师:屏幕前的各位同学,你们好!今天这节课,我们学习八年级下册第十八章平行四边形第二节特殊的平行四边形,第二小节菱形的第一课时。首先,我们回顾一下已学知识点,梳理学习方法和顺序,这对本节课学习很有帮助。
前面我们学习了特殊的平行四边形——矩形,它是将平行四边形从哪个角度特殊化来研究的呢?又有哪些性质?我们知道,将平行四边形的角特殊化可得到矩形。基于这种从一般到特殊的变化,我们给矩形下了定义:有一个角是直角的平行四边形叫做矩形。这种定义方式是用一般来定义特殊,就像平行四边形,两组对边分别平行的四边形叫做平行四边形。
我们的学习顺序是先学图形定义,再学图形性质,将性质反过来得到图形判定。而且图形的定义既是性质又是判定,性质和判定往往是互逆的。接下来,我们快速浏览一下平行四边形与矩形的性质,从边、角、对角线三个方面回顾。平行四边形两组对边平行且相等,矩形对边同样平行且相等;平行四边形两组对角分别相等,矩形两组对角分别相等且四个角都是直角;平行四边形对角线互相平分,矩形对角线互相平分且相等。
在考虑边、角、对角线后,作为四边形,它还有其他性质。比如,平行四边形和矩形有没有特殊的对称性?它们的对角线将图形分割成的四个三角形分别是什么形状?既然将平行四边形的角特殊化得到矩形,那么将平行四边形的边特殊化,得到的平行四边形是什么?又有什么性质?比如平移平行四边形的一条边,与它相邻的两条边长度会变化,平移到某一特殊位置,平行四边形一组邻边相等,我们把这种一组邻边相等的平行四边形叫做菱形。大家对照菱形的定义,加深记忆。
菱形首先是平行四边形,在此基础上添加一组邻边相等这个条件,就构成了菱形。接下来,同学们想一想,生活中有哪些菱形的实际例子?相信聪明的同学们能想到很多,像高速路桥梁建筑的顶部图案、某种碗碟的外延、衣帽架的形状、中国结的形状等。正因菱形在生活中随处可见,所以有必要进一步研究它的性质。
菱形是特殊的平行四边形,它首先具有平行四边形的所有性质。另外,类似于矩形,菱形是否有一般平行四边形不具备的特殊性质呢?如果有,是什么?下面我们从表格和图案两方面猜测菱形的性质。平行四边形对边平行且相等,对角线互相平分;矩形在此基础上,四个角都是直角,对角线不仅互相平分而且相等。
我们来想象菱形的形状,它不仅对边平行且相等,由于有一组邻边相等,所以四边都相等。考虑菱形的角,它与平行四边形角的性质一样,两组对角分别相等。在考虑菱形对角线性质前,想一想,菱形是轴对称图形吗?如果是,对称轴是什么?不难发现,菱形两条对角线所在直线是它的对称轴。结合轴对称图形性质,对称点所连线段被对称轴垂直平分,容易想到菱形两条对角线互相垂直平分;对称的角相等,可想到两条对角线分别平分一组对角。这样我们就猜想,菱形两条对角线互相垂直平分,并且每条对角线平分一组对角。
接下来,思考如何证明表格中对菱形性质的猜想。如图,在平行四边形 ABCD 中,AB = AD,对角线 AC 与 BD 相交于点 O。求证:一、AB = BC = CD = AD;二、AC⊥BD,至于 AC 与 BD 互相平分无需再证,因为这是平行四边形已有的性质。另外,AC、BD 分别平分一组对角,即证明∠DAC = ∠BAC,∠DCA = ∠BCA,∠ADB = ∠CDB,∠ABD = ∠CBD。
对于第一个问题,由平行四边形对边相等可快速解决。因为四边形 ABCD 是平行四边形,所以 AB = CD,AD = BC,依据平行四边形对边相等。又因为 AB = AD,所以 AB = BC = CD = AD,这是等量代换。
对于第二个问题,结论有垂直和平分两方面,这让我们想到等腰三角形三线合一的性质。比如在△ABD 中,因为 AB = AD,所以△ABD 是等腰三角形。只需证明 O 是 BD 中点,就能证明 AO⊥BD,且 AO 平分∠BAD。同样道理,在△ABC 中,AB = BC,所以△ABC 也是等腰三角形,只需证明 O 是 AC 中点,就能证明 BO⊥AC,且 BO 平分∠ABC。类似地,在△BCD 与△CDA 中都能如此证明。下面看具体证明过程:因为四边形 ABCD 是平行四边形,所以 OB = OD(平行四边形对角线互相平分)。又因为 AB = AD,所以 AO⊥BD,AO 平分∠BAD(依据三线合一),所以 AC⊥BD,∠DAC = ∠BAC。同理可证,∠DCA = ∠BCA,∠ADB = ∠CDB,∠ABD = ∠CBD。这道题还可考虑线段垂直平分线与全等三角形等其他思路。
下面我们归纳菱形的性质,从两方面归纳:一是菱形具有的平行四边形一般性质,二是菱形具有而一般平行四边形不具有的特殊性质。一般性质:菱形具有平行四边形的所有性质。特殊性质定理一:菱形四条边都相等;性质定理二:菱形两条对角线互相垂直,并且每一条对角线平分一组对角。
现在把矩形和菱形的性质比较一下,会发现它们很相似。能用框图形式写出矩形、菱形的定义以及特殊性质并对比吗?我们知道矩形和菱形都是用平行四边形定义的。所以框图第一层是平行四边形,第二层在平行四边形基础上分别定义矩形和菱形,第三层分别是矩形和菱形的特殊性质。比如矩形四个角都是直角,菱形四条边都相等;矩形对角线相等,菱形对角线互相垂直。另外,矩形和菱形都有两条对称轴,这是一般平行四边形不具备的。
下面运用本节课学到的菱形定义和性质解决问题。例一,如图,在菱形 ABCD 中,若∠ABC = 2∠BAD,则∠BAD 等于多少度?△ABD 是什么形状的三角形?因为四边形 ABCD 是菱形,所以 AD = AB,且 AD∥BC,所以∠ABC + ∠BAD = 180°(两直线平行,同旁内角互补)。又因为∠ABC = 2∠BAD,所以∠BAD = 60°,所以△ABD 为等边三角形。
