平面几何问题的证明课件.pdf

第五章 平面几何问题的证明第一节 证题的一般思路证题的一般思路：试误式思路与顿误式思路试误式思路：认真审题，分清条件和结论，挖掘 所涉及的一些概念的内涵，利用丰富的联想和化归的 思想，把要解决的问题归结为已熟悉的其他证法的类 型。如果用困难，就尝试对问题的条件或结论作某些 变更，转化为某一种类型。如果转化过程中碰到障碍,缺乏某些因素，就尝试引入辅助量或作出辅助线、图 来进行沟通，纠正尝试中的错误，最后获得原问题的 证明。2020/4/12试误式思路又常分为直接式和间接式。直接式:由命题的题设出发，根据定义、公理、定理 进行一系列正面的逻辑推理，最后得出命题的证明。又有“综合法”和“分析法”之分间接式：有些命题，往往不易甚至不能直接证明。这时，不妨证明它的等效命题，间接地达到目的。这 种证题思路称为间接式。反证法、同一法就是两种典 型的间接式思路证题方法。反证法又分归谬法和穷举法；同一法。2020/4/12顿误式思路就是证题时，一下子不能马上行找到他的证明思 路，但当通过有选择地带着形象识别的眼光反复地分 析他，通过动员和组织、分离和整合题目中已知的信 息，辨认和联想题目中的各种因素时，则可以在经过 一系列的“脑风暴”之后，在某一其他因素或者其他 问题的激发下，或运用直觉想象，突然在脑子中形成 一个念头或闪现出对证题的提示，从而顿时获得简捷 而优美的证题思路。见P75例1.2020/4/12第二节 面积法与面积坐标1,面积与面积法证题张景中院士指出，抓住面积，不但能把平面几何课 程变得更容易学，而且使得几何问题求解变得更有趣 味。在求解平面几何问题的时候，根据有关几何量与涉及的有关图形面积之间的内在联系，用面积或者面 积比表示有关几何量或其比，从而把要论证的几何量 之间的关系转化为有关面积之间的关系，并通过图形 面积的等积变换对所论问题来进行求解的方法，称之 为面积法。常用公式见P84-85页.证明P85例1和例2.2020/4/122.消点思想与消点法证题（见第十章）3.面积坐标如果引入带正负号的面积（规定图形的边界走向是 逆时针方向则面积为正，走向是顺时针方向则面积为 负）就可以引入面积坐标了。在平面上任意取一个定向三角形乙AiA2A3,称为“坐 标三角形。Ai,A2,A3称为基点。对平面上任意一点M,就有了三个三角形的带号面积:Sl=SMA2A3，S2=SmA3A1，3=ZJVIA1 A2-2020/4/12把三元数组（S1,S2,S3）称为（以HAiA2A3为坐标 三角形时）点M的“面积坐标”，记为M=（S1,S2,S3）S1,S2,S3称为点M的三个“坐标分量”，且满足Sl+S2+S3=SAA1 A2A3。如果给出三者之比6263=1：风，且Mi=Sj/（Si+S2+S3）（i=1 j2,3）,则称（山：p2:阳）为M=（Si，S2$3）的齐次面积坐标。通常（pi：p2：P3）称为M的重心坐标。当S1+S2+S3=S=1时，面积坐标也就是规范重心坐标。2020/4/12由于知道了 M(S1 52,S3)的两个坐标分量(S1,S2),就 可以确定M,从而可以用(Si$2)来表示点M,或用(S1/SS2/S)称为在坐标系(A3,A3A15 AA2)乏卞M的仿射坐标，而A3称为这个仿射坐标的原点。如果|A3Ali=I A3A2 I=1,且NA1A3A2=90,则这个仿射坐标系(A3,启1，启2)叫做笛卡儿 坐标系，也就是指常用的直角坐标系。2020/4/12第三节 向量法与复数法1,向量法与向量法证题把向量作为工具来研究与求解有关数学问题的方 法称之为向量方法。向量法的特点是形数结合、运算有法可循，因此 向量法既有综合法的灵巧，又有坐标法的方便，能把 综合法与坐标法有机地结合在一起。2020/4/12用向量法证明第一节中的例1是很简捷的.见P902020/4/122,复数法与复数法证题请讲解P94例42020/4/12第四节几类问题的证明方法1,关于线段，角的相等（常见方法10种,P96）2,关于平行与垂直（常见方法7+7种，P97-98）3,关于点共线与线共点（常见方法7+60种,P99）4,关于点共圆与圆共点（常见方法7+3种,P100）2020/4/12第五节几何轨迹与尺规作图1,几何轨迹具有某种性质的点的集合称为具有这种性质的点 的轨迹。轨迹与几何图形都是点集。但是，图形是知其形（形状）而不知其性（构造规律和性质），轨迹是知 其性而不知其形。研究轨迹问题，就是要探求适合一定条件的点的 集合形成什么样的图形，使得形和性得到完美统一。