平面幾何

一、平行直線

1.一直線和平行線夾的角

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∠1與∠4是同位角,同位角相等;
∠2與∠4是內(nèi)錯角,內(nèi)錯角相等;
∠1與∠2是對頂角,對頂角相等(兩條直線相交一定會產(chǎn)生對頂角);
∠3與∠4是同旁內(nèi)角,同旁內(nèi)角互補.

互補:相對概念關(guān)系,一個平角被一個射線分為兩部分,則兩部分角度互為補角,相加為180°
∠1+∠3=180° ∠1是∠3的補角

互余: 相對概念關(guān)系,一個直角被一分為2,則兩部分角度互余,兩個角度相加為90°,則互余。
∠A+∠B=90° ∠A是∠B的補角

2.直線被一組平行線截得的線段成比例

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二、三角形

1.三角形分類

根據(jù)角度將三角形分類:

  • 鈍角三角形:△中有一個角為鈍角時,90°<鈍角<180°
  • 直角三角形:△中有一個角為直角時,直角=90°
  • 銳角三角形:△中三個內(nèi)角均為銳角時,0°<銳角<90°

2. 三角形內(nèi)角之和

∠1 +∠2 +∠3=π 三角形的外角等于不相鄰的兩個內(nèi)角之和.

三角形外角之和為360°

3. 三角形三邊關(guān)系

任意兩邊之和大于第三邊,即a+b>c.
任意兩邊之差小于第三邊,即a-b<c.
作用:
①利用三邊關(guān)系判斷三個長度是否可以組成三角形
②已知兩個邊長,求第三邊的取值范圍

4.三角形中位線

連接三角形兩邊中點的[線段]
三角形的中位線平行于三角形的第三邊,并且等于第三邊的二分之一


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5.三角形面積

5.1 基本面積公式

已知底和高:S=\frac{1}{2}ah

已知兩邊和夾角:S=\frac{1}{2}absinC(C是ab邊所夾的角)

已知三邊(秦九韶公式):S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)},其中p=\frac{1}{2}(a+b+c)

5.2底邊共線高相同的模型:

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S_{△ABC}:S_{△ACD}=\frac{1}{2}BC·h:\frac{1}{2}CD·h = BC:CD
共頂點、底邊共線,則面積比=底之比

5.3底邊相同而高不同的模型

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S_{△ABC}:S_{△ACD}=\frac{1}{2}AC·h_1:\frac{1}{2}AC·h_2 = OB:OD

三角形面積比=高之比

5.4 平行直線之間的三角形

如果兩個三角形底高均相同,則面積相等
平行直線之間的垂線段均相同


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S_{△ACD}=S_{△BCD}
共用△OCD
S_{△AOD}=S_{△BOD}

5.5 特殊三角形面積

直角三角形
勾股定理:a^2+b^2=c^2
常用勾股數(shù):

  • 3,4,5
  • 6,8,10
  • 5,12,13
  • 7,24,35
  • 8,15,17
  • 9,12,15

等腰直角三角形的三邊之比為:1:1:\sqrt{2}

等腰直角三角形的面積為:S=\frac{1}{2}a^2=\frac{1}{4}c^2(a為直角邊,c為斜邊)

內(nèi)角為30°、60°、90°的直角三角形三邊之比為1:\sqrt{3}:2

等邊三角形
等邊三角形高與邊的比為\sqrt{3}:2=\frac{\sqrt{3}}{2}:1

等邊三角形的面積為S=\frac{\sqrt{3}}{4}a^2,其中a為邊長

等邊三角形高(中線長):\frac{\sqrt{3}}{2}a

5.6 鳥頭定理

兩個三角形中有一個角相等或互補,這兩個三角形叫作共角三角形.
共角三角形的面積比等于對應(yīng)角(相等角或互補角)兩夾邊的乘積之比.

