刊名: 基础教育课程
主办: 教育部基础教育课程教材发展中心
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1672-6715
CN: 11-5187/G
邮发代号: 80-447
投稿邮箱:jcjykczz@163.com
历史沿革:
现用刊名:基础教育课程
曾用刊名:中小学图书情报世界
创刊时间:1993
用面积思想解题
【作者】 严山鹏
【机构】 甘肃省武威第七中学
【摘要】【关键词】
【正文】摘 要 本文利用面积思想简捷地证明了某些定理,不等式,复杂的比例式等问题.还可以用来解决数学中的一些平面几何问题,如证明长度或角度相等,共线等问题.
1 引言
利用面积思想来解决数学中的许多问题,这是一个古老而又年轻的方法,早在三千年前,在几何学还没有形成一门系统的学科时,人们已经会用这种方法来解决某些问题了.
众所周知,到目前为止,勾股定理常见的证明方法,已有数十种了,但其中最简单的证法仍然是利用面积关系.
如勾股定理证明方法之一:如图,四个同样大小的直角三角形的斜边围成一个正方形,它们的直角边围成一个更大的正方形.
设两直角边分别为a,b斜边为 c,图中大正方形面积
小正方形面积
直角三角形面积.显然有
也就是 图1
把等式的左边展开,两边消去,便得勾股定理
.
上面介绍的勾股定理的一种面积证法,但它已经体现了用面积关系证题的基本思想.
在解题的过程中,巧妙地运用面积公式,可以将问题化繁为简、化难为易,并能优化过程,达到事半功倍的效果,从而使问题获得妙解.以下列出在用面积思想解题时常用的公式.
2 用面积法证题常用的公式
(1)设在ABC中,角A,B,C所对的边依次为a,b,c,又为a 边上的高,R为其外接圆半径,r为其半径,,则
1 2 ;
3 ; 4 ;
5 .
(2) 在凸四边形ABCD中,边长分别为a,b,c,d两对角线长为e,f,两对角线夹角为,,则
1 ;
2;
3 .
(3) 面积分割原理:一个图形的面积等于它的各部分面积的和.
(4) 内接于等圆的两个三角形的面积比等于三边乘积的比.
(5)公边比例定理:若的公共边所在直线与直线交于,则.
(6)公角比例定理:若的,则.
在解题时,应用面积关系解题往往有出人意料的效果,它的基本思路是:用不同的方法计算同一得到一个等式,再对它进行整理或变换,以获得我们所要的结果.我们已经熟悉了几个基本的面积公式,下面用具体实例说明面积法在解题中的应用.
3 利用面积思想导出基本定理
命题1 由点P发出的三射线PA,PB,PC,,那么A,B
C三点在一直线的充分必要的条件是 . (1)
证明 如果 A,B,C三点公共线,那么
两边同除以,即得所要证的等式.
反之,如果命题中等式成立,那么反推可得面积方程 图2
这说明:
即A,B,C三点共线.
在命题1中,取特殊情况可以证明下面的定理.
如果 均为锐角,那么.
证明 在命题1 中,取的特殊情形,那么当C 为垂足时,有
(2)
将(1)式乘以PC,并将(2)式代入(1)式,即得所要证的命题.
还可以直接从面积关系出发导出定理,如果那么.
证明 作使,令,在 AC上取点B,令 .列出面积方程
两边同除以,得
图3
再以代入上式,即得所要证明的定理.
4 证明长度
在证明角度相等,通常是利用相似三角形性质,平行的性质,或三角形的内角和关系等,但有时不容易发现这些关系,可用面积方程来解决.
问题在直角的斜边在上取一点,使,又取的中点为,和垂直于,求证:.
证明 是的中点
即
令由,
由比例定理可得: 图5
. (1)
在中 (2)
又 (3)
将(2),(3)代入(1)式可得
化简得
即是等腰直角三角形.
.
5证明和差倍分关系
问题 在的边上分别取连结相交于 求证
证明 由比例定理可得
. (1)
由比例定理可得
将上述三个等式代入(1)式可得
图8
同理可得 .
同法可求得
6利用面积关系作几何计算
问题 在矩形中,对角线的延长线上取一点已 求.
证明 由
相比,得
,且
, 设. 图9
解得 ,即
通过以上的例子,我们可以观察到用面积思想解题的步骤:第一,列出面积方程.第二,用面积公式代入面积方程.第三,整理所得的等式.但通过作题,我们发现第一步最难,因为一道几何题中通常有几个面积,我们不知道要选择哪个面积,现在我们不妨来谈谈在选择时我们应把握好以下几条规律:第一,在列面积方程时,要找那些与已知条件有密切关系的面积,特别是三角形.第二,在面积方程中常常出现一些与结论无关的量,有时在一个方程中消不掉,就应多列一些方程.第三,在列多个面积方程时,要使不同的方程中出现相同的量,便于消去.当然,这只是一些规律,在具体解题时,我们应该灵活运用面积公式,并且我们应多列几次以便找到合适的面积方程.
