Два перпендикуляра к одной прямой перпендикулярны да или нет

Разберёмся, действительно ли два перпендикуляра к одной прямой всегда перпендикулярны друг другу или это заблуждение.

Один из самых частых «ловушечных» вопросов в школьной стереометрии звучит так:
«Если две прямые одновременно перпендикулярны третьей прямой, то обязательно ли эти две прямые перпендикулярны между собой?»
Ответ неочевиден: нет, не обязательно. Ниже – подробное объяснение и примеры.

Что значит «перпендикуляр»?

По определению, две прямые называются перпендикулярными, если угол между ними равен 90°.
В пространстве к этому определению добавляется важное уточнение: даже если прямые не пересекаются (скрещиваются), мы считаем их перпендикулярными, если при параллельном переносе одной из них угол станет прямым.

Ситуация на плоскости

Пусть есть прямая l и две прямые a и b, каждая из которых перпендикулярна l в одной и той же точке P.

  • По аксиоме параллельности в плоскости через точку можно провести единственную прямую, перпендикулярную данной.
  • Значит, a и b совпадают.

Ситуация в пространстве (ключевой случай)

В пространстве возможны два принципиально разных расположения.

3.1 Прямые a и b параллельны

Представьте карандаш, стоящий вертикально (это прямая l). Проведём к нему два горизонтальных отрезка – один в точке P, другой в точке Q. Оба отрезка перпендикулярны карандашу, а сами они параллельны друг другу.

  • Угол между параллельными прямыми – 0°.
  • Следовательно, a ⟂ l, b ⟂ l, но a и b не перпендикулярны между собой.

3.2 Прямые a и b пересекаются

Возьмём ту же вертикальную прямую l. Проведём через точку P две прямые a и b, каждая из которых перпендикулярна l. Но теперь a направлена, например, «на север», а b – «на восток».

  • Все три прямые a, b, l образуют взаимно-перпендикулярные оси декартовой системы.
  • Угол между a и b – 90°.
Геометрия Сколько решений? Взаимное расположение a и b
Плоскость Единственная прямая (совпадают) Прямые совпадают
Пространство Бесконечно много От 0° до 90° в зависимости от выбора точек

Как легко запомнить

Запомните краткое правило:

«На плоскости – одна прямая. В пространстве – целое семейство, углы могут быть любыми.»

Практический пример для закрепления

Задача: Даны прямая l и точка P на ней. Сколько прямых проходят через P и перпендикулярны l?

  1. В плоскости: одна-единственная прямая.
  2. В пространстве: целое «перо» прямых, образующих плоскость-перпендикуляр к l в точке P. В этом «пере» можно выбрать любые две прямые, и угол между ними будет произвольным.

Ответ на исходный вопрос: два перпендикуляра к одной прямой в пространстве не обязаны быть взаимно перпендикулярны; чаще всего они вообще параллельны или пересекаются под произвольным углом.