平行线这个概念,想必大家在小学的时候就已经接触过一些:在一个平面内,两条直线不相交则为平行线,相交的话则为相交线,然而在小学时,我们将直线也只是理解为一个很直的线而已,自然也是没有过多的聚焦平行线,这种关系的概念也只在我们的脑海中一闪而过。然而,到了初中,数学变得更加精确,直线不再是一个很直的线,而是一个没有任何粗细大小,向两端无限延伸的线。如此,由直线引出的平行线,也注定不再像小学那样简单,没有讨论的价值了。
既然决定重拾平行线的概念,那要从哪方面探究呢?我想应该是从如何确定两条直线成平行线关系吧,虽然早就知道平行线的构成标准:在一个平面内,两条直线不相交。可是,如果给你看不知道有什么关系的两条直线的很小一部分,如何快速地判别出这两条直线到底是不是平行线呢?进行延长?但万一这两条直线虽说不是平行线,但和平行线相差不远,要延长几百几千米才能相交,这样判别岂不是太麻烦了?所以,我们迫切的需要一种能够快速判别平行线的方法。
可不可以就只利用这两条直线进行判断呢?用尺子盖住其中一条直线的一段,并将其向上平移,如果平移轨迹正好完全重合,似乎可以证明这两条直线成平行关系,可是这似乎会产生许许多多的误差,比如说在向上平移的过程中手抖了,那么可不就是测出了一个极其不精确的结果?如果不用尺子,又能怎样测量?这时候,可以引入另外一条直线,想交这两条直线,如此便形成了八个角:
如果这两条直线平行的话(直线A 和直线C ),贯穿这两条直线的直线X Y相交这两条线的进入角度其实是相等的,如此,如果直线A 和直线C 是平行线,那么在直线A 和直线C 上,都会出现四个角,且这四个角和另外一条直线的四个角中的对应角是相等的(如果直线A 和C 不是平行线,对应角也就因此不会相等,因为尽管直线X Y进入的角度相等,但两条直线本身角度不相等,也会因此造成角度误差)这幅图中的对应角,应该是角一和角三,角六和角八,角二和角四,角五和角七。据此我们可以得出结论,如果所有对应角中的一组角度相等,便可以证明两条直线成平行关系。
现在,我们已经可以快速地证明两条直线是不是成平行关系,只需要在这两条直线中画一个相交两条直线的直线了,并观察所形成的对应角中的角度是否相等便可以了。然而探究完这个问题后,又一个问题冒了出来,从这两条直线平行的结论中,我们又可以发现怎样的性质呢?
既然判别两条直线是否为平行线使用了另外一条直线,那么发现性质的时候那条直线和它所产生的八个角一定不能落下啊!因为那八个角最有可能产生神奇的性质了。
当直线A 和直线C 成平行关系的时候,会产生八个对应角,每个对应角分别有着一个在另一条直线上产生的度数一样的对应角,而且这两个对应角一般要么全部出现在穿透过来的直线的右侧,要么全部出现在穿透过来的直线的左侧,就叫其同位角吧,如果两条直线平行A,C平行,相对的同位角之间似乎总是相等的,然而,这个猜想到底怎样证明呢?好像不能证明啊?任何证明过程都需要有一个基点,但是在此之前没有任何基点可以推理出这条性质啊?其实,同位角相等这个猜想是数学定理中的公理,无法证明也不正自明,可是,随随便便一个公理总归来说不能让人信服,毕竟没有严谨的逻辑推理过程,为此,必须结合真正的图形进行模拟尝试,以基本确定公里的准确性。在进行几何变换之后,我们发现,在所有模拟中同位角都相等,也由此确定了提出的公理的可靠性,并得出了第一条性质:当两条直线被另外一条直线所截,同位角相等,则两条直线平行。用符号语言就是;因为:同位角相等。
所以:两条直线平行。
有两个角,同时在直线Y的左边或右边,且都在直线A和直线C之内,可以形象地称其为同旁内角,经过几组数据的观察,我发现似乎同旁内角的度数之和永远等于180度,不过这只是猜想,我们需要用严谨的推理证明来证明这一点,有了同位角相等这条公理,是推理同旁内角之和等于180度成为可能。
已知:同旁内角角6+角3=180度。
求证:直线A B和直线C D平行
