当把多边形放置在同样的底边上发现了什么

文化   科学   2024-07-08 23:03   广东  

     


现在欧几里得手里有了面积的工具,不免就会开始思考能干点儿啥,既然在平行线基础上能推断面积相等、那反过来,是不是面积相等情况下也能推断线平行?




 


逆向思考的胜利


延续命题I.37(同底等高的三角形面积相等)的思考,但是我们直接连接了三角形的两个顶点,直接就认为连线与底边平行,那是因为题设中明确提到了三角形登高,那如果反过来,三角形同底、面积相等,是不是也能得出它们登高、即顶点连线与底边平行呢?

命题I.39

有共同底边位于同侧面积相等的三角形的另两点的连线平行于底边。

命题I.39 ▼

在上图中三角形ABC三角形DBC有共同的底边BC、并且它们的面积相等(至于说它们的高度,并不知道是不是相等),AD是两个三角形顶点的连线,现在需要证明的是ADBC平行。

这里我们回到好久没用的反证法,在线段BD上随手一点、点出来一个E,并连接AE、EC,既然在反证法的前提下AD并不与BC平行,那就假设与BC平行的是AE:
命题I.39辅助线 ▼

  • AE平行于BC,换句话说就是三角形ABC三角形EBC等高
  • 根据命题I.37(同底等高的三角形面积相等),就有三角形ABC三角形EBC面积相等
  • 三角形EBC积小于三角形DBC,根据题设,三角形ABC三角形DBC面积相等,这就发生了矛盾
  • 同样的方法,假设三角形DBC更高,在AC上取点,我们也可以得出同样的矛盾结论,因此过三角形任意顶点与底边平行的线只能是两个三角形顶点的连线,证毕

特殊情况「同底」证明了,接下来放宽到「等底」的情况下:

命题I.40

等底并在同一边的面积相等的三角形,顶点的连线与底边平行。

命题I.40 ▼

在命题I.40中面积相等的三角形ABC三角形EBC不再共享底边,取而代之的是底边长度相等(BC=CE),需要证明的是顶点连线AD与底边BE平行。虽然题设略有改变,但证明手法其实跟命题I.39并没有太大差异,可以看见一样理念的辅助线作法:
命题I.40辅助线 ▼

这里就不再重复一遍证明过程了,大家可以自行完成推演,下面直接来看命题I.41:

命题I.41

如果一个平行四边形与一个三角形同底边,并于同一顶点连线平行于底边,那么,平行四边形的面积是三角形的两倍。

命题I.41 ▼

终于不再是面积相等的关系了,根据题设,平行四边形ABCD三角形FBC有共同的底边BC,并且它们的顶点A、D、F在共同的直线AF上,而这条直线AF又与底边BC平行,现在需要证明ABCD面积是FBC的2倍。
命题I.41辅助线 ▼

这里我们随手把ABCD的对角线一连,得到了新的三角形ABC
  • 根据命题I.37,有面积关系:ABC=FBC
  • 再根据命题I.34(平行四边形中,对角线平分该四边形),ABCABCD面积的一半,于是FBC也是ABCD面积的一半,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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