UNGHI DIEDRU în cub, paralelipiped și piramidă - EXERCIȚII REZOLVATE (clasa a VIII-a)

Echipa Școala Virtuală · materie predată pe video de prof. Alexandra Pavel · publicat

Măsura unui unghi diedru este măsura unghiului plan corespunzător: din același punct al muchiei duci câte o perpendiculară pe muchie în fiecare semiplan, iar unghiul dintre ele îl calculezi într-un triunghi. Mai jos găsești metoda în trei pași și 8 exerciții rezolvate pas cu pas în cub, paralelipiped și piramidă, de la ușor la greu.

Unghiul diedru și unghiul plan corespunzător

Două semiplane care au aceeași dreaptă ca frontieră formează un unghi diedru. Semiplanele sunt fețele diedrului, iar dreapta comună este muchia lui. Diedrul se măsoară printr-un unghi obișnuit, desenat într-un plan:

Unghiul diedru format de semiplanele (ABC) și (ABC'), cu muchia AB, într-un cub, și unghiul plan CBC'ABCDA′B′C′D′
Muchia este AB. BC și BC′ sunt perpendiculare pe AB, fiecare în câte o față, deci ∠CBC′ este unghiul plan corespunzător.

m(∠(α,β))= m(∠POQ),  PO⟂d,  QO⟂d

Aici d este muchia, O un punct oarecare de pe ea, OP o semidreaptă din prima față și OQ o semidreaptă din a doua față, ambele perpendiculare pe d. Unghiul POQ este unghiul plan corespunzător diedrului; măsura lui nu depinde de punctul O ales. Unghiul a două plane secante este cel mai mic dintre unghiurile diedre pe care le formează, deci are cel mult 90∘.

Metoda în trei pași, folosită în toate exercițiile de mai jos:

  • găsești muchia, adică dreapta comună a celor două plane;
  • alegi pe muchie un punct convenabil (de obicei mijlocul unei laturi sau un vârf) și duci în fiecare plan perpendiculara pe muchie; justifici perpendicularitatea (triunghi isoscel, pătrat, dreaptă perpendiculară pe plan);
  • calculezi unghiul dintre cele două perpendiculare într-un triunghi, de cele mai multe ori dreptunghic, cu tangenta sau cu valorile pentru 30∘, 45∘, 60∘.

La piramida regulată, unghiul dintre o față laterală și bază este unghiul dintre apotema piramidei și apotema bazei: ∠VMO, unde M este mijlocul unei muchii a bazei și O centrul bazei.

Exerciții rezolvate : unghiul diedru

Încearcă întâi singur, apoi deschide rezolvarea și compară pașii.

EXERCIȚIUL 1Un plan diagonal și baza cubuluiușor

În cubul ABCDA′B′C′D′, calculează măsura unghiului dintre planele (ABC) și (ABC′D′).

Exercițiul 1: cubul ABCDA'B'C'D' și planul (ABC'D'), care taie cubul pe diagonalele BC' și AD'ABCDA′B′C′D′
Rezolvare pas cu pas
  1. Cele două plane au în comun dreapta AB: ea este muchia diedrului.
  2. În planul (ABC), BC⟂AB (fețele cubului sunt pătrate).
  3. În planul (ABC′D′), BC′⟂AB, pentru că AB⟂(BCC′B′) și BC′ este cuprinsă în acest plan.
  4. Unghiul plan corespunzător este ∠CBC′. Triunghiul BCC′ este dreptunghic isoscel (BC=CC′), deci m(∠CBC′)= 45∘.

Răspuns: 45∘

EXERCIȚIUL 2Același plan, în paralelipipedușor

Paralelipipedul dreptunghic ABCDA′B′C′D′ are BC=6 cm și CC′=63 cm. Calculează măsura unghiului dintre planele (ABC′D′) și (ABC).

