平面几何 · 比例与面积

平行截线的长度比与面积比

先确认平行与对应:长度同率,三角形面积平方,梯形带相减。

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01

一条平行截线,怎样改变面积?

△ABC 中,D 在 AB 上,E 在 AC 上,DE ∥ BC,AD:AB=2:3。△ABC 的面积为108平方厘米。求 △ADE 的面积和梯形 DBCE 的面积。图形保留平行和比例,文字标注作偏移示意。

第1步 / 共5步:标清对应

ABCDEDE ∥ BC

先确认 D、E 在同一顶点 A 的两条边上;DE 与 BC 平行。

对应左侧面积108的同一题

2 : 3

只比较对应对象

AD 对 AB,AE 对 AC,DE 对 BC。不要把 AD 对 DB 当成缩放比。

完整计算:108×(2/3)²=48;108−48=60。面积单位均为平方厘米。

02

学习准备与适用范围

学习目标

  • 识别对应边和对应三角形,区分局部与整体。
  • 用等底等高面积关系推导两腰同率与面积平方。
  • 处理梯形带、分层和沙漏形,能从面积反推长度比。

必要前置

三角形面积公式、同高面积比等于底比、平行线间距离相等、分数四则和平方。相似三角形是可选的快捷语言,本页同时给出面积法推导。

定义:内截线指连接三角形两边上两点的线段。本页研究它与第三边平行的情形,三角形面积必须大于0。旁白中的“两腰”仅指从同一顶点出发的两条边,不要求等长。字母 S(PQR) 表示 △PQR 的面积;∥ 表示平行。

本页是项目编排的 S班拓展,不声称六年级上册必学或任何机构官方课纲。“金字塔形”仅为二维三角形分层的别称;不讨论立体金字塔的体积。

03

为什么成立:先同率,再平方

1. 不先套相似,先用等底等高

设 D、E 分别在 AB、AC 的内部,DE ∥ BC。连接 BE 和 CD。△BDE 与 △CDE 共用底 DE,B、C 在与 DE 平行的直线 BC 上,所以到 DE 的高相等,二者等面积。

给二者各加上 △ADE,便有 S(ABE)=S(ACD)。这是两块不同的拼合区域,但都由同一块 △ADE 加上一块等面积区域组成。

△ABE 与 △ABC 的底 AE、AC 在同一直线,顶点 B 相同,所以 S(ABE)/S(ABC)=AE/AC。△ACD 与 △ABC 的底 AD、AB 在同一直线,顶点 C 相同,所以 S(ACD)/S(ABC)=AD/AB。于是:

AD/AB = AE/AC = k,且 0 < k < 1。

2. 连续做两次同高面积比较

△ADE 与 △ABE 以 AD、AB 为底、E 为共同顶点,面积比为 k。刚才已有 S(ABE)/S(ABC)=k。两式相乘:

S(ADE)/S(ABC) = [S(ADE)/S(ABE)] × [S(ABE)/S(ABC)] = k²。

这说明面积要缩两次。还可以只用面积法求截线长度:S(BDE)=S(ABE)−S(ADE)=k(1−k)S(ABC),而 S(BCD)=(1−k)S(ABC)。△BDE 与 △BCD 分别以 DE、BC 为底,它们的高都是两条平行线间的距离,所以 DE/BC=S(BDE)/S(BCD)=k。再由底×高÷2与面积比 k²,得对应高比 h/H=k。也可用两角分别相等判定相似,直接得到这些长度关系;使用此快捷法须先掌握相似判定。

AD/AB = AE/AC = DE/BC = h/H = k;S(ADE)/S(ABC)=k²。

h、H 分别是以 DE、BC 为底时从 A 作出的高。长度比必须比较对应边或对应高。AD:DB 只表示一条边内两段之比,不能直接平方。

3. 分层比是累计面积的差

沿两腰同率取两个内截点,距离顶点的比例为 p、q,0<p<q<1,两条截线都平行 BC。累计三角形面积占比依次为 p²、q²、1;三层面积占比为 p²、q²−p²、1−q²。

若高三等分,p=1/3、q=2/3。累计面积比为1:4:9,三层面积比为1:3:5。不能把三层等高误认为等面积,因为各层宽度不同。

04

完整例题:整体、分层与沙漏

例题1 · 由梯形带反推整体(自拟)

条件:△ABC 中,D∈AB、E∈AC,DE ∥ BC,AD:DB=3:2,BC=15厘米,梯形 DBCE 面积为96平方厘米。求 DE 和 △ADE 的面积。

  1. 统一基准:AB=AD+DB,所以 AD:AB=3:5,k=3/5。
  2. DE=15×3/5=9厘米。
  3. 顶端小三角形占整体9/25,梯形带占1−9/25=16/25。
  4. 整体面积=96÷(16/25)=150平方厘米;小三角形面积=150×9/25=54平方厘米。

