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《中学数学杂志》2017年第8期刊登了安徽华兴恒老师《三角形内外角关系的拓展与证明》(以下简称文[1]),笔者在认真研读期刊时,想到了更一般性的结论,并拓展到二次平分∠ABC、∠ACB、四次平分∠ABC、∠ACB……在此整理成文,供读者参考.
图1图2图3图4为使读者能清楚本文结论的一般性,先简要介绍文[1]中的结论:(1)如图1,OB,OC是角平分线,有∠O=90° 12∠A;(2)如图2,OB平分∠DBC,OC平分∠ECB,有∠O=90°-12∠A;(3)如图3,OB平分∠ABC,OC平分∠ACD,有∠O=12∠A;(4)如图4,DB、EB、DC、EC三等分∠ABC和∠ACB,有∠D=23×180° 13∠A,∠E=13×180° 23∠A.
图5图6方法1如图5,在△BO1C中,根据内角和计算∠BO1C的值.
∠BO1C=180°-1n∠ABC ACB,∠BO1C=180°-1n180°-∠A,化简得,∠BO1C=1-1n×180° 1n∠A即.∠BO1C=n-1n×180° 1n∠A.
同理:∠BO2C=n-2n×180° 2n∠A.
……
∠BOn-1C=1n×180° n-1n∠A.
方法2
如图6,可以根据三角形的外角等于不相邻的两个内角的和来计算∠BO1C的值.延长BO1交AC于点E,∠BO1C是△CEO1的一个外角,所以∠BO1C=∠BEC ∠ECO1.分别计算∠BEC和∠ECO1的值就可以知道∠BO1C的值.
读者可以自行补充完整,在此不再赘述.
图7结论2如图7,三角形两个外角的n等分相交所成的角与不相邻内角的关系是∠BOn-1C=1n×180°-n-1n∠A.
如图7,∠DBC和∠ECB是△ABC的两个外角,这两个外角的n等分线相交,交点分别为O1,O2,…,On-1,计算∠BO1C,∠BO2C,…,∠BOn-1C与∠A的关系. 只需计算出∠FCO1就能知道∠BO1C的值.
评注上述三个结论,在解答时用到的知识主要包括三角形内角和、三角形的外角、四边形的内角和,虽然难度不大,却更具有一般性.
上述三个结论是分别作出了角的n等分线,如果拓展到分别作出角的2、4、8…等分线时,又会有什么样的结论呢,下面分别计算三种情况.
图11拓展1如图11,在△ABC中,
O1B平分∠ABC,O1C平分∠ACB;
O2B平分∠O1BC,O2C平分∠O1CB;
……
OnB平分∠On-1BC,OnC平分∠On-1CB;
求∠On与∠A的关系?
方法1如图11,在△BOnC中根据内角和计算∠On.由题意得,∠O1BC=12∠ABC,∠O2BC=122∠ABC,…,∠OnBC=12n∠ABC.
∠O1CB=12∠ACB,∠O2CB=122∠ACB,…,∠OnCB=12n∠ACB.
在△BOnC中,∠BOnC=180°-∠OnBC-∠OnCB,∠BOnC=180°-12n∠ABC ∠ACB,所以∠BOnC=180°-12n180°-∠A,化简得∠BOnC=2n-12n×180° 12n∠A.
方法2如图11,分别计算∠O1、∠O2…的值,找规律得出∠On的值.
由文[1]的结论可以知道∠O1=90° 12∠A.
在△BO1C中,O2B、O2C是角平分线,能得出
∠O2=90° 12∠O1=32×90° 122∠A=22-121×90° 122∠A;
∠O3=90° 12∠O2=74×90° 123∠A=23-122×90° 123∠A;
∠O4=90° 12∠O3=158×90° 124∠A=24-123×90° 124∠A;
……
∠On=90° 12∠On-1=2n-12n-1×90° 12n∠A=2n-12n×180° 12n∠A.
图12拓展2如图12,O1B平分∠ABC,O1C平分∠ACD;
O2B平分∠O1BC,O2C平分∠O1CD;
……
OnB平分∠On-1BC,OnC平分∠On-1CD;
求∠On与∠A的关系?
方法1根据外角计算出∠On的值.
如图12,∠OnCD是△BOnC的外角,有∠On ∠OnBC=∠OnCD,所以∠On=∠OnCD-∠OnBC.
分别计算出∠OnCD和∠OnBC就能计算出∠On.
由题意可以知道∠OnCD=12n∠ACD、∠OnBC=12n∠ABC,所以∠On=12n∠ACD-∠ABC,即∠On=12n∠A.
方法2分别计算∠O1、∠O2…的值,找规律得出∠On的值.
如圖12,由文1的结论可以知道∠O1=12∠A.
