平行線問題
平行線問題
平行線是我們?nèi)粘I钪蟹浅3R姷膱D形.練習本每一頁中的橫線、直尺的上下兩邊、人行橫道上的“斑馬線”以及黑板框的對邊、桌面的對邊、教室墻壁的對邊等等均是互相平行的線段. 正因為平行線在生活中的廣泛應(yīng)用,因此有關(guān)它的基本知識及性質(zhì)成為中學幾何的基本知識. 正因為平行線在幾何理論中的基礎(chǔ)性,平行線成為古往今來很多數(shù)學家非常重視的研究對象.歷史上關(guān)于平行公理的三種假設(shè),產(chǎn)生了三種不同的幾何(羅巴切夫斯基幾何、黎曼幾何及歐幾里得幾何),它們在使人們認識宇宙空間中起著非常重要的作用. 現(xiàn)行中學中所學的幾何是屬于歐幾里得幾何,它是建立在這樣一個公理基礎(chǔ)之上的:“在平面中,經(jīng)過直線外一點,有且只有一條直線與這條直線平行”. 在此基礎(chǔ)上,我們學習了兩條平行線的判定定理及性質(zhì)定理.下面我們舉例說明這些知識的應(yīng)用. 例1 如圖 1-18,直線a∥b,直線 AB交 a與 b于 A,B,CA平分∠1,CB平分∠ 2,求證:∠C=90° 分析 由于a∥b,∠1,∠2是兩個同側(cè)內(nèi)角,因此∠1+∠2= 過C點作直線 l,使 l∥a(或 b)即可通過平行線的性質(zhì)實現(xiàn)等角轉(zhuǎn)移. 證 過C點作直線l,使l∥a(圖1-19).因為a∥b,所以b∥l,所以 因為AC平分∠1,BC平分∠2,所以 又∠3=∠CAE,∠4=∠CBF(內(nèi)錯角相等),所以 說明 做完此題不妨想一想這個問題的“反問題”是否成立, 即“兩條直線a,b被直線AB所截(如圖1-20所示),CA,CB分別是∠BAE與∠ABF的平分線,若∠C=90°,問直線a與直線b是否一定平行?” 由于這個問題與上述問題非常相似(將條件與結(jié)論交換位置),因此,不妨模仿原問題的解決方法來試解. 例2 如圖1-21所示,AA1∥BA2求∠A1-∠B1+∠A2. 分析 本題對∠A1,∠A2,∠B1的大小并沒有給出特定的數(shù)值,因此,答案顯然與所給的三個角的大小無關(guān).也就是說,不管∠A1,∠A2,∠B1的大小如何,答案應(yīng)是確定的.我們從圖形直觀,有理由猜想答案大概是零,即 猜想,常常受到直觀的啟發(fā),但猜想必須經(jīng)過嚴格的證明.①式給我們一種啟發(fā),能不能將∠B1一分為二使其每一部分分別等于∠A1與∠A2.這就引發(fā)我們過B1點引AA1(從而也是BA2)的平行線,它將∠B1一分為二. 證 過B1引B1E∥AA1,它將∠A1B1A2分成兩個角:∠1,∠2(如圖1-22所示). 因為AA1∥BA2,所以B1E∥BA2.從而 所以 即 ∠A1-∠B1+∠A2=0. 說明(1)從證題的過程可以發(fā)現(xiàn),問題的實質(zhì)在于AA1∥BA2,它與連接A1,A2兩點之間的折線段的數(shù)目無關(guān),如圖1-23所示.連接A1,A2之間的折線段增加到4條:A1B1,B1A2,A2B2,B2A3,仍然有 (即那些向右凸出的角的和=向左凸的角的和)即 進一步可以推廣為 這時,連結(jié)A1,An之間的折線段共有n段A1B1,B1A2,…,Bn-1An(當然,仍要保持 AA1∥BAn). 推廣是一種發(fā)展自己思考能力的方法,有些簡單的問題,如果抓住了問題的本質(zhì),那么,在本質(zhì)不變的情況下,可以將問題推廣到復雜的情況. (2)這個問題也可以將條件與結(jié)論對換一下,變成一個新問題. 問題1 如圖1-24所示.∠A1+∠A2=∠B1,問AA1與BA2是否平行? 問題2 如圖1-25所示.若 這兩個問題請同學加以思考. 例3 如圖1-26所示.AE∥BD,∠1=3∠2,∠2=25°, 求∠C. 分析 利用平行線的性質(zhì),可以將角“轉(zhuǎn)移”到新的位置,如∠1=∠DFC或∠AFB.若能將∠1,∠2,∠C“集中”到一個頂點處,這是最理想不過的了,過F點作BC的平行線恰能實現(xiàn)這個目標. 