复核:54+96=150;9:15=3:5。题目给的是梯形带96,不能直接用96×9/25。

例题2 · 沙漏形的顶点在两底之间(自拟)

条件:D、O、C 共线,E、O、B 共线,O 位于 DC、EB 内部,DE ∥ BC,DE=6厘米、BC=10厘米。△DOE 面积为27平方厘米。求 △BOC 面积与这两个三角形面积之和。

  1. △DOE 与 △COB 的顶角是对顶角,另两组对应角由平行线得到,故这两个三角形相似。对应为 D↔C、E↔B、O↔O;不是 D↔B。
  2. 对应长度比 DE:CB=3:5,高比也为3:5。若未学相似,可用下段面积法得到射线比和高比。
  3. 面积比 S(DOE):S(BOC)=9:25,因此下方面积=27×25/9=75平方厘米。
  4. 两三角形面积之和=27+75=102平方厘米。这里不包含左右两个空隙。

沙漏形的面积法依据

连接 DB、EC。△DBC 与 △EBC 共用底 BC,D、E 在平行线 DE 上,故等面积。各减去 △BOC 得 S(DOB)=S(EOC)。两者以 OB、OE 为底、D、C 为顶点;也可按 OD、OC 为底分拆面积。具体令 x=OD/OC、y=OE/OB:以直线 DOC 为底线,E、B 到该线的高之比为 OE/OB=y,所以 S(DOE)/S(COB)=xy;同时 S(DOB)/S(COB)=x,S(EOC)/S(COB)=y。由等面积得 x=y。最后,△DBE 与 △EBC 的底分别为 DE、BC,高同为两平行线间距离。令下方面积为 S,则这两个三角形面积分别为(x²+x)S、(1+x)S,故 DE/BC=(x²+x)/(1+x)=x。对应高比再由面积公式求出。于是面积比就是(DE/BC)²。此论证只使用等底等高及同高面积比等于底比,不依赖图看起来相似。

05

迁移练习:先写对应,再计算

练习1 · 换成已知整体(自拟)

△ABC 中,DE ∥ BC,D、E 在 AB、AC 内部。AD:DB=2:1,S(ABC)=108平方厘米。求 S(ADE) 和 S(DBCE)。

查看完整解析

AD:AB=2:(2+1)=2:3。小三角形面积比为(2/3)²=4/9,所以 S(ADE)=108×4/9=48平方厘米。梯形带为108−48=60平方厘米。不能把2:1直接平方。

练习2 · 从面积比反求分点(自拟)

同样的内截线配置,DE ∥ BC。已知 S(ADE):S(DBCE)=4:5,求 AD:DB。

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小三角形与整体的面积比为4:(4+5)=4:9。长度比为正,且(2/3)²=4/9,所以 AD:AB=2:3。剩下 DB 占整边1/3,故 AD:DB=2:1。平方关系用的是“小三角形:整体”,不是“小三角形:梯形带”。

练习3 · 沙漏形面积(自拟)

D、O、C 共线,E、O、B 共线,O 在两线段内部,DE ∥ BC。DE:BC=4:7,S(DOE)=32平方厘米。求 S(BOC)。

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对应三角形面积比为4²:7²=16:49。S(BOC)=32×49/16=98平方厘米。上下高不相等,不能只按4:7分配面积。

06

边界、反例与回顾

不平行时,为什么平方会失效?

取 D 为 AB 的中点,E 在 AC 上且 AE/AC=3/4。这时 AD/AB=1/2,AE/AC=3/4,不同率,所以 DE 不平行 BC。连续做两次同高面积比较,仍得 S(ADE)/S(ABC)=(1/2)×(3/4)=3/8,不是(1/2)²=1/4。只给一条边比,不能判断面积比。

容易混淆的四件事

解题顺序:确认平行与共顶点 → 标出对应对象 → 长度比统一到整体 → 平方得到累计三角形面积比 → 余带或分层相减 → 检查面积和与单位。

07

逐章回看

点击章节标题,可定位到视频中的对应讲解。

三角形ABC中,D、E在两腰上,DE平行BC。AD是AB的三分之二。

为什么两腰按同一比例分割?连接BE和CD,先看两个小三角形。

BDE与CDE等底等高。各加上ADE,得到ABE与ACD等面积。

同高三角形面积比等于底边比,因此两腰的分割比例相同。

从ABC到ABE,再到ADE,面积连续乘两次三分之二,得到九分之四。

若整三角形面积是一百零八,小三角形是四十八,梯形带是六十。

把高三等分,截线长度比是一比二比三,累计面积比是一比四比九。

分层面积要相减,依次是一比三比五。等高的三层并不等面积。

沙漏形中,上下底平行,两腰交于O。底长三比五,面积就是九比二十五。

先查平行和对应,再求长度比,平方得三角形面积比,分层最后做减法。