Exercițiul 2: paralelipipedul dreptunghic ABCDA'B'C'D' cu BC = 6 cm, CC' = 6√3 cm și planul (ABC'D')ABCDA′B′C′D′6 cm6√3 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. Muchia comună este AB. Ca la cub, BC⟂AB și BC′⟂AB, deci unghiul plan este ∠CBC′.
  2. Triunghiul BCC′ este dreptunghic în C, pentru că CC′⟂(ABC).
  3. tg⁡(∠CBC′)= CC′BC= 636= 3.
  4. Unghiul ascuțit cu tangenta 3 are 60∘.

Răspuns: 60∘

EXERCIȚIUL 3Fața laterală și baza piramidei patrulateremediu

Piramida patrulateră regulată VABCD are latura bazei de 10 cm și înălțimea VO=5 cm. Punctul M este mijlocul lui BC. Calculează măsura unghiului dintre planele (VBC) și (ABC).

Exercițiul 3: piramida patrulateră regulată VABCD cu latura bazei de 10 cm, înălțimea VO = 5 cm și M mijlocul lui BCABCDVOM10 cm5 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. Muchia comună este BC. Triunghiul VBC este isoscel (VB=VC), deci mediana VM este și înălțime: VM⟂BC.
  2. În pătrat, OM unește centrul cu mijlocul laturii, deci OM⟂BC și OM= 102= 5 cm.
  3. Unghiul plan este ∠VMO, iar triunghiul VOM este dreptunghic în O.
  4. tg⁡(∠VMO)= VOOM= 55= 1, deci m(∠VMO)= 45∘.

Răspuns: 45∘

EXERCIȚIUL 4Fața laterală și baza piramidei triunghiularemediu

Piramida triunghiulară regulată VABC are latura bazei de 12 cm și înălțimea VO=6 cm. Punctul M este mijlocul lui BC. Calculează măsura unghiului dintre o față laterală și planul bazei.

Exercițiul 4: piramida triunghiulară regulată VABC cu latura bazei de 12 cm, înălțimea VO = 6 cm și M mijlocul lui BCABCVOM12 cm6 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. Alegi fața (VBC); muchia comună cu baza este BC. VM⟂BC (triunghiul VBC este isoscel) și AM⟂BC (mediană în triunghiul echilateral). O se află pe AM.
  2. Unghiul plan este ∠VMO. OM este apotema bazei: OM= l36= 1236= 23 cm.
  3. În triunghiul VOM, dreptunghic în O: tg⁡(∠VMO)= 623= 33= 3.
  4. Deci m(∠VMO)= 60∘. Toate fețele laterale fac același unghi cu baza, pentru că piramida este regulată.

Răspuns: 60∘

EXERCIȚIUL 5Drumul invers: din unghi afli înălțimeamediu

Piramida patrulateră regulată VABCD are latura bazei de 6 cm, iar fețele laterale formează cu planul bazei un unghi de 60∘. Calculează înălțimea, apotema și aria laterală a piramidei.

Exercițiul 5: piramida patrulateră regulată VABCD cu latura bazei de 6 cm, M mijlocul lui BC și unghiul VMO de 60 de grade60°ABCDVOM6 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. Cu M mijlocul lui BC, unghiul dintre (VBC) și bază este ∠VMO, deci m(∠VMO)= 60∘. OM= 62= 3 cm.
  2. Înălțimea: VO= OM⋅tg⁡60∘= 33 cm.
  3. Apotema: cos⁡60∘= OMVM, deci VM= 312= 6 cm.
  4. Aria laterală: patru triunghiuri cu baza 6 și înălțimea 6: Al= 4⋅6⋅62= 72 cm².

Răspuns: VO=33 cm, VM=6 cm, Al=72 cm²

EXERCIȚIUL 6O dreaptă perpendiculară pe planul unui triunghimediu

Triunghiul echilateral ABC are latura de 6 cm. Dreapta DA este perpendiculară pe planul (ABC) și DA=9 cm. Punctul M este mijlocul lui BC. Calculează măsura unghiului dintre planele (DBC) și (ABC).

