Bài 4 trang 100 Toán 11 tập 2 Cánh diều: Cho một đường thẳng không vuông góc với mặt phẳng cho trước. Chứng minh rằng tồn tại duy nhất một mặt phẳng chứa đường thẳng đó và vuông góc với mặt phẳng đã cho
Bài Làm:
Giả sử đường thẳng đó là d và mặt phẳng cho trước là P. Gọi A là một điểm trên đường thẳng d. Theo định nghĩa, ta có thể vẽ một đường thẳng vuông góc với mặt phẳng P và đi qua điểm A, gọi đường thẳng đó là d'. Vì d' và P vuông góc với nhau nên chúng tạo thành một góc vuông tại A.
Để chứng minh tồn tại mặt phẳng vuông góc với P và chứa đường thẳng d, ta chỉ cần chứng minh rằng mặt phẳng chứa d' cũng vuông góc với P. Điều này tương đương với việc chứng minh rằng đường thẳng d nằm trên mặt phẳng chứa d' và vuông góc với mặt phẳng P.
Giả sử tồn tại một mặt phẳng khác Q cũng vuông góc với mặt phẳng P và chứa đường thẳng d. Vì d nằm trên Q, nên d' cũng nằm trên Q, vì nó là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng P và qua điểm A trên d. Như vậy, d' và Q cùng chứa đường thẳng d, do đó chúng trùng nhau, suy ra Q cũng chứa d'. Tức là mặt phẳng Q trùng với mặt phẳng chứa d', và vì thế mặt phẳng Q cũng vuông góc với P.
Vậy, ta đã chứng minh được rằng tồn tại duy nhất một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng P và chứa đường thẳng d.
