在小学的时候,我们就已经初步感知过了平行线与平行线。但是,更精确的关于两者的知识,我们还要等到初中在进一步探索。既然要学习相交线与平行线,那么我们就需要对两者做一个定义。
如何定义相交呢?相交就是两条直线有一个公共点,这个公共点我们名命为:交点。而平行,就是两条直线不相交。那么,相交的直线会构成那些角呢?
如图,两条直线相交形成了4个角。其中,我们认为∠1=∠2,这是我们的猜想,而猜想是需要被
证明的。证明过程如下:
∵∠4+∠2=180°(平角定义)
又∵∠3+∠2=180°(平角定义)
∴∠2=180°-∠3
∴∠4=∠3(等量代换)
我们把这样相等的角叫做对顶角,由此我们可以得出:对顶角相等。只不过要注意,虽然说对顶角是相等的,但不是所有相等的角都是对顶角。
我们还可以发现,∠2与∠4的和是一个平角,也就是180°;∠2与∠3的和也是平角,180°.我们把这样两个相加等于180°的角,就称它们俩的关系为互补。注意,互补指的是两个角的关系。三个角相加等于180°,是不能叫做互补的。
同样我们把两个相加等于90°的角,称它们的关系为互余。
观察上图,我们发现∠2+∠3=180°,∠2+∠4=180°如果将这两个式子变形,代入的话,就会得到∠3=∠4这个结论。而我们发现,∠2与∠4都是∠2的补角,由此可以得出结论:同角的补角相等。同理,我们还可以得到:同角的余角相等。
这都是在相交线中出现的角,那交线中的线段呢?观察下图,按照直觉,我们觉得线段PF应当在所有过点P到直线a的线段中,最短的线段。至于为什么,我们初中暂时没有能力解决。不过,我们可以根据这个得到这样一个结论:垂线段最短。这个垂线段指的就是图中的线段PF.
那么,过直线外一点可以做多少与已知直线垂直的直线呢?很明显,在同一平面内,只能做一条,这是直观能感受到的。
那么,如何判定两条直线是平行的呢?或者说,我们可以如何画出平行线呢?可以通过三角尺这样画:
在这个过程之中,为了保证平行,我们需要让∠AA’C’=∠ABC
依据多个这样的实际操作,我们猜测如果这两个同位角是相等的,那么两条直线是平行的。这个结论是正确的,这是一个不证自明的结论。因为数学是一种一环扣一环的逻辑链条,这种逻辑链条推到最前边的地方,就找不到前一环了。这个最前边的一环就是不证自明的,被我们称之为公理。
我们把这个不证自明的公理成为:平行线的判定定理1:同位角相等,两直线平行。这两个角称之为同位角,因为它们两个都在直线a的上方,直线c的右边。通过实际操作,得到了判定平行线的第一个理论。
如图,如果∠3=∠8,a是否平行于b呢?这个是可以证明的。
∵∠3=∠2(对顶角相等)
又∵∠3=∠8(已知)
∴∠2=∠8(等量代换)
∴a∥b(平行线的判定定理1)
而我们把这样两个角称之为内错角。因为两个角都是在直线a和b之间,但是被直线c错开了。我们可以得到平行线的判定定理2:内错角相等,两直线平行。
我们把像∠8和∠4这样的一对角,取名为同旁内角。同旁指的是同在直线c的右侧,内角指的是在直线ab之间。而如果同旁内角互补,两直线也是平行的。证明过程如下:
∵∠4+∠8=180°(已知)
又∵∠4=180°-∠2
∴∠2=∠8(等量代换)
∴a∥b(平行线的判定定理3)
我们把这个定理成为平行线的判定定理3:同旁内角互补,两直线平行。
若a∥b,那么,∠2与∠8的数量关系是怎么样的呢?通过测量, 我们可以的出相等这一答案。这个结论同样是不证自明的。但是我们不可以想当然的认为:因为同位角相等,两直线平行。所以当两直线才平行的时候,同位角就相等。就像昆虫是动物,但是动物不一定都是昆虫一样。 ∠2=∠8就是公理。
平行线的性质定理1:两直线平行,同位角相等。
如果a∥b,∠3和∠8有什么数量关系呢?我们猜测是相等的,这个猜测,是需要被证明的,证明过程如下:
∵∠3=∠2(对顶角相等)
又∵a∥b(已知)
∴∠2=∠8(两直线平行,同位角相等)
∴∠3=∠8(等量代换)
于是我们可以的得到平行线的性质定理2:两直线平行,内错角相等。
∠4和∠8的数量关系是怎么样的呢?我们猜想是互补的。此猜想也可以证明,只不过这次会有两种证明方法。因为我们已经有平行线的性质定理2与平行线的性质定理1.但是这里我就只写一种证明过程了。
∵a∥b(已知)
又∵∠3=180°-∠4(平角定义)
∴∠3=∠8(两直线平行,内错角相等)
∴180°-∠4=∠8(等量代换)
∠4+∠8=180°
我们也可以得到平行线的性质定理3:两直线平行,同旁内角互补。
这里,∠1+∠2=∠3,而这也可以用平行线证明。
过点C作DC∥AB
∵AB∥DE(已知)
∴DC∥DE(平行于同一条直线的两条直线平行)
∴∠DCF=∠3,∠BAC=∠1(平行线性质定理1)
∴∠3+∠1=∠DCF+∠BAC(等量代换)
∠3+∠1=∠ACF
诸如此类的可以解决的问题还有很多。其中,三角形的内角和语外交和同样也可以用平行线再次证明。
而未来,我们就要基于平行线研究更多的问题,最直接的就是平行四边形。而在这个时候,平行线就成为了我们的工具之一。
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