rovnobežné priamky zvierajú uhol .
Veľkosť uhla dvoch priamok v rovine aj v priestore počítaš pomocou ich smerových vektorov a .
a sú smerové vektory priamok. Absolútna hodnota v čitateli zaručí, že vyjde uhol z intervalu .

V rovine môžeš namiesto smerových vektorov použiť normálové vektory priamok, uhol vyjde rovnaký.
- Uhol priamky a roviny
- Uhol priamky a roviny je uhol priamky a jej pravouhlého priemetu do roviny. Ak je priamka na rovinu kolmá, uhol je . Ak je s rovinou rovnobežná alebo v nej leží, uhol je .
Uhol priamky a roviny môžeš určiť aj pomocou kolmice na rovinu. Ak priamky a zvierajú uhol a priamka s rovinou zviera uhol , tak . Smerový vektor kolmice je normálový vektor roviny, preto namiesto kosínusu uhla počítaš sínus uhla .
je normálový vektor roviny a je smerový vektor priamky.
- Uhol dvoch rovín
- Pre každé dve roviny a platí, že ich uhol sa rovná uhlu dvoch priamok, z ktorých jedna je kolmá na rovinu a druhá na rovinu . Priamka kolmá na rovinu má smerový vektor rovný normálovému vektoru roviny. Rovnobežné roviny zvierajú uhol .
a sú normálové vektory rovín a .
Vzdialenosti lineárnych útvarov
Vzdialenosť dvoch bodov. Ak má bod súradnice a bod súradnice , vzdialenosť bodov vypočítaš takto:
V priestore pribudne tretia súradnica: , .
- Vzdialenosť bodu od priamky
- Zápis je vzdialenosť bodu od päty kolmice, ktorú vedieš bodom na priamku .
- 1. spôsob: nech je päta kolmice vedenej bodom na priamku . Smerový vektor priamky je kolmý na vektor , teda . Z tejto rovnice vypočítaš parameter bodu a veľkosť vektora je vzdialenosť .
- 2. spôsob: bodom polož rovinu a nájdi priesečník . Vzdialenosť bodov a je hľadaná vzdialenosť .
- Vzdialenosť bodu od roviny
- Zápis je vzdialenosť bodu od päty kolmice, ktorú vedieš bodom na rovinu .
- Vzdialenosť dvoch rovnobežných priamok prevedieš na vzdialenosť ľubovoľného bodu jednej priamky od druhej priamky.
- Vzdialenosť dvoch rovnobežných rovín prevedieš na vzdialenosť ľubovoľného bodu jednej roviny od druhej roviny.
- Vzdialenosť priamky rovnobežnej s rovinou počítaš ako vzdialenosť ľubovoľného bodu priamky od roviny.
Kolmosť lineárnych útvarov
- Kolmosť priamok
- Priamky sú na seba kolmé, ak sa skalárny súčin ich smerových vektorov rovná nule: .
- Priamka je kolmá na rovinu práve vtedy, keď je kolmá na každú priamku tejto roviny.
- Ak je priamka kolmá na dve rôznobežné priamky roviny, tak je kolmá na rovinu.
- Daným bodom možno viesť k danej rovine jedinú kolmú priamku.
- Daným bodom možno viesť k danej priamke jedinú kolmú rovinu.
- Dve roviny sú na seba kolmé práve vtedy, keď jedna z nich obsahuje priamku kolmú na druhú rovinu.
- Pravouhlý priemet bodu
- Pravouhlý priemet bodu do roviny je bod , ktorý leží v rovine a na priamke idúcej bodom kolmo na rovinu.
- Pravouhlý priemet priamky
- Pravouhlý priemet priamky do roviny je množina pravouhlých priemetov všetkých bodov priamky do roviny.
- Kolmosť rovín
- Roviny sú na seba kolmé, ak sa skalárny súčin ich normálových vektorov rovná nule: .
- Rovina je kolmá na dve rôznobežné roviny práve vtedy, keď je kolmá na ich priesečnicu.
- Priamka kolmá k rovine
- Je to priamka, ktorej smerový vektor je násobkom normálového vektora roviny.
Kocka a ihlan v súradniciach
V kocke (aj v kvádri) je dolná podstava a horná podstava, pričom leží nad , nad , nad a nad . Pravidelný štvorboký ihlan má podstavu štvorec a vrchol leží nad stredom podstavy. Pravidelný šesťboký ihlan má podstavu pravidelný šesťuholník.
Zápis znamená stred úsečky . Napríklad je stred hornej steny kocky, je priamka cez body a a je rovina cez body , a .
