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【中图分类号】G623.5 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)13-0266-02
“对称”概念的提出源于自然。许多动、植物的长相是对称的,自然界里的对称现象给人以美的感觉。对称性也是数学美的重要特征。在数学历史的发展过程中,由对称性因素和对称美的考虑而引出的新概念和新理论不胜枚举。各种逆运算的建立,一系列数域的扩张均与对称性因素密切相关。由常量到变量,由确定性到随机性,由有限到无限,由精确到模糊等等,无不显示了对称性因素在数学发展中的重要作用。
几何与代数中均存在对称性问题。本文单从平面几何方面进行说明。平面几何中的对称主要是中心对称和轴对称。
(一)、中心对称任一对对应点的连线段过对称中心,且被中心平分。
轴对称任一对对应点的连线段被对称轴垂直平分。
常见的轴对称图形是:等腰三角形、等腰梯形、矩形、菱形、正多边形和圆等。轴对称和中心对称图形均是全等形。且在轴对称下,两对应直线或交于对稱轴上的同一点或平行于对称轴;在中心对称下,两对应线段平行且相等。
(二)、对称性的应用。
1、看对称,找结论。
数学上,许多结论和方法的获得均是有规律可循的,不少几何题目,如果从对称的角度去观察、分析,很容易找到答案。
例1、在△AOB的OA边上取P和S两点,再在OB边上取Q和T两点,使OQ=OP,OT=OS,PT和QS相交于X,找出图中相等的线段和角度,再求证OX平分∠AOB。
分析:考虑到本题的图形关于∠AOB的平分线对称这一事实,不难发现有关相等的线段和角度, 从而很易获证。
例2、如图,把⊙O的弦AB向两方延长且取AC=BD,过C和D在CD的同旁作圆的切线CE和DF,求证:CD=DF。
分析:图形关于AB(或CD)
的垂直平分线对称。并有CB=DA,
从而易证CE=DF。且明显看出图中相等的线段和相等的角。
2、用对称,找思路。
在处理几何问题时,充分利用图形的对称性,往往有助于找到思路。
例3、△ABC中,AB=AC,AD是BC边上的中线,AB的垂直平分线交AD于O,∠B的平分线交AD于I;(1)观察O和I两点的特性;(2)求证:OA=OB=OC;(3)求证:I到BC,CA和AB的距离相等;(4)如果O和I重合,△ABC有什么特点?
分析:这里AO与BO关于AB的垂直平分线对称,如果由I作IK⊥AB,交AB于K,则ID和IK关于BI对称,图形关于AD对称,如果O和I重合,则图形同时关于BI所在直线对称,结论自明!
例4、如图,过菱形ABCD的顶点A作AG,交对角线和边及其延长线于E、F、G。求证:EC2=EF·EG。
分析:利用菱形的对称性(关于对角线对称) 易知∠1=∠2=∠3,故△ECF∽△EGC,∴EFEC=ECEG,即EC2=EF·EG。
3、想对称,添辅助线。
几何证题中,困难较大的多半是添置辅助线的问题,辅助线一经作出,问题就迎刃而解。但怎样作辅助线呢?利用对称往往可启发我们的思路。
例5、过⊙O的弦 BC之中点A,作二弦 PQ、RS,连PS、RQ交BC于M、N,求证:AM=AN。
证明:如图,作对称轴T(AO),S→S′,由圆的对称性知: AS=AS′,∠1=∠2。
点P,S,Q,R共圆
∴∠3=∠4
∵四点R,S,S′,Q共圆
∴∠6+∠7=180°
由∠6=∠1=∠2
∴∠2+∠7=180°,从而A,S′,Q,N共圆,∠5=∠4=∠3,即∠5=∠3,∴△AMS≌△ANS′,即AM=AN。
例6、如图,△ABC中,AB=3AC,∠1=∠2,BE⊥AE,BC与AE交于D点,求证:AD=DE。
分析:由角平分线和垂线应联想起AB关于AE的对称形,即延长BE交AC的延长线于B′,有BE=B′E,AB′=3AC,要证AD=DE,设法用全等三角形,故取AB中点F,连接EF,交BC于K,有EF∥AB′,K为BC中点,KE=B′C=AC,易证△ACD≌△EKD,从而AD=DE。另外,本题也可仅用重心结论,由FK=KE,K为△ABE的重心,故BD是△ABE的AE边上的中线,∴D为AE的中点。本题还可取B′C的中点P,连结EP,在△BB′C中可知EP∥BC,在△AEP中,由CD∥EP,AC=CP,可知D为AE中点。