解 過F到 FG∥CB,交 AB于G,則 因為 AE∥BD,所以 所以 說明(1)運用平行線的性質(zhì),將角集中到適當位置,是添加輔助線(平行線)的常用技巧. (2)在學過“三角形內(nèi)角和”知識后,可有以下較為簡便的解法:∠1=∠DFC=∠C+∠2,即 例4 求證:三角形內(nèi)角之和等于180°. 分析 平角為180°.若能運用平行線的性質(zhì),將三角形三個內(nèi)角集中到同一頂點,并得到一個平角,問題即可解決, 下面方法是最簡單的一種. 證 如圖1-27所示,在△ABC中,過A引l∥BC,則 顯然 ∠1+∠BAC+∠2=平角, 所以 ∠A+∠B+∠C=180°. 說明 事實上,我們可以運用平行線的性質(zhì),通過添加與三角形三條邊平行的直線,將三角形的三個內(nèi)角“轉(zhuǎn)移”到任意一點得到平角的結(jié)論.如將平角的頂點設(shè)在某一邊內(nèi),或干脆不在三角形的邊上的其他任何一點處,不過,解法將較為麻煩.同學們不妨試一試這種較為麻煩的證法. 例5 求證:四邊形內(nèi)角和等于360°. 分析 應(yīng)用例3類似的方法,添加適當?shù)钠叫芯€,將這四個角“聚合”在一起使它們之和恰為一個周角.在添加平行線中,盡可能利用原來的內(nèi)角及邊,應(yīng)能減少推理過程. 證 如圖1-28所示,四邊形ABCD中,過頂點B引BE∥AD,BF∥CD,并延長 AB,CB到 H,G.則有∠A=∠2(同位角相等),∠D=∠1(內(nèi)錯角相等),∠1=∠3(同位角相等). 又 ∠ABC(即∠B)=∠GBH(對頂角相等). 由于∠2+∠3+∠4+∠GBH=360°,所以 說明(1)同例3,周角的頂點可以取在平面內(nèi)的任意位置,證明的本質(zhì)不變. (2)總結(jié)例3、例4,并將結(jié)論的敘述形式變化,可將結(jié)論加以推廣: 人們不禁會猜想: 這個猜想是正確的,它們的證明在學過三角形內(nèi)角和之后,證明將非常簡單. (3)在解題過程中,將一些表面并不相同的問題,從形式上加以適當變形,找到它們本質(zhì)上的共同之處,將問題加以推廣或一般化,這是發(fā)展人的思維能力的一種重要方法. 例6 如圖1-29所示.直線l的同側(cè)有三點A,B,C,且AB∥l,BC∥l.求證: A,B,C三點在同一條直線上. 分析A,B,C三點在同一條直線上可以理解為∠ABC為平角,即只要證明射線BA與BC所夾的角為180°即可,考慮到以直線l上任意一點為頂點,該點分直線所成的兩條射線為邊所成的角均為平角,結(jié)合所給平行條件,過B作與l相交的直線,就可將l上的平角轉(zhuǎn)換到頂點B處. 證 過B作直線 BD,交l于D.因為AB∥l,CB∥l,所以 又∠1+∠2=180°,所以 即∠ABC=180°=平角. A,B,C三點共線. 思考 若將問題加以推廣:在l的同側(cè)有n個點A1,A2,…,An-1,An,且有AiAi+1∥l(i=1,2,…,n-1).是否還有同樣的結(jié)論? 例7 如圖1-30所示.∠1=∠2,∠D=90°,EF⊥CD. 求證:∠3=∠B. 分析 如果∠3=∠B,則應(yīng)需EF∥BC.又知∠1=∠2,則有BC∥AD.從而,應(yīng)有EF∥AD.這一點從條件EF⊥CD及∠D=90°不難獲得. 證 因為∠1=∠2,所以 因為∠D=90°及EF⊥CD,所以 所以 BC∥EF(平行公理), 所以 1.如圖1-31所示.已知AB∥CD,∠B=100°,EF平分∠BEC,EG⊥EF.求∠BEG和∠DEG. 2.如圖1-32所示.CD是∠ACB的平分線,∠ACB=40°,∠B=70°,DE∥BC.求∠EDC和∠BDC的度數(shù). 3.如圖1-33所示.AB∥CD,∠BAE=30°,∠DCE=60°,EF,EG三等分∠AEC.問:EF與EG中有沒有與AB平行的直線,為什么? 4.證明:五邊形內(nèi)角和等于540°. 5.如圖1-34所示.已知CD平分∠ACB,且DE∥ACCD∥EF.求證:EF平分∠DEB. |