Exercițiul 6: triunghiul echilateral ABC cu latura de 6 cm, DA perpendiculară pe planul (ABC), DA = 9 cm, și M mijlocul lui BCABCDM6 cm9 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. Muchia comună este BC. În triunghiul echilateral, AM⟂BC și AM= l32= 33 cm.
  2. Triunghiurile DAB și DAC sunt dreptunghice în A, cu AB=AC și DA comună, deci DB=DC. Triunghiul DBC este isoscel, deci DM⟂BC.
  3. Unghiul plan este ∠DMA. Triunghiul DAM este dreptunghic în A, pentru că DA⟂(ABC).
  4. tg⁡(∠DMA)= DAAM= 933= 33= 3, deci unghiul are 60∘.

Răspuns: 60∘

EXERCIȚIUL 7Un unghi care nu este din tabelgreu

Cubul ABCDA′B′C′D′ are muchia de 6 cm, iar O este punctul de intersecție al diagonalelor bazei ABCD. Calculează tangenta unghiului dintre planele (A′BD) și (ABD).

Exercițiul 7: cubul ABCDA'B'C'D' cu muchia de 6 cm, planul (A'BD) și O punctul de intersecție al diagonalelor bazeiABCDA′B′C′D′O6 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. Muchia comună este BD, iar O este mijlocul ei.
  2. În pătratul ABCD, diagonalele sunt perpendiculare: AO⟂BD. Triunghiul A′BD are A′B=A′D (diagonale ale unor fețe), deci mediana A′O este și înălțime: A′O⟂BD.
  3. Unghiul plan este ∠A′OA. Triunghiul A′AO este dreptunghic în A, cu AA′=6 cm și AO= 622= 32 cm.
  4. tg⁡(∠A′OA)= AA′AO= 632= 22= 2. Unghiul nu este de 30∘, 45∘ sau 60∘, de aceea se cere tangenta lui.

Răspuns: tg⁡= 2

EXERCIȚIUL 8Tip Evaluare Națională: două fețe laterale opusegreu

Piramida patrulateră regulată VABCD are latura bazei AB=12 cm și muchia laterală VA=63 cm. Punctele M și N sunt mijloacele muchiilor BC, respectiv AD. a) Arată că înălțimea piramidei este VO=6 cm. b) Calculează măsura unghiului dintre planele (VBC) și (ABC). c) Arată că planele (VBC) și (VAD) sunt perpendiculare.

Exercițiul 8: piramida patrulateră regulată VABCD cu latura bazei de 12 cm, muchia laterală VA = 6√3 cm, M mijlocul lui BC și N mijlocul lui ADABCDVOMN12 cm
Rezolvare pas cu pas
  1. a) OA este jumătate din diagonala pătratului: OA= 1222= 62 cm. În triunghiul VOA, dreptunghic în O: VO2=108−72=36, deci VO=6 cm.
  2. b) VM⟂BC și OM⟂BC, cu OM=6 cm. În triunghiul VOM: tg⁡(∠VMO)= 66= 1, deci unghiul are 45∘.
  3. c) BC∥AD, deci planele (VBC) și (VAD) se intersectează după dreapta d dusă prin V paralel cu BC. Cum VM⟂BC și VN⟂AD, rezultă VM⟂d și VN⟂d, deci unghiul plan este ∠MVN.
  4. Ca la punctul b), m(∠VMO)= m(∠VNO)= 45∘, iar M, O, N sunt coliniare. În triunghiul VMN: m(∠MVN)= 180∘−45∘−45∘= 90∘, deci planele sunt perpendiculare.