在△BO1C中,用同样的方法可以计算出∠O2=12∠O1=122∠A,
同理,∠O3=12∠O2=123∠A,
……
∠On=12∠On-1=12n∠A.
拓展3如图13,在△ABC中,BO1平分∠CBD,CO1平分∠BCE;
BO2平分∠CBO1,CO2平分∠BCO1;
……
BOn平分∠CBOn-1,COn平分∠BCOn-1,
求∠On与∠A的关系.
分析
方法1根据三角形内角和直接计算出∠On的值.
图13如图13,∠O1=180°-12∠DBC ∠ECB;∠O2=180°-122∠DBC ∠ECB;
……
∠On=180°-12n∠DBC ∠ECB,∠On=180°-12n2∠A 180°-∠A,
即∠On=180°-12n180° ∠A,
化简得∠On=2n-12n×180°-12n∠A.
图14方法2根据四边形内角和计算∠On的值.
如图14,作∠ABC、∠ACB的角平分线,交点为P1;作∠P1BC、∠P1CB的角平分线,交点为P2.
由P1B平分∠ABC,O1B平分∠DBC,可以得出∠P1BO1=90°;同理∠P1CO1=90°.
在四边形P1BO1C中,∠P1BO1=90°,∠P1CO1=90°,所以,∠P1 ∠O1=360°-(90° 90°),所以∠O1=360°-(90° 90°)-∠P1.即∠O1=360°-180°-∠P1.
P2B平分∠P1BC,O2B平分∠O1BC,又∠P1BO1=90°,所以∠P2BO2=45°,同理∠P2CO2=45°,在四边形P2BO2C中,∠P2BO2=45°,∠P2CO2=45°,所以∠P2 ∠O2=360°-(45° 45°),∠O2=360°-(45° 45°)-∠P2.即∠O2=360°-(12×180°)-∠P2.
同理,∠O3=360°-(122×180°)-∠P3.
以此类推∠On=360°-(12n-1×180°)-∠Pn.
由拓展1知道∠Pn=2n-12n-1×90° 12n∠A,
所以,∠On=360°-(12n-1×180°)-(2n-12n-1×90° 12n∠A).化简,得
∠On=360°-(2n 1)×90°2n-1-12n∠A,即∠On=2n-12n×180°-12n∠A.
参考文献
[1]华兴恒.三角形内外角关系的拓展与证明[J].中学数学杂志,2017(8):51-52.
作者简介王栋(1975—),男,中学一级教师,主要从事初中数学教学工作.
图1图2图3图4为使读者能清楚本文结论的一般性,先简要介绍文[1]中的结论:(1)如图1,OB,OC是角平分线,有∠O=90° 12∠A;(2)如图2,OB平分∠DBC,OC平分∠ECB,有∠O=90°-12∠A;(3)如图3,OB平分∠ABC,OC平分∠ACD,有∠O=12∠A;(4)如图4,DB、EB、DC、EC三等分∠ABC和∠ACB,有∠D=23×180° 13∠A,∠E=13×180° 23∠A.
图5图6方法1如图5,在△BO1C中,根据内角和计算∠BO1C的值.
∠BO1C=180°-1n∠ABC ACB,∠BO1C=180°-1n180°-∠A,化简得,∠BO1C=1-1n×180° 1n∠A即.∠BO1C=n-1n×180° 1n∠A.
同理:∠BO2C=n-2n×180° 2n∠A.
……
∠BOn-1C=1n×180° n-1n∠A.
方法2
如图6,可以根据三角形的外角等于不相邻的两个内角的和来计算∠BO1C的值.延长BO1交AC于点E,∠BO1C是△CEO1的一个外角,所以∠BO1C=∠BEC ∠ECO1.分别计算∠BEC和∠ECO1的值就可以知道∠BO1C的值.
读者可以自行补充完整,在此不再赘述.
图7结论2如图7,三角形两个外角的n等分相交所成的角与不相邻内角的关系是∠BOn-1C=1n×180°-n-1n∠A.
如图7,∠DBC和∠ECB是△ABC的两个外角,这两个外角的n等分线相交,交点分别为O1,O2,…,On-1,计算∠BO1C,∠BO2C,…,∠BOn-1C与∠A的关系. 只需计算出∠FCO1就能知道∠BO1C的值.
评注上述三个结论,在解答时用到的知识主要包括三角形内角和、三角形的外角、四边形的内角和,虽然难度不大,却更具有一般性.
上述三个结论是分别作出了角的n等分线,如果拓展到分别作出角的2、4、8…等分线时,又会有什么样的结论呢,下面分别计算三种情况.
