师:同学你好,这节课我们一起来学习命题与证明的第四课时——三角形内角和定理。通过本节课的学习,希望大家能有以下收获:一、掌握证明文字表述的几何命题的步骤和书写格式;二、掌握三角形内角和定理的证明及简单应用;三、了解证明三角形内角和定理时所引辅助线的作用;四、掌握三角形内角和定理的两个推论及简单应用。
前面我们通过两节课学习了定理与证明,大家还记得什么是定理吗?
生:从基本事实或其他真命题出发,用推理的方法判断为正确的,并被选作判断命题真假的依据,这样的真命题叫做定理。
师:非常好,我们知道的定理已经有很多了。那还记得本章开始我们学习的三角形内角和定理吗?
生:三角形内角和定理就是三角形的三个内角和等于180度。
师:没错,还记得当时我们用什么方法得到这个定理的吗?
生:在前面的学习中,我们是通过折叠、剪拼、度量这些方法发现了这个定理。
师:对,既然它是定理,仅通过折叠、剪拼、度量来说明其正确性肯定不够严谨,所以需要证明。今天我们就一起来探究如何证明这个定理。细心的同学会发现,这个证明题与我们前面的证明题大不相同,这是一个文字命题的证明,它不是按照前面证明题已知、求证的形式给出的,这就需要我们将文字证明题转化为我们习惯的证明题一般形式。那我们该如何改写这个命题呢?这与图形有关吗?
生:当然有关。
师:对,那我们就要画出图形。画成什么样的图形呢?我们画出一个普通的三角形,注意这里画的三角形应普通些,最好不要画成特殊的三角形,这样能保证图形具有任意性,同时标上相应的字母。题目中没有已知、求证,我们得自己写出来。已知就是条件,求证就是要证的结论。那我们再看这个命题的条件和结论分别是什么?
生:它的条件是三个角为三角形的内角,结论是这三个角的和为180度。
师:这还是文字语言,我们还需要结合图形,用符号语言把条件和结论分别写在已知、求证后面。应该怎么写?大家试着写一下。
(同学们尝试书写)
师:依照这个图形,我们写出已知和求证。已知:如图,△ABC。既然画了图形,在已知中就要给出说明,通常用“如图”就行了。求证:∠A + ∠B + ∠C = 180°。
有了已知和求证,接下来我们一起分析该如何证明这道题。有的同学会说,老师这道题条件太少了,感觉无从下手。那请大家回忆一下,我们在前面是通过怎样的操作实验发现这个定理的呢?
生:以前我们通过剪拼的方法,将三角形的三个内角拼成了一个平角。
师:对,虽然这不是证明,但却给我们以启发。现在我们通过作图来实现这种转化。在剪拼时,我们将角1和角2剪下移到了∠ACB的右侧,并放置在同一条直线上,而剪下的角1和角2拼接在一起组成了一个平角。观察这个剪拼的过程,大家会受到哪些启发呢?这时我们在图形中就得添加一些辅助我们去证明的线,我们把这些添加的线叫做辅助线,就像图中的CD和CE。所谓辅助线,是为了证明的需要在原来的图形上添加的线。注意:一、辅助线要用虚线来表示;二、证明的开始要写明辅助线的画法,后面添加的字母也要说明清楚。那我们该怎样描述这些辅助线呢?想一想,我们是将∠B沿着BC平移,使点B和点C重合,也就是延长BC至D,然后做出∠DCE = ∠B,我们将∠DCE记为∠2。这个过程要描述清楚。证明:如图,延长BC至D,以点C为顶点,CD为一边作∠2 = ∠B。这样我们既实现了角的平移,也关注到了平角的形成。
接下来请大家思考后面该如何处理。我们的∠B和∠2相等,这里点C处就有了一个平角,那∠A呢?大家应该会联想到∠1。下面的关键是怎样得到∠A = ∠1。我们看看图中∠B和∠2是何种关系呢?