如圖,在△ABC與△ADE中,∠A的正弦值相同,所以△ABC:△ADE = (AB·AC):(AD·AE)

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5.7 燕尾定理

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在三角形ABC中, AD, BE, CF相交于同一點O,
那么 S_{△ABO}:S_{△ACO} = BD:DC
上述定理給出了一個新的轉(zhuǎn)化面積比與線段比的手段,因為△ABO和△ACO的形狀很像燕子的尾巴,所以這個定理被稱為燕尾定理.該定理在許多幾何題目中都有著廣泛的運用,它的特殊性在于,它可以存在于任何一個三角形之中,為三角形中的三角形面積對應(yīng)底邊之間提供互相聯(lián)系的途徑

5.8 塞瓦定理

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\frac{BD}{DC}·\frac{CE}{EA}·\frac{AF}{FB} = 1

5.9 全等與相似

全等
(1) 定義
兩個三角形形狀相同,大小相同,則稱兩者全等.

(2) 判別
可以通過 邊邊邊(SSS), 邊角邊(SAS), 角邊角(ASA), 角角邊(AAS) 來判斷

(3) 性質(zhì)
如果兩個三角形全等,則對應(yīng)邊、對應(yīng)角、面積均相等。用數(shù)學(xué)語言表達就是兩個三角形等價,這樣的兩個三角形具有相同的邊長、角、面積等

(4) 應(yīng)用
當(dāng)出現(xiàn)折疊、對稱、旋轉(zhuǎn)時,可以用全等分析.

相似
(1) 定義
兩個三角形形狀相同,大小成比例,則稱兩者相似.

(2) 判斷
只要有兩組內(nèi)角對應(yīng)相等即可

(3) 性質(zhì)
相似三角形(相似圖形)對應(yīng)邊的比相等(即為相似比),\frac{a_1}{a_2}=\frac{b_1}{b_2}=\frac{c_1}{c_2}=k

相似三角形(相似圖形)的高、中線、角平分線的比也等于相似比

相似三角形(相似圖形)的周長比等于相似比,即\frac{c_1}{c_2}=k

相似三角形(相似圖形)的面積比等于相似比的平方,即\frac{S_1}{S_2}=k^2

二、四邊形

1.平行四邊形

平行四邊形兩邊長是a,b,如以a為底邊的高為h 面積為S = ah,周長C=2(a+b)

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特點

  • 邊的關(guān)系:AB平行且相等于CD
  • 角的關(guān)系:鄰角互補
  • 對角線的關(guān)系:對角線AC、BD相交且平分!
  • 對角線交點O為中心對稱點
  • 經(jīng)過中心O點的直線一定平分平行四邊形
  • 對角線相交將平行四邊形分為了面積相等的四個三角形
  • S_{△AOB}=S_{△AOD}=S_{△COD}=S_{△BOC}=\frac{1}{4}S 平行四邊形

面積求法

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  • S=ah
  • S=ab·sinα
  • S=\frac{1}{2}AC·BD·sinβ

2.矩形

矩形兩邊長為a,b ;面積為S=ab, 周長C=2(a+b),對角線l=\sqrt{a^2+b^2}

(\frac{C}{2})^2=對角線^2+2S
(a+b)^2=a^2+b^2+2ab

繼承了平行四邊形所有的性質(zhì)

  • 角,每個內(nèi)角均為90°
  • 對角線:對角線相等且平分

外接圓

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R_外=\frac{\sqrt{a^2+b^2}}{2}=\frac{對角線}{2}

4.菱形

菱形四邊邊長均為a,以a為底邊的高為h,面積為S=ah=\frac{1}{2}l_1l_2,其中l_1l_2分別為對角線的長,周長為C =4a

繼承了平行四邊形所有的性質(zhì)

  • 相鄰兩邊相等=四條邊均相等
  • 對角線互相垂直且平分
  • 對角線的交點將菱形分為了4個全等的直角三角形

垂美四邊形
四邊形中對角線相互垂直的四邊形 S=\frac{1}{2}l_1l_2

四邊形的命名一般是ABCD,根據(jù)命名的四個點之間一定是連續(xù)的關(guān)系!

