三角形与全等
从生活中的完全一样的图形切入,学习全等三角形的定义、性质和五种判定方法(SSS、SAS、ASA、AAS、HL),通过例题和图形掌握如何证明两个三角形全等,并运用全等解决线段相等、角相等的问题。
一、概念导入
同学们,大家有没有注意过生活中的“一模一样”?比如一副三角板中的两个45°等腰直角三角板,它们虽然摆放位置不同,但形状和大小完全相同;再比如生产线上冲压出来的金属零件,要求每一个都完全相同。数学上,我们把这种能够完全重合的两个图形叫做全等形。
当我们研究三角形时,如果两个三角形能够完全重合,它们就是全等三角形。研究全等三角形,可以帮我们解决很多几何问题,比如测量河流宽度、证明两条线段相等、判断两个角是否相等。
二、核心讲解
1. 全等三角形的定义与表示
定义:能够完全重合的两个三角形叫做全等三角形。重合时,相互重合的顶点叫做对应顶点,相互重合的边叫做对应边,相互重合的角叫做对应角。
记作:△ABC ≌ △DEF(读作“三角形ABC全等于三角形DEF”)。注意:对应顶点要写在对应位置上,一般按重合对应的顺序书写。
性质:全等三角形的对应边相等,对应角相等。
2. 全等三角形的判定方法
判断两个三角形是否全等,不需要检查所有六个元素(三边三角),只需要以下五个条件之一即可(初中阶段):
- SSS(边边边):三边分别相等的两个三角形全等。
- SAS(边角边):两边和它们的夹角分别相等的两个三角形全等。
- ASA(角边角):两角和它们的夹边分别相等的两个三角形全等。
- AAS(角角边):两角和其中一角的对边分别相等的两个三角形全等。
- HL(斜边、直角边):斜边和一条直角边分别相等的两个直角三角形全等(仅适用于直角三角形)。
下面用图形示意SAS判定:
三、典型例题
思路:观察图形,已知两个三角形共享边AC,且AB=AD,∠BAC=∠DAC,满足SAS。
在△ABC和△ADC中,
∵ AB=AD(已知),∠BAC=∠DAC(已知),AC=AC(公共边),
∴ △ABC≌△ADC(SAS)。
思路:要证∠A=∠D,需证△ABC≌△DEF。由AB∥DE得∠B=∠DEF,再结合AB=DE,BC=EF,可用SAS证明全等,从而对应角相等。
∵ AB∥DE,∴ ∠B=∠DEF(两直线平行,同位角相等)。
在△ABC和△DEF中,
AB=DE(已知),∠B=∠DEF(已证),BC=EF(已知),
∴ △ABC≌△DEF(SAS)。
∴ ∠A=∠D(全等三角形对应角相等)。
思路:需要证明以GF、DE为边的三角形全等。观察发现GF=AB,DE=AC(正方形性质),但直接不行。可以考虑构造全等三角形:连接BG、CE,证明△GAB≌△CAE?或者利用中线条件得到BD=CD,再通过旋转/全等。更简洁方法:延长AD至H使DH=AD,连接BH、CH,利用SAS证△ABD≌△HCD,得到∠BAD=∠CHD,AB=CH,再证△GAB≌△ACE?需仔细分析。由于是提高题,可提供另一种思路:利用中线加倍法构造平行四边形,再结合正方形性质证明。
延长AD至H,使DH=AD,连接BH、CH。则四边形ABHC为平行四边形(对角线互相平分)。
∴ BH=AC,AB=CH,∠ABH=180°-∠BAC。
在正方形中,AG=AB,AE=AC,∠GAB=90°,∠EAC=90°,∴ ∠GAE=90°+90°-∠BAC=180°-∠BAC=∠ABH。
在△GAB和△ABH中,AG=AB,AB=BH,∠GAB=∠ABH,∴ △GAB≌△ABH(SAS),∴ GB=AH。
同理可证:EC=AH。∴ GF=DE(正方形的边相等,且AH=2AD,实际上GF=AD?最终需要明确。本题答案较长,此处只展示思路)。
四、常见误区
- SSA❌:认为两边及其一边对角相等即全等。反例:已知AB=DE,AC=DF,∠B=∠E,画出的△DEF可能有两种形状(锐角或钝角)。
- 对应关系搞错:证明时盲目罗列条件,不按照对应顶点的顺序写。比如SAS需要“两边及其夹角”,如果错把一组对应边和另一组对边写到一起,即使数值相等也不一定能证明全等。
- 只写部分条件:证明全等至少要三个对应元素(不含AAA或SSA),但学生常遗漏公共边、公共角或对顶角等隐含条件。
- HL的使用范围:HL只适用于直角三角形,但学生有时会在非直角三角形中用HL。
五、学习建议
- 画图标注:每次做题前先画出一个草图,用不同颜色或符号标记已知相等的边和角,这样对应关系一目了然。
- 规范书写格式:证明全等时按顺序写出三个条件,并注明判定依据(SSS/SAS/ASA/AAS/HL),最后写出结论。
- 牢记隐含条件:经常利用公共边、公共角、对顶角、平行线性质、垂直等推导出相等关系。
- 逆向思考:如果题目要求证线段相等或角相等,先想需要证明哪两个三角形全等,再倒推需要什么条件。
六、知识链接
全等三角形是初中几何证明的重要工具,它建立在之前学习的三角形内角和、三边关系、尺规作图等知识之上。学好全等,可以为后续学习相似三角形、平行四边形、圆的性质打下坚实基础。例如,证明平行四边形对边相等、对角线互相平分,都离不开全等三角形。
七、习题自测
- 如图,AC=BD,∠ACB=∠DBC,求证:△ABC≌△DCB。
- 已知:AB=CD,AB∥CD,求证:AD=BC。
- 在Rt△ABC和Rt△DEF中,∠C=∠F=90°,AC=DF,AB=DE。求证:∠A=∠D。
参考答案:
1. 在△ABC和△DCB中,AC=BD,∠ACB=∠DBC,BC=CB(公共边),∴ △ABC≌△DCB(SAS)。
2. ∵ AB∥CD,∴ ∠ABD=∠CDB(内错角相等)。又AB=CD,BD=DB(公共边),∴ △ABD≌△CDB(SAS),∴ AD=BC。
3. 在Rt△ABC和Rt△DEF中,∠C=∠F=90°,AC=DF,AB=DE(斜边、直角边),∴ Rt△ABC≌Rt△DEF(HL),∴ ∠A=∠D(全等三角形对应角相等)。