2020/4/12轨迹问题的三种类型：1,命题结论中明确说明了轨迹图形的形状、位置 和大小。2,命题结论中只说出了轨迹图形的形状，但位置 和大小或者缺少，或者叙述不全。3.命题结论中只说求适合某条件的轨迹，对轨迹 图形的形状、位置和大小没有直接提供任何信息2020/4/12第一类轨迹题，是结论中明确指明了轨迹图形的 形状、位置和大小的问题，只要给予证明即可。求解步骤为：写出已知和求证，证明完备性与纯 粹性，作出结论。第二类轨迹题，结论中只给出了轨迹图形的形 状，但位置和大小或者缺少，或者叙述不全，需要进一 步探求。完全确定轨迹的位置、大小应是首先要进行 的工作。整个求解过程包括：写已知和求证，探求、证明 完备性与纯粹性，讨论等步骤。2020/4/12第三类轨迹题，是以问题形势呈现。题中没有叙 述轨迹的形状、位置和大小。这些都需要探求、有时 探求还是比较艰难的。虽然如此，但一经确定轨迹的 之后，往往证明方法就附带解决了。求解步骤与第二类轨迹题相同。轨迹的探求，一般由解析法和综合法。在综合法中、常常采用描迹法、几何变换法、条件代换法等法。题,2020/4/122,尺规作图传统的几何作图中，尺规作图是指用没有刻度的直尺和圆规两件工具，利用有限次步骤作出符合预先约定条件的图形，有时也叫欧几里得作图。几何作图三大难题1.立方倍积问题:求作一立方体，使它的体积两倍于 一已知立方体的体积.2.三等分角问题:求作一任意角的三等分角.3.化圆为方问题:求作一正方形，使它的面积等于一 已知圆的面积.园2020/4/12尺规作图公法根据尺规的功能,规定如下作图公法:1.过两已知点可作一条直线.2 已知圆心和半径可作一个圆.3.已知两直线相交,可求其交点.4.已知一直线与一圆周相交，可求其交点.5.已知两圆周相交,可求其交点.2020/4/12尺规作图的范围从中学几何知，利用直尺和圆规可以:1.二等分已知线段.2.二等分已知角.3.已知直线/和/外一点p,过p作直线垂直于1.4.任意给定自然数n,作已知线段的n倍，以 及n等分已知线段.2020/4/12作图成法，课本P104页给出了22种。作图题的分类：定位作图，活位作图。解作图题的一般步骤：1,写出已知与求作，2,进行分析，3,写出作法，4,证明，并进行讨论。2020/4/12常用的作图方法：交轨法，三角形奠基法，变换法，代数法 等。变换法又分变位法，位似法，反演法等。交轨法：利用轨迹的交点来解作图题的方法。三角形奠基法：用某个三角形为基础的作图方法。代数法：借助于代数运算来解作图题图的方 法。2020/4/12变位法：把图形中某些元素施行适当的合同变换，然后借助于各元素的新旧位置关 系发现作图的方法。位似法：利用位似变换性质解作图题的方法。反演法:对于与圆有关部门的作图题，可以利用反演变换的性质来解作图题的方法。2020/4/12问题在于除了有理点,尺规作图能否作出无理数所对应的点?2020/4/12已知线段a作线段 1OA=a,AB=l.以03为直径作圆，过A作OB的垂线交圆周于C,RtZkOAC与OBC有公 共角N COB,由此可得Z 0CA=Z ABC,从而04C ACBA,设4C=x,有 alx=x/1,X2=4,x-4a-2020/4/12已知线段?可以作出线段面,说明有些无理 点是可以作出的。但是诸如耳就无法用尺规作图，这是因为无 法作出超越数兀。有理数域。中的数可以用尺规作图，提示我 们，能否从。出发，将。一步一步扩张,并保证 扩张后得到的新数域中的数可以用尺规作图？2020/4/12尺规作图可能性准则尺规作图可能性准则的确定 几何作图的关键:确定某些点的位置.这些点是“直线与直线，直线与圆，圆与圆的交点”.直线与圆的方程都不超过二次，求直线与 或圆与圆的交点的坐标,只需要有限次的四则 运算和开平方运算.2020/4/12一个几何量能否用尺规作出，等价于它能否由 已知量经过加，减，乘，除及开平方运算求得.鉴别尺规作图可能性的准则：一线段的量数，当且仅当能由已知线段的量 数，经过有限次的加，减，乘,除及开平方运算得出 时，可用尺规作出.2020/4/12二.尺规作图问题的代数化尺规作图准则仅仅依靠欧氏几何本身是无能 为力的，需要借助代数方法才能完成。解析几 何的问世，使得几何问题转化为代数问题成为 可能。坐标平面上直线和圆可以分别用一次方程和 二次方程来表示。2020/4/12因此，判断一个作图题能否由尺规作图来完 成，可以设法转化为代数问题处理。也就是说,所求点的坐标如果能够用已知点的坐标通过加、减、乘、除和非负实数开平方求出来，那么,这个作图题就可以用尺规作图来完成。2020/4/12本章结束2020/4/12