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共边三角形与共角三角形—详解与比较

【摘要】:全等三角形和相似三角形的研究是重要的,因为它与运动、相似这些几何变换密切相关。但作为解题的基本工具,全等三角形与相似三角形的方法就暴露出明显的不足。我们着眼于那些任何几何图形中都会出现的三角形对,这就是“共边三角形”和“共角三角形”。两个三角形如果有一条公共边,我们就说这两个三角形是共边三角形。这样有一组对应角相等或互补的一对三角形,叫做共角三角形。

数学的心脏是问题,学了数学,就要能解题。

“工欲善其事,必先利其器”,要想学会解题,就要先掌握解题的工具。

平面几何图形的基本单元是三角形。解题工具当然离不开对三角形的研究。欧几里得把注意力集中在特殊的三角形上:当考虑一个三角形时,着重研究了直角三角形、等腰三角形;当考虑一对三角形时,着重研究了全等三角形和相似三角形。

全等三角形和相似三角形的研究是重要的,因为它与运动、相似这些几何变换密切相关。但作为解题的基本工具,全等三角形与相似三角形的方法就暴露出明显的不足。

一个重要的事实是:随便画一个几何图形,这里面往往没有全等三角形或相似三角形。为了使“全等”、“相似”有用武之地,就要作辅助线。但如何作辅助线,则“法无定法”。几何好学做题难,原因与此有关!

我们着眼于那些任何几何图形中都会出现的三角形对,这就是“共边三角形”和“共角三角形”。

这两种三角形对是名不见经传的。欧几里得以来的几何学家们从来没有给它们以足够的重视。但是,从数学教育界的角度看,它们是顶顶重要的。

两个三角形如果有一条公共边,我们就说这两个三角形是共边三角形。共边三角形在几何图形里到处都是。平面上随便点四个点A、B、C、D,连六条直线,便有许多对共边三角形(如图5-4):△ABC与△ABD,△ADB与△ADC,△ACB与△ACD,△BCA与△BCD,△BDA与△BDC,△CDA与△CDB……

图5-4

在图5-4(1)中,△PAD和△PBC虽不是共边三角形,但它们也有共同点——∠APD=∠BPC。这样有一组对应角相等或互补的一对三角形,叫做共角三角形。在图5-4(1)中出现了许多对共角三角形,如△PAB与△PDC,△PCD与△ACD,△PAB与△PAD等。图5-4(2)中有△AED与△CEB,△DGC与△BGA,△DFB与△GBC……

和共边三角形相联系的基本定理是

共边比例定理(以下简称共边定理) 若直线PQ和直线AB交于M,则

证明:如图5-5,可知有四种情形。根据我们的基本命题,四种情形都有:

在图5-5情形(1)、(2)中取(1)+(2),情形(3)、(4)中取(1)-(2),可得[1](www.chuimin.cn)

图5-5

尽管这个定理得来不费工夫,但它在图上并不明显。特别是情形(3)、(4),人们往往会忽略这种比例关系。假如在情形(4)中不用共边比例定理,让学生想办法求出△PAB与△QAB面积之比,我想很少有人会想到用尺子沿直线PQ来度量。

和共角三角形相联系的基本定理是

共角比例定理(以下简称共角定理) 在△ABC和△A′B′C′中,∠A=∠A′或∠A+∠A′=180°,则

证明:不妨设∠A与∠A′重合或互为邻补角,如图5-6所示。

图5-6

这时对(1)、(2)均有

即得所要等式。

在证明共角定理时,我们用了“运动”,把两个三角形搬到一起,使它们的一对对应角重合或成为邻补角。严格追究起来,这实际上承认了角度、长度和面积是运动下的不变量。如果不引入“运动”的概念,至少也要承认:在△ABC和△A′B′C′中,∠A=∠A′,AB=A′B′,AC=A′C′,则两个三角形面积相等。

不过,在教刚开始学习几何的初中生时,教师可以暂且不去追求逻辑上的绝对严密,而是引导学生用不多的几何知识去解决更多的问题。