运用面积与等积变换解题初探

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  面积与等积变换,主要是利用面积公式或等积变换求解或证明有关面积、面积比、面积恒等式,以及有关线段长、线段比等几何问题,是数学解题的重要方法,也是研究几何学的有力的工具,在平面几何问题中,虽然没有直接涉及面积,然而灵活运用面积与等积变换解决问题,往往会出奇制胜,事半功倍.
  一、若把给定的图形分成若干部分,则被分成的各部分面积之和等于给定图形的面积
  (一)等量关系的证明
  例1:求证:等腰三角形底边上任一点到两腰的距离之和等于一腰上的高线.
  解析:如图(1),连接AD,
  则S△ABD S△ADC=S△ABC
  即■AB·ED ■AC·FD=■AC·BH
  ∵AB=AC
  ∴ED DF=BH
  (1)
  例2:求证:正三角形内任一点到三边的距离之和等于一边上的高线.
  (2)
  解析:如图(2),
  连接AO,BO,CO,
  则S△ABO S△BCO S△ACO=S△ABC
  即■AB·OD ■BC·OE ■AC·OF=■AC·BH
  ∵AB=AC=BC
  ∴OD OE OF=BH
  以上两题都是通过添加辅助线,得到几个分图形,而这几个分图形的面积之和等于总面积,然后利用三角形面积公式很容易得到命题的结论.
  (二)不等量关系的证明
  例3:边长为K的正△PQR,分别在各边上取QL=a,LR=b,RM=c,MP=d,PN=e,NQ=f,求证:bc de fa  解析:如图(3),连接NL,LM,MN,则:S△LRM S△MPN S△NLM=S△PQR
  即:■bcsin60° ■desin60° ■fasin60°<■K■sin60°
  ∴bc de fa  (3)
  二、利用等底等高的两个三角形面积相等来转化命题结论形式
  例4:已知梯形ABCD,AD=1cm,BC=4cm,且对角线AC⊥BD,AC=3cm,BD=4cm,求梯形ABCD的面积.
  解析:如图(4),过点D作AC的平行线交BC的延长线于E
  ∵AD=CE(平行四边形对边相等)
  B到AD的距离与D到CE的距离相等(平行线间的距离相等),则S△ABD=S△DCE
  故S梯形ABCD=S△DBE
  ∵3■ 4■=5■即BD■ DE■=BE■
  ∴△DBE为直角三角形
  S梯形ABCD=S△DBE=■×3×4=6cm■
  (4)
  此题利用等底等高的△ABD和△DCE面积相等,巧妙地把梯形ABCD转化为Rt△DBE,进而利用直角三角形面积公式求得结果.
  三、利用两个等底的三角形面积之比等于它们的高之比,两个等高的三角形面积之比等于它们的底之比来证题
  例5:如图(5),△ABC的各边AB,BC,CA上取AD、BE、CF各等于边的■,求证:S△DEF=■S△ABC.
  解析:连接AE,
  ∵△BED与△ABE同高,且BD=■AB,
  ∴S△BDE=■S△ABE,
  又∵△ABE与△ABC同高,且BE=■BC,
  ∴S△BDE=■×■SABC=■S△ABC
  同理:S△ADF=■S△ABC,S△CEF=■S△ABC,
  (5)
  S△BDE S△ADF S△CEF=■S△ABC
  S△DEF=■S△ABC
  四、利用相似三角形面积之比等于相似比的平方解题
  例6:如图(6),已知梯形ABCD,AD//BC,对角线BD和AC交于点E,S△AED=a■,S△BEC=b■,求:S梯形ABCD
  解析:过点A作AH⊥BD于H,
  则AH就是△ABE与△AFD的公共高,
  ∴■=■,
  ∵△BEC相似于△AED
  (6)
  ∴■=■=b/a
  ∴S△ABE=ab
  同理:S△DEC=ab
  ∴S梯形ABCD=a■ b■ ab ab=(a b)■
  以上列举了面积与等积变换在解题过程中几种方法,可见,巧妙运用这几种方法,可以转化命题的结论形式,使命题求解过程简单化.
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