5.正方形

正方形四邊邊長均為a, 四個內(nèi)角都是90。,面積為S=a^2,周長為C=4a.

繼承了平行四邊形所有的性質(zhì)

  • 鄰邊垂直且相等
  • 內(nèi)角均為90°
  • 對角線之間相等、垂直且平分
  • 對角線為內(nèi)角的角平分線
  • 對角線交點0將正方形分為了4個全等的等腰直角三角形
  • 對角線長度=\sqrt{2}a
  • 對角線相連之后正方形內(nèi)部共有8個等腰直角三角形

外接圓與內(nèi)切圓

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R_內(nèi)=\frac{1}{2}a
R_外=\frac{\sqrt{2}}{2}a

6.梯形

梯形上底為a,下底為b,高為h,中位線l=\frac{1}{2}(a+b),面積為S=\frac{1}{2}(a+b)h

  • 邊的關(guān)系上底//下底
  • 角的關(guān)系同旁內(nèi)角互補
  • 對角線交點0將梯形分為了固定比例的四塊面積

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△AOB∽△COD 得到

\frac{AB}{DC}:\frac{AO}{OC}:\frac{BO}{OD}=\frac{a}{b}

S_△AOB:S_△AOD=BO:OD=a:b

蝴蝶定理
S_△AOB:S_△AOD:S_△BOC:S_△COD=BO:OD=a^2:ab:ab:b^2
S看作(a+b)^2

7.蝶形定理

蝶形定理為我們提供了解決不規(guī)則四邊形的面積問題的一個途徑.通過構(gòu)造模型,一方面可以使不規(guī)則四邊形的面積關(guān)系與四邊形內(nèi)的三角形相聯(lián)系;另一方面,也可以得到與面積對應(yīng)的對角線的比例關(guān)系.
(1)任意四邊形中的比例關(guān)系(“蝶形定理”)

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\frac{S_1}{S_2}=\frac{S_4}{S_3}=\frac{OD}{OB}(同底等高三角形面積之比=底之比)
有:S_1·S_3=S_2·S_4

根據(jù)等比定理:
\frac{S_1}{S_2}=\frac{S_4}{S_3}=\frac{OD}{OB}=\frac{S_1+S_4}{S_2+S_3}
同理:
\frac{S_1+S_2}{S_4+S_3}=\frac{AO}{OC}

(2)梯形的蝶形定理及相似比例

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\frac{S_1}{S_2}=\frac{S_4}{S_3}=\frac{OD}{OB}=\frac{a}{b}

S_1·S_3=S_2·S_4

\frac{S_1}{S_3}=\frac{a^2}{b^2}(面積之比=相似比的平方)

S_2+S_3=S_4+S_3 得到 S_2=S_4

S_1:S_3:S_2:S_4=a^2:b^2:ab:ab

在任意四邊形中,對角線相連構(gòu)成的四個三角形,都有 上??下=左??右

三、三角形的四心

1.內(nèi)心

1.1內(nèi)切圓的圓心

  • 三條角平分線的交點(角平分線的點到角兩邊的距離相等)
  • 內(nèi)心到三邊的距離相等
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內(nèi)心將三角形分成了3塊,3個三角形面積成比例,面積之比=變成之比
S_{△AOB}:S_{△AOC}:S_{△BOC}=c:b:a

S_{△ABC}=\frac{1}{2}r_內(nèi)(a+b+c)

  • 一般三角形內(nèi)切圓半徑r_內(nèi)=\frac{2S}{a+b+c}

r_內(nèi)=\frac{2S}{C}=\frac{ab}{a+b+c}=\frac{ab(a+b-c)}{(a+b+c)(a+b-c)}=\frac{ab(a+b-c)}{(a+b)^2-c^2}=\frac{ab(a+b-c)}{a^2+b^2-c^2+2ab}=\frac{a+b-c}{2}

