在本章的学习中,我们主要探索的是线与线之间的关系,那么在探索这一章的内容之前,我们用点线面之间的关系作为基础,因为点线面就是基本的几何图形,这不光是对于这一章的浪漫,可能对于初中和高中的整个几何都是很重要的。
那么首先就是点和点之间的关系,比如任意的两个点,有几种不同的位置关系呢?有两种,第一种就是两个点是分开的,也就是不重合的,而另外一种就是重合在一起的,这样的点事上不能说是两个点,所以这种情况我们不再考虑。那么第一种,两个点不重合的位置关系又是怎样的呢?我们想象一下,这两个点一定是在一条直线上的,而他也一定是在同一个平面里的。
那么三个点又有怎样的位置关系呢?三个点重合的情况不考虑在内,所以三个点事实上有两种情况重合除外,第一种就是三个点,在同一条直线上,这样的位置关系,我们可以叫他三点共线,而另外一种就是三个点,不在一条直线上,像这样的位置关系也就叫做三点不共线,而以上的两种情况都是三点在同一平面内的,因为三个点必定会在同一平面内。
那么任意的两条直线又会有几种不同的位置关系呢?有两种,一种就是香蕉,第二种是不香蕉,而不相交的两条直线,也就是平行线那么,哪些位置关系是比较特殊的呢?我认为在香蕉里面有一种情况会比较特殊,那就是当一条直线与另外一条直线相交时,这两条线所形成的四个角都相等,我们称这两条线垂直。
那么任意的两个平面又有几种不同的位置关系呢?除了重合之外,有两种位置关系,第一种位置关系就是这两个平面相交,因为平面是无线的,所以这两个平面会有交线,也就是这两个平面相交的地方是一条直线。而另外一种情况就是两个平面不相交,也可以说是平行。
这也就是点与点,线与线,面与面之间的位置关系。
那么接下来我们需要定义相交与平行以及垂直。
在同一平面内,两条直线的位置关系有两种,相交和平行(重合除外)
那么,首先我们如何定义两条直线是相交线呢?相交线的定义就是,两条直线交于一点,我们称这两条直线相交,而这两条直线为相交线。而平行线的定义就是在同一平面内,不相交的两条直线叫做平行线。
而在相交直线中,有一种特殊的位置关系,也就是我们刚刚说过的垂直。那么过一点可以作多少条直线与已知直线垂直呢?如果不是在同一个平面内的话,会有无数条,而在同一平面内过一点,有且只有一条直线与已知直线垂直。那么,直线外一点与直线的距离又是什么呢?当我们连接直线外一点与已知直线上的各点的所有线段中,我们可以发现,垂直于这条直线的这个线段最短,这样的线,我们就叫他垂线段,垂线段就是从直线Y一点与一条直线的垂线,这个点和垂足之间的线段叫做垂线段。连接直线外一点,与直线上各点的所有线段中,垂线段最短,我们也可以把这个,简述为垂线段最短,比如三角形中,这条垂线段就相当于三角形的高。
当我们知道了相交线与平行线的定义之后,接下来我们就要探索的就是见与见之间的关系,那么首先我们要先将几条直线相交所形成的一些角命名。
当两个直线相交的时候,会形成四个角,有一个公共顶点,并且一个角的两边分别是另一个角的反向延长线,就这样位置关系的两个角就互为对顶角。
对顶角就如上图中的角一和角二,而对顶角的性质就是他们的角度相等。
当两条直线相交,只有一条公共边,他们的另一边互为反向延长线,就这样位置关系的角互为邻补角。
就如图中的角三和角四,邻补角的性质就是邻补角互补,也就是他们的角度相加等于180度。而在相交线中,一个角的邻补角会有两个。
在上面这个图中,两条直线被第三条直线所截,像这样的我们称它为三线八角(为了方便,后面的一些证明题也会用这个图)。
在两条直线被第三条直线所形成的角中,这两个角都在两直线的同侧,并且第三条直线的同旁,具有这样位置关系的一对角叫做同位角,就比如途中的角三和角四。若两个角都在两条直线之间,并且在第三条直线的两旁,那么我们称具有这样位置关系的一对角为内错角。就如上图中的角四和角五。如果两个角都在两条直线之间,并且在第三条直线的同行,那么具有这种位置关系的一对角我们称它为同旁内角,就如上图中的角一和角四。
现在已经知道了平行线的定义,我们现在该如何判断两条直线是否平行呢?刚才我们对平行线的定义是,在同一平面内,不相交的两条直线,如果我们现在想要判断两条直线是否平行的时候,我们需要将两条直线无限延长,这样才可以确保直线上是否有交点,但是显然这个方法在有限的世界里是无法完成的,那么我们又是否能用角的关系判定两直线平行呢?
