平行线与角

文化   科学   2024-06-10 23:03   广西  

     


三角形命题告一段落,来到平行线的新系列,一开始倒是都不难,就是新名词、新概念比较多。




 


两条平行线不会有交汇的一天


平行线的第一命题,首先就是要告诉你,怎么找到两条平行线:

命题I.27

如果一条直线与另两条直线相交,所形成的内错角相等,那么这两条直线平行。


命题里出现一个新概念「内错角」,先把图画出来

命题I.27题设 ▼

内错角指的就是上图中的∠α与∠β,这里的命题I.27说的是如果∠α=∠β,那么就有直线AB与直线CD平行。

这里依然使用老办法“反证法”,假设AB与CD并不平行,那么它们就会在一侧相交(假定是右侧),由此做出辅助线:
命题I.27辅助线 ▼

假定相交发生于G点,脑海中保持一个概念,这里A、E、B、G是在同一条直线上,C、F、D、G同在另一条直线上(虽然这看上去有点儿别扭,可以看上图的两条细线,无视掉B、D点)。

这样的话∠α就是三角形EGF的GE边延长而得到的外角,根据命题I.16(任意三角形,其任意一边的延长线所形成的外角大于任意不相邻的内角。)可以得到∠α>∠β,与α=∠β出现了矛盾,因此直线AB与直线CD是不可能发生相交的,证毕

当一条直线与两条平行线相交,形成的不只是内错角,还有「同位角」跟「同旁内角」:

命题I.28

一条直线与两条直线相交,如果所形成的同位角相等,那么这两条直线是平行线;如果同旁内角互补,两条直线也平行。

命题I.28题设 ▼

在这里α与∠β是同位角、β∠γ是同旁内角,需要证明的是当α=∠β、或者说β∠γ互补(也就是2个直角)的时候,就说明直线AB与直线CD平行。

辅助线只需要标注出一个α的对顶角(∠δ
命题I.28辅助线 ▼

  • 根据命题I.15(两条直线相交,对顶角相等。),就有α=δ
  • 因为α=∠β,于是δ=β,而δ与∠β是内错角,根据命题I.28,得出直线AB与直线CD平行
  • 忘记掉上面α=∠β的题设,而只考虑β与∠γ互补

  • 根据命题I.13(两条直线相交,邻角是两个直角或者相加等于180°。),δ∠γ也互补
  • 同样得出δ=∠β,因为它们互为内错角,因此得出直线AB与直线CD平行,证毕

下面对前面两个命题来一个反命题的总结:

命题I.29

一条直线与两条平行线相交,所形成的内错角相等,同位角相等,同旁内角互补。

命题I.29题设 ▼

大家对内错角、同位角、同旁内角的概念都很熟悉了,咱们总结进入证明环节,这里继续发挥反证法,假设α≠∠β,就让α>∠β吧
  • 不等式两边都加上∠δ,于是得到 α+δ>∠β+δ
  • 根据命题I.13,α+∠δ=两个直角,因此∠β+δ<两个直角
  • 又基于公设I.15(同平面内一条直线和另外两条直线相交,若在直线同侧的两个内角之和小于180°,则这两条直线经无限延长后在这一侧一定相交。),得出AB与CD必定相交,与题设的平行发生了矛盾,因此假设不成立,α=∠β
  • 再根据命题I.15,α=∠γ,于是γ=∠β,于是同位角相等也证明了
  • 最后,因为γ+∠δ=∠β+∠δ,而γ与∠δ互补,因此∠β与∠δ也互补,证毕

来到今天的最后一道命题:

命题I.30

平行于同一直线的两条直线相互平行。

命题I.30题设 ▼

根据题设:AB平行于EF、CD也平行于EF,需要证明AB平行于CD。
命题I.30辅助线 ▼

命题I.30的证明完全就是对命题I.29的应用:
  • AB平行于EF,因此内错角相等:α=∠β
  • 又CD平行于EF,因此同位角相等:∠β=∠γ
  • 于是根据公理I.1(等于同量的量彼此相等),α=γ
  • 再根据命题I.27,得到AB与CD平行,证毕



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陈勇
上下千年时空历史地图、生动有趣的博物馆导览、新奇好玩的历史书籍推荐,最后,无聊的时候还能刷刷历史剧、说一说历史游戏。
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