  • 直角三角形內(nèi)切圓半徑r_內(nèi)=\frac{a+b-c}{2}(c為斜邊)

r_內(nèi)=\frac{2S}{C}=\frac{2·\frac{\sqrt{3}}{4}a^2}{3a}=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}a}{3}=\frac{\sqrt{3}a}{6}

  • 等邊三角形內(nèi)切圓半徑r_內(nèi)=\frac{\sqrt{3}a}{6}

2.外心

外接圓的圓心;三邊中垂線的交點。

  • 外心到3個頂點的距離相等
  • 銳角三角形的外心在三角形內(nèi)
  • 直角三角形的外心在斜邊的中點
  • 鈍角三角形的外心在三角形外

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正弦定理:
在任意△ABC中,角A、B、C所對的邊長分別為a、b、c,三角形外接圓的半徑為R,則有:
\frac{a}{sinA}=\frac{b}{sinB}=\frac{c}{sinC}=2R=D

通用三角形外接圓半徑r=\frac{abc}{4S}
由正弦定理:r=\frac{a}{2sinA}
三角形面積:S=\frac{1}{2}bcsinA
得到r=\frac{abc}{4S}

直接三角形外接圓半徑r=\frac{c}{2}
∠C=90°,sinC=1,2R=\frac{c}{sinC}=c,R=\frac{c}{2}

直接三角形斜邊中點到各頂點距離相等

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等邊三角形外接圓半徑:r=\frac{\sqrt{3}a}{3}

S_△=\frac{\sqrt{3}}{4}a^2 ,AD=\frac{\sqrt{3}a}{2}
R_外=AD-R_內(nèi)=\frac{\sqrt{3}a}{2}-\frac{\sqrt{3}a}{6}=\frac{\sqrt{3}a}{3}

等邊三角形中:
R_外:R_內(nèi)=2:1
C_外:C_內(nèi)=2:1
S_外:S_內(nèi)=4:1

求中垂線

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(x-x_1)^2+(y-y_1)^2=(x-x_2)^2+(y-y_2)^2
(x-x_1)^2-(x-x_2)^2=(y-y_2)^2-(y-y_1)^2
(2x-x_1-x_2)(x_2-x_1)=(2y-y_2-y_1)(y_1-y_2)

3.重心

重心表示三條中線的交點
性質(zhì):

  • 重心將中線分成長度為2: 1的兩段
  • 重心到頂點的距離與重心到對邊中點的距離之比為2: 1
  • 重心和三角形3個頂點組成的3個三角形面積相等
  • 在平面直角坐標(biāo)系中, 重心的坐標(biāo)是頂點坐標(biāo)的算術(shù)平均值, 即(\frac{x_A+x_B+x_C}{3},\frac{y_A+y_B+y_C}{3})
  • 重心到三角形3個頂點距離的平方和最小
  • 重心是三角形內(nèi)到三邊距離之積最大的點

4.垂心

三條高的交點

四、圓與扇形

1.角度弧度

把圓弧長度和半徑的比值稱為一個圓心角的弧度.
度與弧度的換算關(guān)系:
1弧度=\frac{180°}{\pi}
1°=\frac{\pi}{180}弧度

常用的角度與弧度對應(yīng)關(guān)系:

角度 30° 45° 60° 90° 180° 360°
弧度 \frac{\pi}{6} \frac{\pi}{4} \frac{\pi}{3} \frac{\pi}{2} \pi 2\pi

2.圓

圓的圓心為O , 半徑為r, 直徑為d,則
周長:C=2\pi r=\pi d
面積:S=\pi r^2=\frac{1}{4} \pi d^2

3.扇形

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  • 劣弧:小于半周長的弧長\mathop{AB}\limits^{\frown}
  • 優(yōu)弧:大于半周長的弧長\mathop{AOB}\limits^{\frown}

3.1 扇形弧長

l=r\theta=\frac{\alpha}{360}·2\pi r
其中\theta為扇形圓心角的弧度數(shù), \alpha為扇形圓心角的角度, r為扇形半徑.

