新概念几何:井田问题与定比分点

百科漫谈课程 2024-03-30 20:26:35

井田问题图

一块不规则四边形的田地,如图1中的 ABCD .在每条边上都取三等分点,再把两双对边上的三等分点连起来,成了一个井字形.井字把这块田分成9小块.由于四边形不规则,这9小块的面积有大有小.但是,巧得很,无论如何,正中间那一块的面积,恰是四边形 ABCD 面积的九分之一!

但要证明这个有趣的断言,却不是那么容易.

面前有一个难题,它又十分有趣.不做不甘心,做又太难.怎么办呢?有一条十分有用的规则:

"如果当前的问题太难,你就做一个比较容易的类似的问题."

我们退一步,先解决一个简单一点的问题:在图1中,能不能证明中间长条的面积——四边形 KLGH 的面积是 ABCD 面积的三分之一呢?

这并不难:

紧接下图

一个比较容易的题目完成了,进一步想:既然 KLGH 的面积是四边形 ABCD 的三分之一,如果再证明 MNOP 的面积是 KLGH 的三分之一,难题不是也解决了吗?

但要证明这一点,还得先证明 M 、 N 是 LG 的三等分点, P 、 O 是 KH 的三等分点.为此要考虑题目:

紧接下图

这表明△ GEJ =2△ LEJ ,从而 MG =2ML,即 M 是 LG 的三等分点.同理, N 是 LG 的三等分点, P 、 O 是 KH 的三等分点.

这样,一个难题被我们化整为零地解决了.问题没有解决之前,要退一步想.问题解决之后,要进一步想·进一步想什么?至少有几个方面可以考虑:

(1)能不能做更难、更一般的问题?

(2)同样的问题,能不能做得更简单、更

漂亮?

(3)从解题过程中,能总结出一些经验、

方法吗?

更一般的问题,更难的问题,是容易提出来的.例如,三等分点可以变成五等分点,或者横着三等分,竖着五等分;也可以考虑,如果是四等分,六等分,问题怎么提法;还可以问,除了中央那一块,其他8块的面积能不能计算?如不能算,加上什么条件就可以算了?等等,都不妨考虑.

想把问题做得更简单,更漂亮,是很不容易的.因为问题往往无从下手.如果一时想不到办法,可以慢慢琢磨,不必急于求成.

最重要的是总结经验和方法.有了经验和方法,难题也就不怕了,好的解法也就容易想到了。

把这种计算方法总结一下,便得到一个十分有用的公式:

定比分点公式

设线段 PQ 不与直线 AB 相交, T 在线段 PQ 上并且 PT =λ PQ ,如图4,则

△TAB=λ△QAB +(1﹣λ)△PAB .

有了定比分点公式,要解决刚才提出的井田问题就一点不难了.我们甚至有一般的办法,例如:

证明 应用共边定理和定比分点公式

有了例3的结果,马上可知在图1中, M 、 N 是 LG 的三等分点, P 、 O 是 KH 的三等分点.这时,井田问题当然容易解决了.

以上内容选自张景中著《新概念几何》,中国少年儿童出版社。

解析几何教科书可以找到定比分点坐标公式如下图所示:

到了高中,我们会学到:

老师的板书很漂亮:

科学尚未普及,媒体还需努力。感谢阅读,再见。

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