問題:如圖1,D是任意一個三角形ABC的AB邊上的中點(diǎn),E是BC邊上的中點(diǎn)。連接CD和AE兩條線段,將三角形ABC分為了四個部分。如果假設(shè)三角形ABC的面積為1,那么這四個部分的面積分別是多少?
顯然要想直接孤立地求出每一個部分的面積是不可能的,必須把各個部分聯(lián)系起來進(jìn)行觀察。
ACD、CDB、ACE和AEB。由于三角形AEB和
和AOD的面積相等。這時的關(guān)鍵問題在于建立四邊形ODBE與這兩個三
角形之間的關(guān)系,我們可以連接OB畫出一條輔助線,如圖2:
利用“等底等高的三角形面積相等”這一結(jié)論立刻知道三角形AOD和OBD面積相等,三角形OCE和OEB面積相等。又由于三角形OCE和AOD面積相等,所以AOD、OBD、OEB和OCE這四個三角形面積相等,而且
分別為:
四邊形ODBE的面積為:
進(jìn)而就可以求出三角形ACO的面積為:
至此四個部分的面積就都求出來了。
通過解決這個問題可以發(fā)現(xiàn),為了找到局部與整體之間的關(guān)系,往往需要先發(fā)現(xiàn)局部與局部之間的關(guān)系。另外,解題中我們用到了一個重要結(jié)論,就是“等底等高的三角形面積相等”,這個結(jié)論我們后面還要經(jīng)常用到。我們還可以把這個結(jié)論稍微推廣一點(diǎn),就是“如果兩個三角形的高相等,那么面積之間的比例關(guān)系與底邊之間的比例關(guān)系是相同的”。
問題 如圖3,D是任意一個三角形ABC的AB邊上的中點(diǎn),E和F兩點(diǎn)將BC邊平均分為三段。連接CD、AE和AF三條線段,將三角形ABC分為了六個部分。如果假設(shè)三角形ABC的面積為1,那么這六個部分的面積分別是多少?
根據(jù)前面的結(jié)論不難發(fā)現(xiàn),三角形AMD與MBD的面積相等,三角形CMF的面積是三角形MFB面積的2倍。如果設(shè)三角形AMD的面積為a,三角形FMB的面積為b,就有:
解方程組就可以得到:
而且還知道三角形ACM的面積為:
三角形CMF的面積為:
下面把三角形ACF看成一個整體,就與前面的第一題類似了,不同之處在于此時的M點(diǎn)并不是AF邊上的中點(diǎn),但是利用前面的結(jié)論可以知道AM
用與前面同樣的方法,連接輔助線OF,如圖5:
三角形OEF的面積為b,則三角形COE的面積也是b,我們又可以列出兩個方程:
從而三角形ACO的面積就是:
通過以上問題的啟發(fā),我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)整體與局部是相對的,一個“局部”有時需要把他看作“整體”。所謂復(fù)雜的問題,往往就是若干個簡單問題復(fù)合而成的。根據(jù)前面問題的啟發(fā),我們還可以編出更為復(fù)雜的問題,并且去解決他。
問題 如圖6,D、E分別是任意一個三角形ABC的AB邊上的三等分點(diǎn),G和F兩點(diǎn)分別是BC邊上的三等分點(diǎn)。連接CD、CE、AF和AG四條線段,將三角形ABC分為了九個部分。如果假設(shè)三角形ABC的面積為1,那么這九個部分的面積分別是多少?
與前面方法類似,首先連接輔助線NB,如圖7。
假設(shè)三角形NEB的面積為a,三角形NBG的面積為b,則有三角形AEN的面積為2a,三角形CNG的面積為2b。而且可以列出下列方程組:
從而三角形CAN的面積為:
以下只需要把三角形ACG看作“整體”,連接輔助線MG,就可以繼續(xù)重復(fù)上述過程,逐步求出每一部分的面積,答案如圖8。
請同學(xué)們不厭其煩地、獨(dú)立地完成本題的全部解答。
正當(dāng)本文即將完稿時,由中國數(shù)學(xué)會普及工作委員會舉辦的“99我愛數(shù)學(xué)少年夏令營”在北京舉行,其中“數(shù)學(xué)競賽試卷”上第11題,也是本次競賽得分較低的一道題,就屬于本文論述的類型:
問題 在圖9中,AE∶EC=1∶2,CD∶DB=1∶4,BF∶FA=1∶3,△ABC的面積S=1,那么四邊形AFHG的面積SAFHG____。
本題的關(guān)鍵顯然是設(shè)法分別求出兩個三角形BFH和AEG的面積,為了使問題得到簡化,我們先去掉一條線段AD,圖形變?yōu)槿鐖D10。
然后添加輔助線AH,如圖11。
這時設(shè)三角形BFH的面積為a,則三角形AHF的面積為3a,三角形
用同樣方法去掉線段FC,并添加輔助線GC,如圖12。
事實(shí)上本題圖中的七個部分的面積都可以求出來。本題中用到的通過去掉一條線段簡化圖形的方法,在后面關(guān)于四邊形的討論中還要用到。