证明: 因为:角6+角3=角6+角1=180度。(已知)
所以:角3=角1(等量代换)
所以:直线A B和直线C D平行(同位角相等两直线平行)
根据推理证明,我们验证了同旁内角相加之和等于180度,也就由此确定了第二个判定平行线性质:两条直线被第三条直线所截,同旁内角之和等于180度,则两条直线平行。
符号语言则是:因为:同旁内角相加之和等于180度。
所以:两条直线平行。
回过头来一看,我似乎看出两个对应角并非全部和相对角那样,要么全部出现在穿透直线的左侧,要么全部出现在右侧。比如说上图中的角三和角五,角七和角一,却似乎都是度数相等的对应角,却不符合以上的性质,那么我们可能又要发明出一个新的性质了:角三和角五两个角,一个出现在穿透线的左侧,另一个在右侧,而它们同时又在直线A B和C D之间出现,就叫其内错角吧。而角七和角一,其他性质和角三,五一样,但出现在直线A B和C D之外,就叫其外错角吧。由此我们可以得到两个性质:内错角相等,外错角相等。不过,这些只是猜想,我们仍然需要通过推理证明证明刚刚所猜想出的性质:内错角和外错角本质上差不多,不然我们单单验证内错角是否相等吧。
已知:同位角相等,角5=角3
求证:两条直线平行
证明: 因为: 角5=角1(通过相交直线研究出来的定理:对顶角相等),角5=角3(已知)
所以:角1=角3(等量代换)
所以:两直线平行(同位角相等,两直线平行)
通过推理证明,我们成功地证实了内错角相等的这个性质,找到了第三四个性质:两条直线被另外一条直线所截,内错角或者外错角相等,则两条直线平行。
符号语言则是:因为:外错角或内错角相等。
所以:两条直线平行。
这样我们便发现了平行线的四个判定方法,相对角相等,内错角相等,外错角相等,同旁内角之和等于180度,如果两条直线所形成的八个角符合这几个性质中的一种性质,那么这两条直线便铁定是平行直线。
通过这次探索,我们探清了平行线的判定方法,那么,平行线又有哪些性质呢?可能也和三线八角有关,既然同位角相等两直线平行,内错角相等两直线平行,同旁内角互补两直线平行,那么我们可不可以由此倒推,两直线平行同位角相等,两直线平行内错角相等,两直线平行同旁内角互补,那么,不就顺利地得知了平行线的性质了吗?可是,这种方法似乎并不行啊,就好比我们不能因为姚明是男人这个结论推出男人是姚明,不能说这只狗是泰迪犬就说泰迪犬是这只狗,我们也不能因为同位角相等两直线平行,推断出两直线平行同位角相等,因为这样很容易产生许多歧义,并且也会产生逻辑漏洞。看来,虽然平行线的性质有可能和平行线的判定区别不大,是:两直线平行同位角相等,两直线平行内错角相等,两直线平行同旁内角互补。却仍然需要一步步的推理证明了。
当然,推理证明需要一个起点,这个起点便是不正自明的公理,在平行线的判定里,我们说同位角相等,两直线平行是公理,那么不妨也将两直线平行,同位角相等作为公理,作为一个推理的基点。通过几何变化来着让这条公理变得更加可信,由此,我们得到了第一条性质,也就是平行线性质定理一:两直线平行,同位角相等。
那么开始证明我们的两直线平行,内错角相等:
已知:AB平行CD
求证:角5=角3
证明:因为:AB平行CD
所以:角1=角3
因为:角1=角5(对顶角相等)
所以:角5=角3(等量代换)
经过证明,我们成功地得到了平行线性质定理二:两直线平行,内错角相等,符号语言是;因为:AB平行CD,所以:角5=角3。
接下来是同旁内角互补的证明:
已知:AB平行CD
求证:角6+角3=180度
证明:因为:角1=角3
角1+角6=180度
所以:角3+角6=180度(同一个角的补角相等)
现在,我们已经成功地证明了平行线的性质,这个性质其实是和平行线的判定大致相同的,那就是:两直线平行同位角相等,两直线平行内错角相等,两直线平行同旁内角互补,现在,无论是判定平行线还是利用平行线,我们都可以应对自如了。