9年级上册泸科版数学 比例线段 第4课时 逐字稿-6,514字

  师:同学们,大家好!非常高兴能和大家一起探究比例线段的第四课时,这是相似形第一节的最后一个课时。前面我们已经学习了比例线段的基本性质、合比性质、等比性质,以及比例中项和黄金分割。下一节我们将学习相似三角形的性质及判定方法,所以这节课起着承上启下的作用,至关重要。

  首先,我们一起回顾一个熟悉的定理——平行线等分线段定理:如果一组平行线在一条直线上截得的线段相等,那么在其他直线上截得的线段也相等。比如,如图所示,(L_1\parallel L_2\parallel L_3),直线(AB)和(A_1B_1)都被这一组平行线所截。若(AB = BC),则(A_1B_1 = B_1C_1),这是一组平行线截线的特殊情况,叫做平行线等份线段。

  那么今天,我们一起来研究平行线截线的一般情形。观察:如图,有一组平行直线(L_1\parallel L_2\parallel L_3\parallel \cdots\parallel L_k\parallel \cdots\parallel L_N)。另外,直线(A_1A_N)与直线(B_1B_N)被这组平行直线分别截于点(A_1)、(A_2)、(A_3)、(\cdots)、(A_k)、(A_{N - 1})、(A_N)和(B_1)、(B_2)、(B_3)、(\cdots)、(B_k)、(B_{N - 1})、(B_N)。这里有一组平行线被(A_1A_N)和(B_1B_N)所截,同学们根据平行线等份线段定理可以得到什么呢?如果(A_1A_2 = A_2A_3 = \cdots = A_{N - 1}A_N),那么(B_1B_2 = B_2B_3 = \cdots = B_{N - 1}B_N),其中省略号省去的部分记为(A_k)和(B_k)。

  那么请大家想一想,(A_1A_k)与(A_kA_N)的比,和(B_1B_k)与(B_kB_N)的比情况如何呢?这时如果设(A_1A_2 = A_2A_3 = \cdots = A_{N - 1}A_N = a),(B_1B_2 = B_2B_3 = \cdots = B_{N - 1}B_N = b),那么容易推得:

  (A_1A_2∶A_2A_3 = B_1B_2∶B_2B_3 = a∶a = 1∶1);

  (A_1A_2∶A_2A_4 = B_1B_2∶B_2B_4 = a∶2a = 1∶2);

  (A_1A_2∶A_2A_5 = B_1B_2∶B_2B_5 = a∶3a = 1∶3)。

  以此类推,(A_1A_k∶A_kA_N = (k - 1)a∶(N - k)a = (k - 1)∶(N - k)),(B_1B_k∶B_kB_N)也等于((k - 1)∶(N - k)),所以(A_1A_k∶A_kA_N = B_1B_k∶B_kB_N)。

  那这个结论用文字语言怎么说呢?用文字语言可以说成:两条直线被一组平行线所截,所得的对应线段成比例。用几何语言说,就是:如图,因为(L_1\parallel L_2\parallel L_3),所以(AB∶BC = DE∶EF)。这个结论就是我们今天学习的新知——平行线截线的一般情形,即平行线分线段成比例。

  在这个推理中,我们采用了从特殊到一般的形式,将平行线等份线段的特殊情形转化为一般情形。其实这个基本事实还可以通过计算三角形的面积方法来得到。连接(AE)、(CE)。由图可知,(\triangle ABE)和(\triangle CBE)分别以(AB)、(BC)为底,高是相同的,所以(\triangle ABE)的面积与(\triangle CBE)的面积之比就是底之比,即(S_{\triangle ABE}∶S_{\triangle CBE} = AB∶BC)。同样的道理,连接(BD)和(BF),可得(\triangle DBE)的面积与(\triangle FBE)的面积之比(S_{\triangle DBE}∶S_{\triangle FBE} = DE∶EF)。