总之,我们可以看到,通过面积思想解题可以使某些定理简捷地获证,也能巧妙地解决大量的平面几何,三角,不等式问题甚至还可以解一些难度较大的数学竞赛题.我们还可以看到面积思想具有直观、简便、灵活、新颖的特点.而且,我认为在数学教学中,教师不仅要教给学生一些基本的解题思路,同时要引导学生通过有直现针对问题要求,抓住解题,巧用已知条件,简化思维过程,寻求最佳思路.这对学生基础知识的学习和数学能力的提高是有很大帮助的!
1 引言
利用面积思想来解决数学中的许多问题,这是一个古老而又年轻的方法,早在三千年前,在几何学还没有形成一门系统的学科时,人们已经会用这种方法来解决某些问题了.
众所周知,到目前为止,勾股定理常见的证明方法,已有数十种了,但其中最简单的证法仍然是利用面积关系.
如勾股定理证明方法之一:如图,四个同样大小的直角三角形的斜边围成一个正方形,它们的直角边围成一个更大的正方形.
设两直角边分别为a,b斜边为 c,图中大正方形面积
小正方形面积
直角三角形面积.显然有
也就是 图1
把等式的左边展开,两边消去,便得勾股定理
.
上面介绍的勾股定理的一种面积证法,但它已经体现了用面积关系证题的基本思想.
在解题的过程中,巧妙地运用面积公式,可以将问题化繁为简、化难为易,并能优化过程,达到事半功倍的效果,从而使问题获得妙解.以下列出在用面积思想解题时常用的公式.
2 用面积法证题常用的公式
(1)设在ABC中,角A,B,C所对的边依次为a,b,c,又为a 边上的高,R为其外接圆半径,r为其半径,,则
1 2 ;
3 ; 4 ;
5 .
(2) 在凸四边形ABCD中,边长分别为a,b,c,d两对角线长为e,f,两对角线夹角为,,则
1 ;
2;
3 .
(3) 面积分割原理:一个图形的面积等于它的各部分面积的和.
(4) 内接于等圆的两个三角形的面积比等于三边乘积的比.
(5)公边比例定理:若的公共边所在直线与直线交于,则.
(6)公角比例定理:若的,则.
在解题时,应用面积关系解题往往有出人意料的效果,它的基本思路是:用不同的方法计算同一得到一个等式,再对它进行整理或变换,以获得我们所要的结果.我们已经熟悉了几个基本的面积公式,下面用具体实例说明面积法在解题中的应用.
3 利用面积思想导出基本定理
命题1 由点P发出的三射线PA,PB,PC,,那么A,B
C三点在一直线的充分必要的条件是 . (1)
证明 如果 A,B,C三点公共线,那么
两边同除以,即得所要证的等式.
反之,如果命题中等式成立,那么反推可得面积方程 图2
这说明:
即A,B,C三点共线.
在命题1中,取特殊情况可以证明下面的定理.
如果 均为锐角,那么.
证明 在命题1 中,取的特殊情形,那么当C 为垂足时,有
(2)
将(1)式乘以PC,并将(2)式代入(1)式,即得所要证的命题.
还可以直接从面积关系出发导出定理,如果那么.
证明 作使,令,在 AC上取点B,令 .列出面积方程
两边同除以,得
图3
再以代入上式,即得所要证明的定理.
4 证明长度
在证明角度相等,通常是利用相似三角形性质,平行的性质,或三角形的内角和关系等,但有时不容易发现这些关系,可用面积方程来解决.
问题在直角的斜边在上取一点,使,又取的中点为,和垂直于,求证:.
证明 是的中点
即
令由,
由比例定理可得: 图5
. (1)
在中 (2)
又 (3)
将(2),(3)代入(1)式可得
化简得
即是等腰直角三角形.
.
5证明和差倍分关系
问题 在的边上分别取连结相交于 求证
证明 由比例定理可得
. (1)
由比例定理可得
将上述三个等式代入(1)式可得
图8
同理可得 .
同法可求得
6利用面积关系作几何计算
问题 在矩形中,对角线的延长线上取一点已 求.
证明 由
相比,得
,且
, 设. 图9
解得 ,即
通过以上的例子,我们可以观察到用面积思想解题的步骤:第一,列出面积方程.第二,用面积公式代入面积方程.第三,整理所得的等式.但通过作题,我们发现第一步最难,因为一道几何题中通常有几个面积,我们不知道要选择哪个面积,现在我们不妨来谈谈在选择时我们应把握好以下几条规律:第一,在列面积方程时,要找那些与已知条件有密切关系的面积,特别是三角形.第二,在面积方程中常常出现一些与结论无关的量,有时在一个方程中消不掉,就应多列一些方程.第三,在列多个面积方程时,要使不同的方程中出现相同的量,便于消去.当然,这只是一些规律,在具体解题时,我们应该灵活运用面积公式,并且我们应多列几次以便找到合适的面积方程.
总之,我们可以看到,通过面积思想解题可以使某些定理简捷地获证,也能巧妙地解决大量的平面几何,三角,不等式问题甚至还可以解一些难度较大的数学竞赛题.我们还可以看到面积思想具有直观、简便、灵活、新颖的特点.而且,我认为在数学教学中,教师不仅要教给学生一些基本的解题思路,同时要引导学生通过有直现针对问题要求,抓住解题,巧用已知条件,简化思维过程,寻求最佳思路.这对学生基础知识的学习和数学能力的提高是有很大帮助的!