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几何 · 第 27 章

相似三角形

形状相同,大小不同:找出藏起来的相似三角形,利用对应边的比,再把相似比平方得到面积比。

你需要先会
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27.10%

全等三角形

在本节中,你将能够 判断两个三角形什么时候一定是完全一样的复制品,并利用全等的复制品把一条线段“搬”到需要的位置。

你剪了一个纸三角形,朋友想做一个一模一样的。你只能告诉他三个条件。哪三个条件就够了?哪三个条件会骗到他?

如果一个三角形是另一个三角形的完全复制品,这两个三角形就全等。它可以被转动或翻过来,但每条边、每个角都对应相等。于是其他一切也都相等:面积、周长,全部都一样。

你不需要检查全部六个元素。三个选得好的条件就够了。但要小心 SSA:它可能对应两个不同的三角形。

注意:

全等的复制品能把一条线段搬到更好的位置。在例 27.1 中,你把一个三角形绕 B 转四分之一圈,两条短线段就接成了一条长线段。

动手探索先玩,再学公式

SAS:恰好有一个三角形符合,所以 SAS 能确定这个三角形

AB = 7∠A = 50°AC = 5
ABC
恰好 1 个三角形 ✓ 是全等判定

SAS:恰好有一个三角形符合,所以 SAS 能确定这个三角形

认识概念

定理 27.1.1

对于全等三角形:

  1. 两个三角形的各个角对应相等
  2. 所有对应边都相等
  3. 面积、周长、内切圆半径、外接圆半径等都相等

概念 27.1.2 · 全等判定

如果两个三角形的三个角和三条边都对应相等,这两个三角形就全等。换句话说,这两个三角形是一样的(摆放方向不一定相同)。一般来说,满足下面任一条件的两个三角形全等:

  • AAS 全等(角角边):两个三角形有两个角对应相等,并且这两个角旁边的 1 条边也相等
  • SAS 全等(边角边):两条边对应相等,并且这两条边的夹角相等
  • SSS 全等(边边边):三条边都对应相等
  • HL 全等(斜边、直角边):在直角三角形中,斜边和一条直角边对应相等
  • LL 全等(直角边、直角边):在直角三角形中,两条直角边对应相等

警告: SSA 不是三角形的全等判定:如果两条对应边相等,并且不是这两条边夹角的那个角相等,这两个三角形不一定全等

看例题先预测,再揭晓

例 27.1

EMCC

在正方形 ABCDABCD 中,点 EE 和 FF 分别在线段 ADAD 和 CDCD 上。已知 ∠EBF=45∘\angle EBF = 45^\circ,DE=12DE = 12,DF=35DF = 35,求 ABAB。

  1. 1

    三角形 EDFEDF 在 DD 处是直角。EFEF 有多长?

    先预测一下:
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竞赛角真实竞赛题

习题 27.3.4

AMC 8

从这个边长 5 英寸的正方形的四个角上各剪去一个边长 1 英寸的正方形。剩下的空间里能放下的最大正方形的面积是多少平方英寸?

习题 27.3.5

AMC 10

一张正方形纸片的边长为 11,顶点依次为 A,B,C,A, B, C, 和 DD。如图所示,把纸片折起来,使顶点 CC 落在边 AD‾\overline{AD} 上的点 C′C' 处,折过来的边与边 AB‾\overline{AB} 交于点 EE。假设 C′D=13C'D = \frac{1}{3}。三角形 △AEC′\triangle AEC' 的周长是多少?

习题 27.3.9(补充题)

EMCC

设 ABCDABCD 是一个凸四边形,且 AB=BC=CAAB = BC = CA。假设点 PP 在四边形内部,满足 AP=PD=DAAP = PD = DA,且 ∠PCD=30∘\angle PCD = 30^\circ。已知 CP=2CP = 2,CD=3CD = 3,求 CACA。

过关检测(第 27.1 节)

3 题中答对 2 题即可掌握本节。每题只有一次机会,没有提示。
1

下面哪一个不能用来证明两个三角形全等?

2

两个直角三角形的斜边都是 1313,各有一条直角边是 55。用哪个判定可以说明它们全等?

3

在正方形 ABCDABCD 中,EE 在边 ADAD 上,FF 在边 CDCD 上,且 ∠EBF=45∘\angle EBF = 45^\circ。如果 AE=3AE = 3,CF=2CF = 2,EFEF 有多长?