图11拓展1如图11,在△ABC中,
O1B平分∠ABC,O1C平分∠ACB;
O2B平分∠O1BC,O2C平分∠O1CB;
……
OnB平分∠On-1BC,OnC平分∠On-1CB;
求∠On与∠A的关系?
方法1如图11,在△BOnC中根据内角和计算∠On.由题意得,∠O1BC=12∠ABC,∠O2BC=122∠ABC,…,∠OnBC=12n∠ABC.
∠O1CB=12∠ACB,∠O2CB=122∠ACB,…,∠OnCB=12n∠ACB.
在△BOnC中,∠BOnC=180°-∠OnBC-∠OnCB,∠BOnC=180°-12n∠ABC ∠ACB,所以∠BOnC=180°-12n180°-∠A,化简得∠BOnC=2n-12n×180° 12n∠A.
方法2如图11,分别计算∠O1、∠O2…的值,找规律得出∠On的值.
由文[1]的结论可以知道∠O1=90° 12∠A.
在△BO1C中,O2B、O2C是角平分线,能得出
∠O2=90° 12∠O1=32×90° 122∠A=22-121×90° 122∠A;
∠O3=90° 12∠O2=74×90° 123∠A=23-122×90° 123∠A;
∠O4=90° 12∠O3=158×90° 124∠A=24-123×90° 124∠A;
……
∠On=90° 12∠On-1=2n-12n-1×90° 12n∠A=2n-12n×180° 12n∠A.
图12拓展2如图12,O1B平分∠ABC,O1C平分∠ACD;
O2B平分∠O1BC,O2C平分∠O1CD;
……
OnB平分∠On-1BC,OnC平分∠On-1CD;
求∠On与∠A的关系?
方法1根据外角计算出∠On的值.
如图12,∠OnCD是△BOnC的外角,有∠On ∠OnBC=∠OnCD,所以∠On=∠OnCD-∠OnBC.
分别计算出∠OnCD和∠OnBC就能计算出∠On.
由题意可以知道∠OnCD=12n∠ACD、∠OnBC=12n∠ABC,所以∠On=12n∠ACD-∠ABC,即∠On=12n∠A.
方法2分别计算∠O1、∠O2…的值,找规律得出∠On的值.
如圖12,由文1的结论可以知道∠O1=12∠A.
在△BO1C中,用同样的方法可以计算出∠O2=12∠O1=122∠A,
同理,∠O3=12∠O2=123∠A,
……
∠On=12∠On-1=12n∠A.
拓展3如图13,在△ABC中,BO1平分∠CBD,CO1平分∠BCE;
BO2平分∠CBO1,CO2平分∠BCO1;
……
BOn平分∠CBOn-1,COn平分∠BCOn-1,
求∠On与∠A的关系.
分析
方法1根据三角形内角和直接计算出∠On的值.
图13如图13,∠O1=180°-12∠DBC ∠ECB;∠O2=180°-122∠DBC ∠ECB;
……
∠On=180°-12n∠DBC ∠ECB,∠On=180°-12n2∠A 180°-∠A,
即∠On=180°-12n180° ∠A,
化简得∠On=2n-12n×180°-12n∠A.
图14方法2根据四边形内角和计算∠On的值.
如图14,作∠ABC、∠ACB的角平分线,交点为P1;作∠P1BC、∠P1CB的角平分线,交点为P2.
由P1B平分∠ABC,O1B平分∠DBC,可以得出∠P1BO1=90°;同理∠P1CO1=90°.
在四边形P1BO1C中,∠P1BO1=90°,∠P1CO1=90°,所以,∠P1 ∠O1=360°-(90° 90°),所以∠O1=360°-(90° 90°)-∠P1.即∠O1=360°-180°-∠P1.
P2B平分∠P1BC,O2B平分∠O1BC,又∠P1BO1=90°,所以∠P2BO2=45°,同理∠P2CO2=45°,在四边形P2BO2C中,∠P2BO2=45°,∠P2CO2=45°,所以∠P2 ∠O2=360°-(45° 45°),∠O2=360°-(45° 45°)-∠P2.即∠O2=360°-(12×180°)-∠P2.
同理,∠O3=360°-(122×180°)-∠P3.
以此类推∠On=360°-(12n-1×180°)-∠Pn.
由拓展1知道∠Pn=2n-12n-1×90° 12n∠A,
所以,∠On=360°-(12n-1×180°)-(2n-12n-1×90° 12n∠A).化简,得
∠On=360°-(2n 1)×90°2n-1-12n∠A,即∠On=2n-12n×180°-12n∠A.
参考文献
[1]华兴恒.三角形内外角关系的拓展与证明[J].中学数学杂志,2017(8):51-52.
作者简介王栋(1975—),男,中学一级教师,主要从事初中数学教学工作.