在解决有关几何图形的问题时,非常重要的思路就是发现整体与局部的关系。这一讲我们通过一组线段分割三角形的问题说明这一思路。 问题:如图1,D是任意一个三角形ABC的AB边上的中点,E是BC边上的中点。连接CD和AE两条线段,将三角形ABC分为了四个部分。如果假设三角形ABC的面积为1,那么这四个部分的面积分别是多少? 显然要想直接孤立地求出每一个部分的面积是不可能的,必须把各个部分联系起来进行观察。 ACD、CDB、ACE和AEB。由于三角形AEB和 和AOD的面积相等。这时的关键问题在于建立四边形ODBE与这两个三 角形之间的关系,我们可以连接OB画出一条辅助线,如图2: 利用“等底等高的三角形面积相等”这一结论立刻知道三角形AOD和OBD面积相等,三角形OCE和OEB面积相等。又由于三角形OCE和AOD面积相等,所以AOD、OBD、OEB和OCE这四个三角形面积相等,而且 分别为: 四边形ODBE的面积为: 进而就可以求出三角形ACO的面积为: 至此四个部分的面积就都求出来了。 通过解决这个问题可以发现,为了找到局部与整体之间的关系,往往需要先发现局部与局部之间的关系。另外,解题中我们用到了一个重要结论,就是“等底等高的三角形面积相等”,这个结论我们后面还要经常用到。我们还可以把这个结论稍微推广一点,就是“如果两个三角形的高相等,那么面积之间的比例关系与底边之间的比例关系是相同的”。 问题 如图3,D是任意一个三角形ABC的AB边上的中点,E和F两点将BC边平均分为三段。连接CD、AE和AF三条线段,将三角形ABC分为了六个部分。如果假设三角形ABC的面积为1,那么这六个部分的面积分别是多少? 根据前面的结论不难发现,三角形AMD与MBD的面积相等,三角形CMF的面积是三角形MFB面积的2倍。如果设三角形AMD的面积为a,三角形FMB的面积为b,就有: 解方程组就可以得到:
而且还知道三角形ACM的面积为: 三角形CMF的面积为: 下面把三角形ACF看成一个整体,就与前面的第一题类似了,不同之处在于此时的M点并不是AF边上的中点,但是利用前面的结论可以知道AM 用与前面同样的方法,连接辅助线OF,如图5: 三角形OEF的面积为b,则三角形COE的面积也是b,我们又可以列出两个方程:
从而三角形ACO的面积就是:
通过以上问题的启发,我们发现其实整体与局部是相对的,一个“局部”有时需要把他看作“整体”。所谓复杂的问题,往往就是若干个简单问题复合而成的。根据前面问题的启发,我们还可以编出更为复杂的问题,并且去解决他。 问题 如图6,D、E分别是任意一个三角形ABC的AB边上的三等分点,G和F两点分别是BC边上的三等分点。连接CD、CE、AF和AG四条线段,将三角形ABC分为了九个部分。如果假设三角形ABC的面积为1,那么这九个部分的面积分别是多少? 与前面方法类似,首先连接辅助线NB,如图7。 假设三角形NEB的面积为a,三角形NBG的面积为b,则有三角形AEN的面积为2a,三角形CNG的面积为2b。而且可以列出下列方程组:
从而三角形CAN的面积为: 以下只需要把三角形ACG看作“整体”,连接辅助线MG,就可以继续重复上述过程,逐步求出每一部分的面积,答案如图8。 请同学们不厌其烦地、独立地完成本题的全部解答。 正当本文即将完稿时,由中国数学会普及工作委员会举办的“99我爱数学少年夏令营”在北京举行,其中“数学竞赛试卷”上第11题,也是本次竞赛得分较低的一道题,就属于本文论述的类型: 问题 在图9中,AE∶EC=1∶2,CD∶DB=1∶4,BF∶FA=1∶3,△ABC的面积S=1,那么四边形AFHG的面积SAFHG____。 本题的关键显然是设法分别求出两个三角形BFH和AEG的面积,为了使问题得到简化,我们先去掉一条线段AD,图形变为如图10。 然后添加辅助线AH,如图11。 这时设三角形BFH的面积为a,则三角形AHF的面积为3a,三角形
用同样方法去掉线段FC,并添加辅助线GC,如图12。
事实上本题图中的七个部分的面积都可以求出来。本题中用到的通过去掉一条线段简化图形的方法,在后面关于四边形的讨论中还要用到。 |