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浅谈垂心的两个性质及其应用

2010-11-20 00:03阅读:
浅谈垂心的两个性质及其应用
摘要:文章通过分析垂心的两个性质,并且在实际中应用的重要性,在一些数学竞赛中尤为突出,这是数学竞赛中重要的一项。
关键词:垂心 塞瓦定理 高线
1 引言:
许多同学遇到难题目时无从下手,不知所措。现在的数学教材和课堂教学,都是从概念到概念、从定理到推论,处处强调逻辑演绎的严格性,这样过分的强调,不仅使同学对数学产生误解,降低对数学的联想和直观的类推,而且由于数学活动中的联想、直观类推等被大大淡化甚至取消,以致数学在培养人的素质方面的作用也受到极大损害。本文所要探讨的就是数学学习中,数学联想和直观类推的重要性。
2 垂心的两个性质及推论:


性质1:在△ 中,高 , , 相交于垂心 ,则∠ =∠ ,∠ =∠ ,∠ =∠
证明:∵ , , 是△ 三边的高
∴∠ =∠ =90°∴ 四点共圆
∴∠ =∠ 同理∠ =∠ =90°
∴ 四点共圆 ∴∠ =∠
而∠ =∠ ,∠ =∠ ∴∠ =∠
同理可得:∠ =∠ , ∠ =∠


推论: 为△ 的高, 是 上一点 分别交 于 ,求证:∠ =∠
证明:过 作 的平行线与 的延长线,分别相交于
∴ = , =
∴ = ┉① = ┉②
由① ②可得: = ,
由塞瓦定理可得: =1 ∴ ,而
是等腰三角形 ∴ , 即:∠ =∠


性质2:如图,已知 是锐角 的外接圆,高 的延长线交 于 是垂心。证明:
证明: ∵ 是 边 上的高 ∴∠ =
而 = ∴∠ = =
又∵ 而 = ,
∴∠ = 又∵ ∴ ≌ ∴
3 垂心性质的应用
应用1、如图,设四边形 中, 平分∠ , 为 上任一点, 分别交 于 ,则∠ =∠ (99年全国联赛加试第二题)
分析:在这里,图(4)相当于把图(2)中的线段 变成折线 ,证明方法类似。


证明:过 分别作 的平行线,分别交 的延长线于
连 ,交 于 ∵ ,
∴ ,
又∵在 中 平分∠

∴由塞瓦定理可得 ,即 (图4)
又∵ , ∴∠ =
又∵ 平分∠ ,∴ ∴ =
又∵ ∴△ △ ∴∠ =∠
应用2 、如图,如果 是垂心,即高 的交点,那么易证 的外接圆交于一点 ,而且 ;反过来, 是否是垂心。即:点 分别是 的边 上的点, 的外接圆交于一点 ,而且 ,是否有 是 的三条高,即 是垂心?(1999~2000波兰数学奥林匹克试题)
分析:这题当中要注意,不可假设 都过点 ,从 四点共圆可推出 ,但①只能推导出 而不能推导出 所以得不出 ∽


要得出相似三角形,只有延长 到 ,
使得 再利用性质2
证明:
延长 到 ,使得 ,连接
由题意可知:
┉ ①
∴ ,同理可得
∴ 四点共圆
又①得 由同弧所对的圆周角相等可知
∴ , 共线 , 从而 在一条直线上
同理可证 共线 由对顶角相等: ,而
∴ ,而 ∴ ,即 是 的高
同理 也是 的高, 即 是垂心
4 反思:
从应用1看,题目其实只是推论的一个变形,将推论的线段 变成了折线 ,其中的本质并没有改变。应用2是1999~2000波兰数学奥林匹克的试题,最后通过外接圆来解决问题,解题之初未曾意料到,但如果熟悉性质2的结论,并发现 在外接圆上,这就离问题的最终解决没有多远了。
从上面应用1和应用2发现,在一些竞赛中,一些题目一看,无从下手,但如果仔细地阅读和分析题目,其中很多的“玄机”,并且“对症下药”,就有事半功倍的效果。作为教师怎么样使学生具有这种“火眼睛睛”,这就是教师要思考的。
在中学数学教育也要提倡素质教育,培养数学基本素质,过去更多是向学生传授有关某一题或者某一类题的解题技巧,只是就题论题,抹杀了同学们的探索精神和创造力,让同学们的数学思维定式。竞赛数学一些巧妙的问题设置和独到的解法,不仅反映了中学数学的精华和基本数学思想方法,且更深刻地反映了数学的本质,倘若平时只讲究技巧,而不讲究本质,在竞赛中就会吃大亏。
竞赛数学之所以难,就是因为其反映着中学数学的基础,平时授课不仅只是一些定义、公式、符号的堆积,而是要对一些定义进行分析,让其明白定义的含义,对一些公式的未知量进行分析,让其知道这些未知量之间的相互关系。在中学阶段让学生意识到数学是一个体系,而不是相互分离的,并且这个体系是开放的。
在平时练习中,不要只注意一些公式的简单的应用,而要让同学们会从定义出发来解决一些问题,特别是一些难题。比如注意数学建模的锻炼,怎么将一个现实的问题数学化,建立数学模型,这样势必让同学们明白,数学并非仅仅是教师里的,在现实生活中也有很大用处的,同学很自然就会用数学看世界,这样即可以加深同学们对数学定义的理解,也可以激发同学们的学数学的热情与兴趣。
学习数学兴趣是很重要的,数学是一门很需要探索的。在书本中更多地介绍一些很关键的知识点,但有很多知识点,书本只的点到即止,老师课堂上无法面面俱到,既是努力做到,不仅老师工作量大,同学们也承受不了这种课业压力。只有同学们自己去钻研,去探索,倘若如此同学将会以一种轻松的态度学数学,在轻松中获取数学,才会让大家觉得数学其实是很美丽的。
总之,学生的“火眼睛睛”,就是培养学生有认识数学本质的能力。

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