基于面积的作图(一)

文化   科学   2024-07-15 23:03   广东  

     


《几何原本》读多了就发现,被证明过的结论总是会被欧几里得运用到新的作图方式上,接下来的数个命题就是一个阶段性作图方式的大复习,强度会略微有点儿大,因此拆分成了2篇。




 


新作图法get√


作图是几何最有意思的地方之一,往往看上去好像毫无关联的几个图形,通过一把直尺、一个圆规,绘制上数条辅助线,居然就发生了神奇的连接:

命题I.42

可以建一个平行四边形使其面积等于一个给定角的给定三角形的面积。

命题I.42 ▼

命题I.42的已知信息可以说是超级无敌少,就给了一个∠α,一个三角形ABC,要求画一个跟三角形ABC面积一样的平行四边形出来,并且这个平行四边形还得有一个内角跟∠α角度一致。下面先来拆解一下作图过程:

1、根据命题I.10(一条线段可以被分成两条相等的线段)定位到BC的中点E:

得到BC中点 ▼

2、再基于命题I.23(给定一条直线和一个其上的点,可以作一个角等于已知角),BC就是那条给定的直线,E是直线上的一个点,咱们可以作出来一个与∠α相等的∠β

作∠β=∠α ▼

3、然后借助命题I.31(通过直线外一点可以作一条直线的平行线)画出来过A点的BC平行线、同时过C作EF的平行线:

作过点的平行线 ▼

4、最后把各种线段都延长一下:

延长线段得到平行四边形 ▼

咱们说新得到的EHIC就是那个与三角形ABC面积相等的平行四边形:

平行四边形EHIC ▼

为了证明,再画多一条辅助线AE:

命题I.42辅助线 ▼

  • 这里BE=EC,根据命题I.38(等底等高的三角形面积相等)有面积关系:ABE=ACE
  • 再根据命题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)得到面积关系:EHIC=2*ACE
  • 于是就得到ABC=EHIC证毕

跟命题I.42比起来,命题I.43要轻松一些:

命题I.43

在任何平行四边形中,对角线上两边的平行四边形的补形面积相等。

这里需要先说明一下「补形」的概念,像是下面的平行四边形ABCD

命题I.43 ▼

连接对角线AC,然后在AC上随意取一个点K,根据命题I.31过K点作BC的平行线、以及AB的平行线:

命题I.43 ▼

这里EBGKAEKH的补形、HKFDKGCF补形,要证明的是EBGKHKFD面积相等:
  • 首先根据命题I.34(平行四边形中,对角线平分该四边形)有面积关系:ABC=CDA
  • 同理,AEK=KHAKGC=CFK
  • ABC=AEK+EBGK+KGCCDA=KHA+HKFD+CFK
  • 因此EBGK=HKFD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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