Răspuns: a) VO=6 cm; b) 45∘; c) m(∠MVN)= 90∘, deci (VBC)⟂(VAD)

Cum recunoști unghiul plan corespunzător

  • Cauți întâi muchia: dreapta pe care o au în comun cele două plane. Dacă planele au doar un punct comun vizibil și două drepte paralele, muchia trece prin acel punct, paralel cu ele.
  • Pentru fiecare plan, cauți un segment perpendicular pe muchie: mediana unui triunghi isoscel, o latură a unui pătrat sau a unui dreptunghi, o dreaptă dintr-un plan perpendicular pe muchie.
  • Cele două perpendiculare trebuie să plece din același punct al muchiei. Unghiul dintre ele se calculează aproape mereu într-un triunghi dreptunghic.

Greșeli frecvente la unghiul diedru

  • Iei unghiul dintre două drepte oarecare din cele două plane. Doar perpendicularele pe muchie, duse din același punct, dau unghiul plan. La piramidă, unghiul ∠VBO (cu muchia laterală) nu este unghiul dintre fața laterală și bază; unghiul corect este ∠VMO, cu apotema.
  • Nu justifici perpendicularitatea pe muchie. La un exercițiu de tip Evaluare Națională, trebuie să spui de ce VM⟂BC (triunghi isoscel) și de ce OM⟂BC. Fără justificare, unghiul ales poate fi greșit.
  • Confunzi unghiul diedru cu unghiul dintre o dreaptă și un plan. Unghiul dintre muchia VA și planul bazei este ∠VAO, unghiul unei drepte cu proiecția ei. Unghiul dintre fața (VBC) și bază este diedru și are nevoie de perpendiculare pe muchia BC.

Exersează : unghiul diedru

Din același capitol

Întrebări frecvente despre unghiul diedru

Care este diferența dintre unghiul diedru și unghiul a două plane?

Două plane secante formează patru unghiuri diedre, două câte două egale. Unghiul a două plane este cel mai mic dintre ele, deci are cel mult 90∘. Un unghi diedru poate avea și mai mult de 90∘.

Contează din ce punct al muchiei duc perpendicularele?

Nu, măsura unghiului plan este aceeași pentru orice punct al muchiei. Alege punctul care îți ușurează calculul, de obicei mijlocul unei laturi sau un vârf.

Cum aflu unghiul dintre o față laterală și bază la piramida regulată?

Duci apotema piramidei VM și apotema bazei OM, unde M este mijlocul unei muchii a bazei. Unghiul căutat este ∠VMO și îl calculezi în triunghiul VOM, dreptunghic în O, de obicei cu tangenta: tg⁡(∠VMO)= VOOM.

Vrei să stăpânești toată materia, nu doar acest subiect?

Lecții video cu profesori, teste și fișe de lucru pentru tot gimnaziul - într-un singur abonament.

Abonează-te - 5 lei prima lună →

Vrei mai mult? Vezi toate resursele de matematică pentru clasele 5-8 →

Verifică-te: 5 întrebări

Alege un răspuns și vezi imediat dacă e corect. Nu se salvează nimic, îl poți relua oricând.

  1. 1. Cum se numește figura geometrică formată din două semipiane cu aceeași origine (muchie comună)?

  2. 2. Care este muchia unui unghi diedru format de planele  α  și  β ?

  3. 3. Cum se construiește unghiul plan corespunzător unui unghi diedru cu muchia  d ?

  4. 4. Dacă unghiul plan corespunzător unui unghi diedru este de  90∘ , atunci cele două plane sunt:

  5. 5. Unghiul a două plane este egal cu:

Despre acest articol

Redactat de
Echipa editorială Școala Virtuală. Răspundem de conținutul lui și îl corectăm când găsim o greșeală.
Pe ce se bazează
Programa școlară în vigoare pentru gimnaziu, la matematică - aceleași noțiuni, în aceeași ordine în care se predau la clasă.
Cine predă tema
Alexandra Pavel, profesor de matematică cu 15 ani la catedră, predă lecțiile video de matematică pentru clasele V-VIII.
Publicat