Ak chceš úlohu v telese počítať analyticky, umiestni teleso do súradnicovej sústavy tak, aby súradnice vrcholov boli čo najjednoduchšie. Pre telesá z úloh tohto okruhu sa hodí napríklad toto:
| Teleso | Súradnice vrcholov |
|---|---|
| kocka , | , , , , , , , |
| ihlan , , | , , , , |
| šesťboký ihlan , , | , , , , , , |
- , , , , , , ,
- , , , ,
- , , , , , ,
Pri šesťbokom ihlane je stred podstavy v začiatku sústavy. Pravidelný šesťuholník so stranou sa skladá zo šiestich rovnostranných trojuholníkov, preto má každý vrchol od stredu vzdialenosť .
Pre rovinu zober a . Vektorový súčin je kolmý na oba vektory. Rovnako dobre môžeš vyriešiť sústavu , .
- Uhlopriečka steny kocky s hranou má dĺžku , telesová uhlopriečka .
- V pravidelnom štvorbokom ihlane s podstavnou hranou a výškou má bočná hrana dĺžku a výška bočnej steny dĺžku .
- Spojnica stredov dvoch strán trojuholníka (stredná priečka) je rovnobežná s treťou stranou a má polovičnú dĺžku.
Riešené príklady
Urči veľkosť uhla priamky a roviny .
- Smerový vektor priamky je , normálový vektor roviny je . Hľadaný uhol označíme , lebo písmeno už má rovina.
- Uhol dopočítaš kalkulačkou.
Výsledok:
Vypočítaj vzdialenosť bodu od priamky .
- Použijeme 1. spôsob. Päta kolmice leží na priamke, preto má tvar pre nejaké .
- Vektor je kolmý na smerový vektor priamky, ich skalárny súčin je preto nula.
- Päta kolmice je a .
Výsledok:
V kocke s hranou urči odchýlku priamky od roviny .
- Bod leží nad bodom , preto pravouhlý priemet priamky do roviny je priamka . Hľadaný uhol je .
- Trojuholník je pravouhlý s pravým uhlom pri vrchole . Odvesna je hrana kocky a odvesna je uhlopriečka štvorca.
- Uhol nezávisí od veľkosti hrany. Rovnaký výsledok dá aj analytický vzorec: v súradniciach z tabuľky je , a .
Výsledok:
Úlohy
Najprv počítaj sám, až potom si pozri výsledok. Vyriešenú úlohu si odškrtni. 0 z 38
- a)a ,
- b)a ,
- c)a .
- a)rovnobežné,
- b)mimobežné, ,
- c)rôznobežné (pretínajú sa v bode ), ,
- a)rovina je kolmá na priamku ,
- b)a ,
- c).
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a ,
- g)a ,
- h)a ,
- i)a .
- a)
- b),
- c),
- d)
- e),
- f),
- g)
- h)
- i)
- a)a ,
- b)a ,
- c)a .
- a)približne (výpočtom , )
- b)približne (výpočtom , )
- c)približne (výpočtom , )
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a ,
- g)a ,
- h)a ,
- i)a .
- a),
- b),
- c)
- d),
- e)
- f)
- g),
- h),
- i),
- a)a ,
- b)a ,
- c)a .
- a)približne (výpočtom , )
- b)približne (výpočtom , )
- c)
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a ,
- g)a ,
- h)a ,
- i)a .
- a),
- b),
- c),
- d),
- e),
- f),
- g),
- h),
- i), priamka je s rovinou rovnobežná
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a .
- a)
- b),
- c),
- d),
- e),
- f),
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a .
- a)
- b),
- c)
- d),
- e),
- f)
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a .
- a),
- b),
- c),
- d),
- e)
- f),
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a .
- a)
- b)
- c),
- d),
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
- e) cm
- f) cm
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
- e) cm
- f) cm
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a ,
- g)a ,
- h)a ,
- i)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
- e) cm
- f) cm
- g) cm
- h) cm
- i) cm
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a ,
- e)a ,
- f)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
- e) cm
- f) cm
- a)a ,
- b)a ,
- c)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- a)a ,
- b)a ,
- c)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- a)bodu od roviny ,
- b)bodu od roviny ,
- c)bodu od roviny ,
- d)bodu od roviny ,
- e)bodu od roviny ,
- f)bodu od roviny .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
- e) cm
- f) cm
- a)a ,
- b)a ,
- c)a ,
- d)a .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
- a)bodu od roviny ,
- b)bodu od roviny ,
- c)bodu od roviny ,
- d)bodu od roviny .
- a) cm
- b) cm
- c) cm
- d) cm
Hotovo s okruhom?
Okruh máš hotový
Keď teórii rozumieš a úlohy ti idú, označ okruh ako hotový. Plán do maturity sa podľa toho prepočíta.
V pláne sa ti posunie ďalší okruh.