皮蛋老师 |用无穷思想来证明“三角形中线相交于一点G”,且G点把中线长度切分为2:1

文摘   2024-11-03 11:20   湖南  


     1.


     三角形中线相交于一点G(或O,whatever),有许多证明方法,中学课本或是一些教辅书上的证明方法都是“基于证明第三条线也是中线”,然后证明出三条中线相交于一点。

   我今天尝试另一个方法(基于无穷的思想)来证明“三角形中线相交于一点G”,这个方法,在我看来,更直观,更简单,也更美妙。 

    并不是突然心血来潮想起来要证明这个问题。

    今天早上重看(上一次只是看了一半,而且也只是看)保罗.洛克哈特(Paul Lockhart)的《度量》(Measurement)。 在书的一开始“论数学问题”这一节中,他给读者留下的一个问题就是:“因此,我要把三角形的三条中线相交的问题留给能干的你。”

    我知道三条中线相交的问题在中学课本中有详细的证明,各种教辅书上也有好些种方法证明这个问题,但我想尝试不一样的方法。


    2.


    一开始并没有什么思路,只是把洛克哈特已画的图,照样在一张白纸上画了出来 - 把三个中位线画了出来在中间形成了一个三角形,然后出现了4个三角形。 太明显了:这4个小三角形是全等的,很容易看出来它们的三边相等,形成的几个四边形显然也是平行四边形。

    我试着继续在最中间的三角中继续重复上面的运作,发现这一次中间的三角形,一眼就可以看出它是母三角形的缩小版(其实第一次的中间的三角形也是母三角形的缩小版,只是倒立过来)。

    3.


    如果不断地重复,每一次中间的三角形的面积都是上一级三角形面积的1/4, 偶数次时,相近中间的三角形面积比则是1/16。

    每一次中线被相应的中位线切割成相等的2部分,也就是中间三角形的中线为上一级三角形中经的1/2,偶数次时,相近中间的三角形中线长度 比则是1/4。


    4.


    A1是EG的中点,B1是EF的中点,C1是FG的中点。显然地,AA1F在一条线上,又显然地,A1F1F在一条线上,那么:AA1F1F是一条直线。 

    同理:BB1G1G也是一条直线,CC1E1E也是一条直线。


    5.

    

    不断重复,偶数次中间的三角形以面积1/16不断地缩小,而偶数次三角形的顶点以1/2+1/8+1/32+1/128+1/512+...级数和远离母三角形的顶点.


    6.

   

       An及Fn沿着直线AF双向奔赴,不断靠近,无穷次后,终于合在一起成为一个点A(f)。

       Bn及Gn沿着直线BG双向奔赴,不断靠近,无穷次后,终于合在一起成为一个点B(g)。

       Cn及En沿着直线CE双向奔赴,不断靠近,无穷次后,终于合在一起成为一个点C(e)。

       关键一点,这三对奔赴的“相对速度”是一样的,而且因为不断缩小的三角形都与母三角形相似(正成比地缩小)。


    7. 

       

       三角形无穷缩小,最后会缩成一个点(这个结论是自己凭直觉得出来的,需要另外证明)。显然点A(f)、B(g)、C(e)这三个点始终必在三角形内,当三角形最终缩成一个点时,A(f)、B(g)、C(e)这三个点也必然在这个点内,即这4个点是重合的,也即 A(f)、B(g)、C(e)是重合的,也即这三个点相交于一点。


    8. 


       顶点到中线交点距离为: 1/2+1/8+1/32+1/128+1/512+... = 2/3

    

    9.


       证毕。


   


            

    

    好了。


 


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