师:通过上节课的学习,我们对平行四边形的性质有了更多了解。这节课,我们继续探索平行四边形。希望通过本节课学习,大家能有以下收获:一是通过观察、猜想、验证、证明的知识生成过程,掌握平行四边形对角线的性质;二是从数学角度运用所学知识,寻求解决现实问题的方法和策略,能综合应用平行四边形的性质进行简单的计算和推理;三是通过性质的证明和问题的解决,进一步体会把平行四边形问题转化为三角形问题来解决的思想方法;四是通过一题多变体会变中有定,分析本质,解决问题后及时反思提炼,形成有用的经验。
这里有个例子,王老先生经过一辈子辛勤劳动,晚年拥有了一块平行四边形的土地。他将这块地以其中一条对角线为边界,分成两个三角形,分别用来养鸡和养鸭。大家想想,这两个三角形全等吗?我们常常把平行四边形的问题转化为三角形的问题来解决。上节课,我们就用一对全等三角形得到了平行四边形边角方面的特殊性质。哪位同学回忆一下,上节课都学到了哪些知识呀?
生:首先是平行四边形的定义,两组对边分别平行的四边形叫做平行四边形,定义既是性质又是判定。如图,当我们知道四边形ABCD是平行四边形,由定义就能得到它的两组对边,AB平行CD,AD平行BC。反过来,若知道一个四边形的两组对边分别平行,由定义就能得到这个四边形是平行四边形。
生:性质一,平行四边形的对边相等。当知道四边形ABCD是平行四边形,就能得到它的两组对边,AB = CD,AD = BC。
生:性质二,平行四边形的对角相等。几何语言为,因为四边形ABCD是平行四边形,所以∠A = ∠C,∠B = ∠D。和研究三角形的性质一样,研究平行四边形的性质时,我们从数量和位置关系两方面入手。除此之外,上节课我们还学习了平行线间的平行线段相等、平行线间的距离处处相等等相关结论。
师:非常好。王老先生年迈体弱,打算将这块地分给自己的四个孩子,他是这样分的。(展示分地方式)当四个孩子看到时,争论不休,都认为自己分得的地少。王老先生觉得很为难,聪明的同学,你能帮帮他吗?要解决这个问题,难点在于大哥和二哥的土地面积到底相不相等。大哥的三角形土地,若把OC看成底,点D到AC的距离DE就是高,面积就是二者乘积的一半。二哥的三角形土地,若把OA看成底,高也是DE,面积也是二者乘积的一半。这两块地的面积是否相等,完全取决于OC与OA的数量关系。OC与OA合起来不就是平行四边形ABCD的对角线AC吗?我们先来研究平行四边形的对角线有什么特点,再来帮忙也不迟。
师:先做一个平行四边形ABCD,连接AC与BD,交点记为O。类比前面研究平行四边形的边角性质,我们仍然从位置和数量的角度来思考。位置上,对角线AC与BD相交吗?垂直吗?数量上,对角线AC与BD相等吗?还有别的特点吗?大家有想法了吗?
生:这里OA与OC,OB与OD看起来都相等。如果这个想法正确,点O既是AC的中点,又是BD的中点,也就是说对角线AC把BD平分了,BD也把AC平分了,我们就称它们互相平分。于是我们得到猜想,平行四边形对角线互相平分。
师:很好,同学们请用测量的方法初步验证你的猜想,测量的结果是怎样的?我们再用软件来动态地验证一下。先做出线段AB、AD作为平行四边形的两边,过点B作AD的平行线,再过点D作AB的平行线,交点为C,这样就得到了平行四边形ABCD。要看对角线AC与BD是否垂直,我们来量一下∠AOD,它不是直角。再看对角线是否相等,也不相等。最后来验证对角线是否互相平分,度量出线段OA、OC、OB、OD的长度,并绘制成表格。大家看这个平行四边形的对角线互相平分吗?我们让这个平行四边形动起来验证更多的情况。要说明一个命题是假命题,举出一个反例即可,而要说明一个命题是真命题,就算是电脑实验也不能把无穷无尽的图形都验证完,需要理论证明。大家能证明这个猜想是真命题吗?我们要先分析命题的条件和结论,再画出相应的图形并改写已知、求证。这个命题的条件和结论分别是什么?
生:这个命题的已知条件是有一个平行四边形,要证的是它的两条对角线互相平分。
师:非常好。我们画出图形,已知如图,四边形ABCD是平行四边形,对角线AC、BD相交于点O,要证对角线互相平分,也就是要证OA = OC,OB = OD。怎么证明呢?想证线段相等,我们可以证线段所在的三角形全等,从而把解决四边形的问题转化为解决三角形的问题。图中有几对全等三角形啊?
生:共有4对,分别是△ABD与△CDB、△ABC与△CDA、△COD与△AOB、△AOD与△COB。
师:要证明OA = OC,OB = OD,你会选择什么?方案3和方案4都可以,只要能证出方案三或方案四中的任何一对三角形全等,都能通过全等三角形的对应边相等证得结论。我们以方案3为例来证△COD与△AOB全等。要证三角形全等,首先要有边的条件,而由平行四边形的性质,我们不难得到AB = CD。有了边再来找角,因为平行四边形的对边AB与CD平行,所以内错角∠1 = ∠2,∠3 = ∠4,这样我们就能用角边角来证明这两个三角形全等。当然如果你用了对顶角相等作为已知条件来证全等,依据就是角角边。同学们,思路也是这样的吗?来写出证明过程。
生:先由平行四边形的定义和性质得到AB与CD的数量关系和位置关系。平行四边形ABCD中,CD = AB,CD∥AB,再由平行得到内错角相等。所以∠1 = ∠2,∠3 = ∠4。我们用角边角来证全等。在△OCD与△OAB中,∠1 = ∠2,CD = AB,∠3 = ∠4,所以△OCD≌△OAB。最后由全等三角形的对应边相等得,OA = OC,OB = OD。
师:猜想被证明了,我们又得到了一条平行四边形对角线方面的性质:平行四边形的对角线互相平分。如图,当我们知道四边形ABCD是平行四边形,就可以得到OA = OC,OB = OD的结论。王老先生还在等我们帮忙呢,大家想好怎么解释了吗?
生:大哥和三弟分得的地全等,面积自然相等。二哥和四弟分得的地也全等,没什么好争的。前面已经分析到大哥的△COD的面积等于$\frac{1}{2}$OC×DE,二哥的△AOD的面积等于$\frac{1}{2}$OA×DE。由平行四边形的对角线互相平分,我们可得OA = OC。所以大哥二哥分得的土地面积也相等,四兄弟分得的土地面积都相等,确实没什么好吵的。
生:老师,我们之前不是学过三角形的中线平分三角形面积的吗?平行四边形的对角线互相平分,那么图中DO不就是△ACD的中线吗?△COD的面积就等于△AOD的面积。同样的道理,△ABD的中线是AO,△ABC中线是BO,△BCD的中线则是CO。所以兄弟四个分得的土地面积相等。