27.20%

相似三角形

在本节中,你将能够 找出相似三角形,用同一个相似比把对应边配好对,再把相似比平方来求面积。

路灯杆投下一道长长的影子,你也一样。你从没爬上过灯柱,却能用一把卷尺求出它的高度。怎么做到的?你的身体和灯柱构成了两个形状相同的三角形。

如果两个三角形的角都对应相等,它们就相似。其中一个是另一个按比例缩放的复制品:每条边都乘以同一个相似比 k。

最容易找到相似三角形的地方:一条平行于三角形一边的直线,会截出一个更小的相似三角形。两条平行线被一个 X 形交叉的线段截住,就形成一个由相似三角形组成的沙漏。

注意:

长度按 k 倍缩放,面积却按 k 的平方倍缩放。每条边都变成 2 倍,面积就变成 4 倍。

动手探索先玩,再学公式

FH 平行于 PL,TF/TP = 5/8:FH = 3.75,面积比 25/64

TF : TP5/8
3.75658TPLH灯柱影子末端F
各边之比
TF : TP = FH : PL = 5/8
面积比
9.38 : 24 = 25/64

FH 平行于 PL。TF/TP = 5/8,FH = 3.75,面积比 25/64

认识概念

概念 27.2.1 · 相似判定

如果两个三角形的三个角都对应相等,这两个三角形就相似。换句话说,这两个三角形形状相同,只是按某个相似比放大或缩小了。

一般来说,满足下面任一条件的两个三角形相似:

  • AA 相似(角角):两个三角形有两个角对应相等,这其实意味着第三个角也相等
  • SAS 相似(边角边):两条边对应成比例,并且这两条边的夹角相等
  • SSS 相似(边边边):三条边都对应成比例
  • HL 相似(斜边、直角边):在直角三角形中,斜边和一条直角边对应成比例
  • LL 相似(直角边、直角边):在直角三角形中,两条直角边对应成比例

警告: SSA 不能说明两个三角形相似

判断相似三角形的一个简单方法:两个三角形的底边互相平行,并且它们的两腰分别在同一条直线上(见下面的沙漏图)。

DE 平行于 BC,AD/AB = 1/2:DE = 4,面积比 1/4

AD : AB1/2
4836ABCED
各边之比
AD : AB = DE : BC = 1/2
面积比
5.08 : 20.33 = 1/4

DE 平行于 BC。AD/AB = 1/2,DE = 4,面积比 1/4

沙漏模型:在交点处相遇的两个三角形相似。

定理 27.2.2

对于相似三角形:

  1. 两个三角形的各个角对应相等
  2. 所有对应边的比都相同
  3. 面积比等于边长之比(相似比)的平方

看例题先预测,再揭晓

例 27.2

EMCC

在三角形 ABCABC 中,∠BAC=90∘\angle BAC = 90^\circ,线段 ABAB 的长度是 2011。设 MM 是 BCBC 的中点,DD 是 AMAM 的中点。设 EE 是线段 ABAB 上的一点,使得 EM∥CDEM \parallel CD。线段 BEBE 的长度是多少?

  1. 1

    设直线 CDCD 与 ABAB 交于 FF。在三角形 AMEAME 中,线段 DFDF 平行于 MEME。AD:AMAD : AM 是多少?

    先预测一下:
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例 27.3

EMCC

在三角形 ABCABC 中,BC=5BC = 5,CA=13CA = 13,AB=12AB = 12。分别在边 ACAC 和 ABAB 上取点 EE 和 FF,使得 EF∥BCEF \parallel BC。已知三角形 AEFAEF 与梯形 EFBCEFBC 的周长相等,求 EFEF 的长度。

FE 平行于 BC,AF/AB = 3/10:FE = 1.5,面积比 9/100

AF : AB3/10
1.553.612ABCEF
各边之比
AF : AB = FE : BC = 3/10
面积比
2.7 : 30 = 9/100
周长
三角形 AFE:9 · 梯形 FECB:24

FE 平行于 BC。AF/AB = 3/10,FE = 1.5,面积比 9/100

  1. 1

    为什么三角形 AFEAFE 与三角形 ABCABC 相似?

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例 27.4

EMCC

在 △ABC\triangle ABC 中,AC=8AC = 8 且 AC<ABAC < AB。点 DD 在边 BCBC 上,且 ∠BAD=∠CAD\angle BAD = \angle CAD。设 MM 是 BCBC 的中点。过 MM 且平行于 ADAD 的直线分别与直线 ABAB、ACAC 交于 FF 和 EE。如果 EF=2EF = \sqrt{2},AF=1AF = 1,线段 BCBC 的长度是多少?

  1. 1

    FE∥ADFE \parallel AD,而 ADAD 把角 AA 分成两个相等的角。这说明 ∠AFE\angle AFE 和 ∠AEF\angle AEF 有什么关系?

    先预测一下:
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自己做

习题 27.3.1

AMC 8

图中的八边形由 10 个单位正方形组成。PQ‾\overline{PQ} 下方的部分是一个单位正方形加上一个底为 5 的三角形。如果 PQ‾\overline{PQ} 把八边形的面积平分,那么比值 XQQY\dfrac{XQ}{QY} 是多少?