“对称”概念的提出源于自然。许多动、植物的长相是对称的,自然界里的对称现象给人以美的感觉。对称性也是数学美的重要特征。在数学历史的发展过程中,由对称性因素和对称美的考虑而引出的新概念和新理论不胜枚举。各种逆运算的建立,一系列数域的扩张均与对称性因素密切相关。由常量到变量,由确定性到随机性,由有限到无限,由精确到模糊等等,无不显示了对称性因素在数学发展中的重要作用。
几何与代数中均存在对称性问题。本文单从平面几何方面进行说明。平面几何中的对称主要是中心对称和轴对称。
(一)、中心对称任一对对应点的连线段过对称中心,且被中心平分。
轴对称任一对对应点的连线段被对称轴垂直平分。
常见的轴对称图形是:等腰三角形、等腰梯形、矩形、菱形、正多边形和圆等。轴对称和中心对称图形均是全等形。且在轴对称下,两对应直线或交于对稱轴上的同一点或平行于对称轴;在中心对称下,两对应线段平行且相等。
(二)、对称性的应用。
1、看对称,找结论。
数学上,许多结论和方法的获得均是有规律可循的,不少几何题目,如果从对称的角度去观察、分析,很容易找到答案。
例1、在△AOB的OA边上取P和S两点,再在OB边上取Q和T两点,使OQ=OP,OT=OS,PT和QS相交于X,找出图中相等的线段和角度,再求证OX平分∠AOB。
分析:考虑到本题的图形关于∠AOB的平分线对称这一事实,不难发现有关相等的线段和角度, 从而很易获证。
例2、如图,把⊙O的弦AB向两方延长且取AC=BD,过C和D在CD的同旁作圆的切线CE和DF,求证:CD=DF。
分析:图形关于AB(或CD)
的垂直平分线对称。并有CB=DA,
从而易证CE=DF。且明显看出图中相等的线段和相等的角。
2、用对称,找思路。
在处理几何问题时,充分利用图形的对称性,往往有助于找到思路。
例3、△ABC中,AB=AC,AD是BC边上的中线,AB的垂直平分线交AD于O,∠B的平分线交AD于I;(1)观察O和I两点的特性;(2)求证:OA=OB=OC;(3)求证:I到BC,CA和AB的距离相等;(4)如果O和I重合,△ABC有什么特点?
分析:这里AO与BO关于AB的垂直平分线对称,如果由I作IK⊥AB,交AB于K,则ID和IK关于BI对称,图形关于AD对称,如果O和I重合,则图形同时关于BI所在直线对称,结论自明!
例4、如图,过菱形ABCD的顶点A作AG,交对角线和边及其延长线于E、F、G。求证:EC2=EF·EG。
分析:利用菱形的对称性(关于对角线对称) 易知∠1=∠2=∠3,故△ECF∽△EGC,∴EFEC=ECEG,即EC2=EF·EG。
3、想对称,添辅助线。
几何证题中,困难较大的多半是添置辅助线的问题,辅助线一经作出,问题就迎刃而解。但怎样作辅助线呢?利用对称往往可启发我们的思路。
例5、过⊙O的弦 BC之中点A,作二弦 PQ、RS,连PS、RQ交BC于M、N,求证:AM=AN。
证明:如图,作对称轴T(AO),S→S′,由圆的对称性知: AS=AS′,∠1=∠2。
点P,S,Q,R共圆
∴∠3=∠4
∵四点R,S,S′,Q共圆
∴∠6+∠7=180°
由∠6=∠1=∠2
∴∠2+∠7=180°,从而A,S′,Q,N共圆,∠5=∠4=∠3,即∠5=∠3,∴△AMS≌△ANS′,即AM=AN。
例6、如图,△ABC中,AB=3AC,∠1=∠2,BE⊥AE,BC与AE交于D点,求证:AD=DE。
分析:由角平分线和垂线应联想起AB关于AE的对称形,即延长BE交AC的延长线于B′,有BE=B′E,AB′=3AC,要证AD=DE,设法用全等三角形,故取AB中点F,连接EF,交BC于K,有EF∥AB′,K为BC中点,KE=B′C=AC,易证△ACD≌△EKD,从而AD=DE。另外,本题也可仅用重心结论,由FK=KE,K为△ABE的重心,故BD是△ABE的AE边上的中线,∴D为AE的中点。本题还可取B′C的中点P,连结EP,在△BB′C中可知EP∥BC,在△AEP中,由CD∥EP,AC=CP,可知D为AE中点。