那么接下来我们将要探索平行线的判定,以及平行线的性质。
如果想要借助一个三角板和一把直尺,过直线外一点画一条直线与已知直线平行,有很多种方法。如图,我们已知直线L,现在要过点M做直线L与已知直线平行,首先我们把三角板到一个边和已知直线对齐,整体沿着一个直线方向移动,那么我们就需要一个直尺来固定,然后让三角板顺着咫尺的方向向定M平移。
在上面的两个图的平移过程中,为了确保两条直线平行,我们发现有两个角必须相等,那就是图一中的角三和角四相等,图二中的角一和角二相等。这些角的大小始终不变,对于我们判定两条直线平行会有什么启示吗?
我们发现角一和角二,角三和角四,都是同位角,那么我们是否能用同位角相等,来判定两直线平行呢?这个我们是无法证明的,但是因为大家都相信,所以这是不证自明,也就是公理,但是为了方便,我们还是把它叫做平行线判定定理1。
接下来我们就可以借助已有的观念,去探索更多。
在这个图里面,我们猜想,角1等于角8,角5等于角4(内错角相等)这样可能也能判定两条直线平行,而这个我们就可以借助同位角相等,两直线平行来证明。
在上图的推理中,我们发现每一步之间都是有很严谨的逻辑关系的,所以内错角相等,两直线平行是我们用严谨的数学逻辑推出来的,像这样可以证明的,我们把它称作为定理, 而内错角相等两直线平行就是平行线判定定理2。
那么在图中的三线八角中,我猜想若角一与角四互补(同旁内角),也能判定两直线平行。
在上图的证明过程中,我们是可以用两个证明方法的,因为我们前面已经证明了内错角相等,两直线平行,和同位角相等,两直线平行,所以我们可以根据这两个判定定理,来证明同旁内角互补两直线平行。而这也被称为平行线判定定理三。
现在平行线的判定是我们已知角的关系,然后去证明两条直线平行,那么我们是否能逆过来呢?也就是,已知两直线平行,去证明角的关系。
那么我猜想应该是可以的。
在这个图形中,我们已经知道了A平行于B,被C所截,而当我们实际测量一下,就会发现,刚刚的猜想好像与结果是符合的,那么我们接下来将严格去证明这些猜想。
角一和角五为同位角,在表格上显示,他们的度数一样,但是,现在还无法用严格的数学逻辑去证明,所以我们依然把它当作公理,也就是不正自明的。而两直线平行,同位角相等就被称为平行线的性质定理一。
那么接下来,我又猜想, 两直线平行内错角相等,而在上图中,我们发现角四和角五是相等的,角三和角六也是相等的,那么接下来我们将用严格的数学推理逻辑来证明。
根据平行线的性质一,我们可以证明,两直线平行,内错角相等,而每一步中都是有严谨的逻辑的,所以这个也被称为定理,也就是平行线的性质定理二。
接下来我猜想,两直线平行,角四和角六互补。
在上图的证明过程中,我们发现,每一步和每一步之间,也是有严谨的逻辑的,而这两个证明过程,分别适用前两个已知推出来的。而两直线平行,同旁内角互补,就被称为平行线的性质定理三。
现在我们已经通过证明,得到了平行线的判定定理,和平行线的性质定理。那么我们是否能用这些定理去证一些其他的定理呢?
却证明带有平行的两条边的图形,比如平行四边形,平行四边形的定义是,两组对边分别平行的四边形叫做平行四边形。
我猜想在上图中,角B +角C等于180度,角B等于角D。
那么上面这个证明过程与我们的猜想是相符的,所以我们就知道了一个关于平行四边形的定理。平行四边形的对角相等。
那么根据平行四边形的定理,我们可以知道他的两组对边是平行的,那么在根据我们之前证明过的平行线的性质定理三,我们可以知道,在三线八角中,同旁内角是互补的,所以平行四边形的邻角也互补。
那么我们就能猜想,并推理证明出哪些,关于三角形相关的结论呢?
这小学的时候我们经常说三角形的内角和是180度,那我们又该如何证明呢?
这个途中的证明过程,就是我想到的第一种方法,当然还有很多种方法。如下图
这是第二种方法
以上就是这章的内容。
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