Dos vigas a distintas alturas no se tocan. En una fotografía sus direcciones incluso pueden cruzarse. ¿Son paralelas? En el plano bastaba decir que dos rectas distintas no se cortan; en el espacio hace falta otra condición.

Dos rectas distintas del espacio son paralelas si están en un plano común y no se cortan. Si no existe plano común, son alabeadas. Un dibujo plano no permite decidirlo por sí solo: necesitamos datos sobre la figura espacial. Retomamos axiomas y demostración, rectas paralelas y paralelogramos.

El plano continúa más allá del borde dibujado

Punto, recta y plano son objetos básicos de la geometría espacial. El plano es llano, ilimitado y sin grosor. Un paralelogramo dibujado muestra solo una parte, no cuatro bordes reales. Igualmente, una arista del cubo es un segmento; la recta AB se prolonga más allá de ambos extremos.

En el modelo euclídeo usamos estos supuestos iniciales:

  • Tres puntos no alineados determinan un plano y solo uno.
  • Si dos puntos distintos de una recta pertenecen a un plano, toda la recta pertenece a él.
  • Dos planos distintos con un punto común se cortan en una recta que pasa por ese punto.
  • Para cada plano existen puntos que pertenecen a él y puntos exteriores.

Son axiomas del modelo, no medidas de la ilustración. Una mesa ayuda a imaginarlo, pero su contorno y grosor no pertenecen al plano ideal. AMSI, puntos, rectas y planos.

Determinar un plano único

Tres puntos alineados no bastan: por su recta pasan infinitos planos, como al girar alrededor de ella. Un plano queda determinado por tres puntos no alineados, una recta y un punto exterior a ella, dos rectas secantes o dos rectas paralelas distintas.

Por ejemplo, tomamos A,B en la recta AB y C fuera de ella. El primer axioma da un plano único por A,B,C; el segundo asegura que contiene toda AB. La demostración explica el método sin añadir una regla desconectada.

Tres casos para rectas distintas

Usamos el cubo ABCDA₁B₁C₁D₁. A,B,C,D recorren ordenadamente la cara inferior; cada vértice superior está sobre el inferior correspondiente. Las caras son cuadrados, por lo que sus lados opuestos son paralelos.

AB y CD paralelas

ABCDA₁B₁C₁D₁

Intersección en B

ABCDA₁B₁C₁D₁

AB y CC₁ alabeadas

ABCDA₁B₁C₁D₁

Rectas y planos α, β

αβABCDA₁B₁C₁D₁
Un cubo en cuatro paneles; el naranja destaca las rectas que contienen las aristas elegidas. Los trazos largos indican aristas ocultas. En el tercero, las prolongaciones punteadas de AB y CC₁ se cruzan en el papel, sin representar un punto común en el espacio. En el cuarto α es el plano superior y β el inferior; solo se dibujan fragmentos cuadrados. AB está en β y es paralela a α; AA₁ más gruesa corta ambos. Es una proyección paralela: ángulos y longitudes en pantalla no son medidas espaciales. Cada vértice superior con subíndice1 corresponde al inferior de la misma letra.

AB y CD están en el plano inferior y no se cortan: son paralelas. AB y BC comparten B: son secantes. AB y CC₁ no tienen plano común: son alabeadas. Dos nombres de la misma recta indican coincidencia, un caso aparte de los tres para rectas distintas. Purdue, posiciones de rectas.

¿Por qué AB y CC₁ no pueden pertenecer a un plano común? Ese plano contendría AB y C, por lo que sería el plano inferior ABC. Entonces contendría también C₁, que está fuera del plano inferior: contradicción. La unicidad del plano aporta la prueba; la apariencia del dibujo no basta.

Recta y plano: ningún punto, uno o todos

Llamamos α al plano superior y β al inferior. AB pertenece a β. AA₁ corta β únicamente en A. AB no tiene puntos comunes con α, luego es paralela a α. En nuestra terminología, una recta contenida en un plano no se llama paralela a ese plano.

Criterio: si l no está contenida en α y es paralela a alguna recta m de α, entonces l∥α. En el cubo AB∥A₁B₁ y A₁B₁ pertenece a α. La condición «l no está contenida en α» es esencial: dentro de un plano también hay rectas paralelas, pero comparten con él todos sus puntos.

AB∥A_(1)B_(1), AB∥α, AB⊂β.

Dos planos y dos pares de direcciones

Dos planos distintos o no tienen puntos comunes y son paralelos, o se cortan en una recta. Si coinciden, tenemos un plano con dos nombres. α y β del cubo son paralelos. El plano frontal ABB₁A₁ corta al inferior en AB.

Para demostrar el paralelismo de planos distintos, basta encontrar dos rectas secantes de uno respectivamente paralelas a dos rectas del otro. Para β y α usamos AB∥A₁B₁ y AD∥A₁D₁. Dos direcciones secantes determinan un plano.

Una sola pareja no basta: CD de la cara inferior es paralela a A₁B₁ de la frontal, pero sus planos se cortan en AB. Un plano secante corta dos planos paralelos según rectas paralelas. Si estas tuvieran un punto común, pertenecería a ambos planos paralelos, algo imposible.

Por qué funciona el criterioOpcional · puedes omitirlo

De rectas paralelas a un plano paralelo

Sea l∥m, con m contenida en α y l no contenida en α. El plano γ por l y m es distinto de α; se cortan en m. Si l cortase α en X, X pertenecería también a γ y por tanto a m. Pero las paralelas l,m no tienen puntos comunes. Luego l no corta α.

Qué no revela la perspectiva

En una imagen plana, rectas alabeadas pueden parecer secantes. Una recta puede salir del fragmento dibujado del plano y seguir perteneciendo a él. No medimos ángulos espaciales ni longitudes reales de aristas en este dibujo. Primero establecemos puntos y planos comunes a partir de los datos; después usamos la imagen para explicar esas relaciones.