生:很明显是一组同位角,而且相等。
师:对,那就必然会产生两条直线平行,也就是CE∥BA。有了这组平行线,我们就可以得到∠A和∠1这组内错角相等,这样∠A + ∠B + ∠ACB就等于∠1 + ∠2 + ∠ACB = 180°。
下面我们一起看看证明过程:证明:如图,延长BC至D,以点C为顶点,CD为一边作∠2 = ∠B,则CE∥AB(同位角相等,两直线平行)。注意这里的逻辑连接词我们使用了“则”,这样就简化替代了“因为……所以……”,又避免了重复性的说明,起到了简化的作用。同时有了这个平行就可以直接连着下面的结论,因为CE∥BA,所以∠1 = ∠A(两直线平行,内错角相等)。因为B、C、D在同一条直线上(所作),所以∠1 + ∠2 + ∠ACB = 180°(平角的定义),所以∠A + ∠B + ∠ACB = ∠1 + ∠2 + ∠ACB = 180°。
在这个过程中,我们受到前面剪拼的启发,合理添加辅助线,通过平移角将三角形的三个内角转化为平角,这样就完成了三角形内角和定理的证明。添加辅助线构造新图形,可以将问题转化为易于证明或求解的情况,大家在以后做题中可以很好地借鉴这个方法。通过这道题目的证明,我们是否可以归纳出对于一个文字证明题的一般步骤呢?
生:在证明文字命题时,一般步骤是:首先根据题意画出正确图形,并在图上标出字母和符号;第二,结合图形,用符号语言把题设和结论分别写在已知、求证后面;接下来分析因果关系,找出证明途径,适当时可以添加辅助线帮助解决;第四,有条理地书写证明过程。注意画图时不能将一般图形画成特殊图形,或将特殊图形画成一般图形。当然,有些几何题目已经画好了图形,写出了已知、求证,这时我们只需要写出证明过程。
师:非常好,请看练习一:补充完成下列证明,并填上推理的依据。已知:如图,△ABC,求证:∠A + ∠B + ∠C = 180°。这道题也是让我们证明三角形内角和等于180度,并且向我们提供了辅助线的做法:过点A作DE∥BC。有了辅助线就会构造新图形,可以将问题转化为易于证明或求解的情况。受到例题的启发,我们是不是可以在图中寻找平角?既然有了直线,就在点A处有了平角∠DAE。那接下来就看如何实现将三角形的三个内角和转化成一个平角。很明显有了平行线就好办了。根据DE∥BC,我们利用两直线平行,内错角相等,就可以分别得到∠B = ∠DAB和∠C = ∠EAC,这样三角形的三个内角∠B + ∠BAC + ∠C就等于∠DAB + ∠BAC + ∠EAC = ∠DAE = 180°。
证明:过点A作DE∥BC,则∠DAB = ∠B(两直线平行,内错角相等),∠EAC = ∠C(两直线平行,内错角相等)。因为∠DAB + ∠BAC + ∠EAC = ∠DAE(所作),所以∠B + ∠BAC + ∠C = ∠DAB + ∠BAC + ∠EAC = 180°。
那这道题是不是也完成了对三角形内角和定理的证明?采用的是哪一种方法呢?
生:这道题我们依然是通过作辅助线,将三个内角转化为一个平角。
师:对,继续看下一题。二、补充完成下列证明。已知:如图,△ABC,求证:∠A + ∠B + ∠C = 180°。这道题为我们铺设好了道路,图中已经做出了辅助线,让我们完成剩下的部分。我们分析图中依然是转化为平角解决问题。我们要实现的目标是∠A + ∠B + ∠C = 180°。受到前面两道题解决问题的启发,我们仍然考虑可以去寻找平角。在图中我们发现BC上的点D处,∠1、∠2和∠3的这个位置形成了一个平角,那我们就应该做好角相等的转化。题目中给我们提供了两组平行线,我们应该好好利用这两组平行线。较为直观的是,DE∥AB可以得到∠B = ∠3,DF∥AC可以得到∠1 = ∠C。那请大家观察剩下的∠A该怎么办呢?