3.2 扇形面積

S=\frac{\alpha}{360°}·\pi r^2 = \frac{1}{2}lr
其中\alpha為扇形圓心角的角度, r為扇形半徑.

3.3 圓心角和圓周角的關(guān)系

弧的兩個端點與圓心的連線構(gòu)成的角度為圓心角
孤的兩個端點與圓上弧以外的其他端點的任意一點連線構(gòu)成的角度為圓周角

  • 圓心角=2圓周角
  • 圓心角具有唯一性
  • 圓周角可以有無窮多

扇形的核心參數(shù):
①圓心角
②半徑

多個扇形面積求解:
①若多個扇形的半徑相同,則可以利用總圓心角對應(yīng)求解
②若多個扇形的半徑不同,則分別求解每個扇形面積再相加

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S=\frac{\alpha+\beta}{360°}·\pi r^2=\frac{1}{2}(\alpha+\beta)r^2

圓環(huán)的面積可以看做梯形的面積求解

五、三角形定理及常用結(jié)論

1.勾股定理

如果直角三角形的兩條直角邊分別為a ,b ,斜邊為c ,那么a^2+b^2=c^2
常見的勾股數(shù)

  • 3, 4, 5 ;
  • 6, 8, 10 ;
  • 5, 12, 13 ;
  • 7, 24, 25 ;
  • 8,15, 17

2.射影定理

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CD⊥AB,則
CD^2=AD·BD
AC^2=AD·AB
BC^2=BD·BA

原理:來源于三角形相似

斜高關(guān)系:
a和b表示直角邊, c表示斜邊,h表示斜邊上的高, 則h=\frac{ab}{c}

3.正弦定理

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正弦定理:
在任意△ABC中,角A、B、C所對的邊長分別為a、b、c,三角形外接圓的半徑為R,則有:
\frac{a}{sinA}=\frac{b}{sinB}=\frac{c}{sinC}=2R=D

正弦定理適用于兩類解三角形問題

  • 已知三角形的任意兩角和一邊, 先求第三個角, 再根據(jù)正弦定理求出另外兩邊
  • 已知三角形的兩邊與其中一邊所對的角, 先求另一邊所對的角(注意此角有兩解、 一解、 無解的可能), 再計算第三個角, 最后根據(jù)正弦定理求出第三邊

4.余弦定理

在△ABC中, 角A、B、C所對的邊分別為a, b, c ,則有:
a^2=b^2+c^2-2bc·cosA
b^2=a^2+c^2-2ac·cosB
c^2=a^2+b^2-2ab·cosC

其變式為:
cosA=\frac{b^2+c^2-a^2}{2bc}

cosB=\frac{a^2+c^2-b^2}{2ac}

cosC=\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab}

余弦定理及其變式可用來解決以下兩類三角形問題

  • 已知三角形的兩邊及其夾角, 先由余弦定理求出第三邊, 再由正弦定理求較短邊所對的角(或由余弦定理求第二個角), 最后根據(jù)“內(nèi)角和定理” 求得第三個角
  • 已知三角形的三條邊, 先由余弦定理求出一個角, 再由正弦定理求較短邊所對的角(或由余弦定理求第二個角), 最后根據(jù)“內(nèi)角和定理” 求得第三個角

兩角互補時, 正弦值相同, 余弦值互為相反數(shù)

5.中線定理

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AD為BC 邊上的中線,則有:
AB^2+AC^2=2(AD^2+BD^2)

6.角平分線定理

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AD為∠BAC的角平分線, 則有:
\frac{AB}{AC}=\frac{BD}{DC}

證明:過點B作AC的平行線用相似法或用等面積法.

求角平分線長度

斯庫頓定理
AD^2=AB·AC-BD·DC

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