习题 27.3.3

AMC 8

点 EE 是正方形 ABCDABCD 的边 CD‾\overline{CD} 的中点,BE‾\overline{BE} 与对角线 AC‾\overline{AC} 交于 FF。四边形 AFEDAFED 的面积是 4545。ABCDABCD 的面积是多少?

竞赛角真实竞赛题

习题 27.3.2

AMC 8

下图中的长方形 DEFADEFA 是一个 3×43 \times 4 的长方形,且 DC=CB=BA=1DC = CB = BA = 1。“蝙蝠翅膀”(阴影部分)的面积是

习题 27.3.6

AMC 10B

直角三角形 △ABC\triangle ABC 中,AB=3AB = 3,BC=4BC = 4,AC=5AC = 5。正方形 XYZWXYZW 内接于 △ABC\triangle ABC,其中 XX 和 YY 在 AC‾\overline{AC} 上,WW 在 AB‾\overline{AB} 上,ZZ 在 BC‾\overline{BC} 上。这个正方形的边长是多少?

习题 27.3.8(补充题)

EMCC

在梯形 ABCDABCD 中,点 EE 和 FF 分别在边 BCBC 和 ADAD 上,使得 AB∥CD∥EFAB \parallel CD \parallel EF。已知 AB=3AB = 3,EF=5EF = 5,CD=6CD = 6,比值 [ABEF]/[CDEF][ABEF] / [CDEF] 可以写成 ab\frac{a}{b},其中 aa 和 bb 是互质的正整数。求 a+ba + b。(注:[F][F] 表示图形 FF 的面积。)

习题 27.3.10(补充题)

BmMT

设 ABCABC 是一个以 ABAB 为斜边的直角三角形,AC=36AC = 36,BC=15BC = 15。如图所示,在 ABCABC 内作一个半圆,使半圆的直径 XCXC 在边 ACAC 上,并且半圆与 ABAB 相切。这个半圆的半径是多少?

习题 27.3.11(补充题)

AMC 10/12

一个边长为 xx 的正方形内接于一个三边长为 33、44、55 的直角三角形,使正方形的一个顶点与三角形的直角顶点重合。一个边长为 yy 的正方形内接于另一个三边长为 33、44、55 的直角三角形,使正方形的一条边落在三角形的斜边上。xy\dfrac{x}{y} 是多少?

过关检测(第 27.2 节)

3 题中答对 2 题即可掌握本节。每题只有一次机会,没有提示。
1

一个三角形的面积是 55。把每条边都变成原来的 3 倍。新三角形的面积是多少?

相似比 3:每条边都乘以 3,面积从 3.9 变成 35.07,是原来的 9 倍

相似比 k3
333999小大(×3)

9 个小三角形正好铺满大三角形:3 × 3 = 9

边长
× 3
周长
9 → 27
面积
3.9 → 35.07 (× 9)

k = 3:边长 3, 3, 3 变成 9, 9, 9;面积 3.9 变成 35.07,面积比 9

2

两个相似三角形的面积分别是 66 和 5454。小三角形的最短边是 33。大三角形的最短边有多长?

相似比 2:每条边都乘以 2,面积从 6 变成 24,是原来的 4 倍

相似比 k2
5341068小大(×2)
边长
× 2
周长
12 → 24
面积
6 → 24 (× 4)
大边小边=k=2,[大][小]=k2=4\frac{\text{大边}}{\text{小边}} = k = 2, \qquad \frac{[\text{大}]}{[\text{小}]} = k^2 = 4

k = 2:边长 5, 3, 4 变成 10, 6, 8;面积 6 变成 24,面积比 4

3

在梯形 ABCDABCD 中,点 EE 和 FF 分别在边 BCBC 和 ADAD 上,使得 AB∥CD∥EFAB \parallel CD \parallel EF。已知 AB=3AB = 3,EF=5EF = 5,CD=6CD = 6,比值 [ABEF]/[CDEF][ABEF] / [CDEF] 可以写成 ab\frac{a}{b},其中 aa 和 bb 是互质的正整数。求 a+ba + b。(注:[F][F] 表示图形 FF 的面积。)

27.3

练习题

在本节中,你将能够 在竞赛题中综合运用全等三角形和相似三角形。

来寻找藏起来的三角形吧!在每道题中,留意平行线、直角和公共角。卡住的时候,每道题都有三条提示。

想在一页上看到本章的所有题目?打开习题集。

竞赛角真实竞赛题

习题 27.3.7(补充题)

BmMT

设 ABCDEFGHIJKLABCDEFGHIJKL 是下图所示的等边十二边形,它的每个角都是 90∘90^\circ 或 270∘270^\circ。设 MM 是 CDCD 的中点,假设 HMHM 把这个十二边形分成两个区域。较大区域的面积与较小区域的面积之比可以表示为 mn\frac{m}{n},其中 mm 和 nn 是互质的正整数。求 m+nm + n。