  现在我们再来看(\triangle ABE)和(\triangle DBE)之间的面积关系。因为(L_1\parallel L_2),平行线间的距离处处相等,那么(\triangle ABE)与(\triangle DBE)的高相等,底都是(BE),因此(\triangle ABE)和(\triangle DBE)同底等高,它们的面积相等。又因为(L_2\parallel L_3),所以(\triangle BCF)与(\triangle ECF)的高相等,底都是(CF),因此(\triangle BCF)和(\triangle ECF)同底等高,它们的面积也相等。所以(S_{\triangle ABE}∶S_{\triangle CBE} = S_{\triangle DBE}∶S_{\triangle FBE}),这样就可以得到(AB∶BC = DE∶EF)了。

  有了这个平行线分线段成比例的基本事实,就可以解决很多线段的计算问题了。我们来看这样一个例题,如图所示,(L_1\parallel L_2\parallel L_3),(AB∶BC = 3∶2),(DE = 6),求(DF)的长。在这题中,(L_1)、(L_2)、(L_3)是一组平行线,直线(AC)被它们所截,交(L_1)于点(A),交(L_2)于点(B),交(L_3)于点(C);直线(DF)也被它们所截,交(L_1)于点(D),交(L_2)于点(E),交(L_3)于点(F)。

  由平行线分线段成比例可得(AB∶BC = DE∶EF = 3∶2)。又因为(DE = 6),所以(EF = 4),(DF = DE + EF = 6 + 4 = 10)。这就是利用平行线分线段成比例进行的计算问题。

  当两条直线被一组平行线所截得到的对应线段成比例时,一般我们称(AB∶BC = DE∶EF)叫做上比下等于上比下。根据比例线段的相关性质还可以得到:上比全等于上比全,即(AB∶AC = DE∶DF);下比全等于下比全,即(BC∶AC = EF∶DF)。

  下面我们再来看看这个图形的几种变化。首先,请同学们仔细观察现在屏幕上的图形与刚才的图形有何区别呢?这个图形较前面的图形,保持平行线不变,只是移动了直线(AC)的位置,使得直线(AC)与(DF)的交点在(L_1)上。这时刚才的结论还成立吗?(AB∶BC)还等于(DE∶EF)吗?仍然成立。为什么呢?因为平移(AC)使得平移前和平移后的直线与(L_1)、(L_2)构成了一个平行四边形。由于平行四边形对边相等,所以平移后(AB)的长度仍然保持不变,同理线段(BC)的长度也保持不变,那就可以得到仍然有(AB∶BC = DE∶EF)。

  好,让我们继续平移直线(AC)。此时(AC)与(DF)的交点在(L_1)与(L_2)之间,如图所示,同学们,(AB∶BC)与(DE∶EF)的值还相等吗?结论仍然成立。同样的道理,我们继续平移直线(AC),让(AC)与(DF)的交点在直线(L_2)上。这时形成的图形有点像(X)型结构,我们依然根据前面的原理可以得到(AB∶BC = DE∶EF)的值。再继续平移直线(AC),让(AC)与(DF)的交点在直线(L_3)上。这时的图形有点像倒过来的(A)型结构,(AB∶BC)还是等于(DE∶EF)的值。

  同学们,在刚才这一组变化中,图形结构虽然在发生着改变,但直线(AC)与(DF)被(L_1)、(L_2)、(L_3)这组平行线所截的线段仍然成比例,总有(AB∶BC = DE∶EF)。这就是平行线分线段成比例的推论了,也就是平行线分线段成比例在三角形中的特殊情况。

  如图,直线(DE)平行于(\triangle ABC)的一边(BC),分别交另两边(AB)、(AC)于点(D)、点(E),得到(AD∶BD = AE∶EC)。如果延长(\triangle ABC)中(AB)、(AC)两边,直线(DE)平行于(BC),分别交(AB)、(AC)的延长线于点(D)、点(E),同样可以得到(AD∶BD = AE∶EC)。用文字语言来归纳,这个推论叫做:平行于三角形一边的直线截其他两边或两边延长线,所得的对应线段成比例。

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