师:小伙伴们大家好,今天由陈老师带领大家学习初中数学,人民教育出版社七年级下册第五章第二节《平行线的判定》第一课时。上课前,我们先看这样一个问题。如图一,两条直线平行吗?为什么有的同学说图一两条直线延长会交于一点,图二两条直线延长不会相交,所以认为图一两条直线不平行,图二两条直线平行,一定是这样吗?
肉眼的直观感知是我们学习数学很重要的手段,但有时眼见不一定为实。比如看下面这个图,图中两条线段长度大小如何?是不是觉得左边红色线段短一些,右边绿色线段长一些?实际上这两条线段完全一样长,不信可以对比看看。无论是人眼睛的生理特点,还是心理特点,看错图都在所难免,而且这种错误几乎人人都会犯,老师也不例外。这其实就是视错觉,物理学家和心理学家将视错觉产生的原因概括为以下三类:一是画在平行线上不同方向的锐角之间的差异造成的;二是眼睛里视网膜弯曲程度造成的;三是有层次的线段使眼睛集中和分散,造成平行线视觉上的弯曲。我们课本第十面也对看图时的错觉做了详细说明,有兴趣的同学课下可以自行研究。宇宙中有很多神奇事物等待我们去认知,言归正传。图一通过延长确实找到了交点,证明图一两条直线不平行,但图二同学们通过延长一定长度没找到交点,那这两条直线就一定平行吗?有的同学提到,直线两端无限延伸,想从交点方面判断两条直线是否平行困难重重。
既然从定义角度无法判定,那该如何寻找平行线的判定方法呢?这节课我们就来研究平行线的判定。先来回忆一下,我们是如何过直线外一点画已知直线的平行线的?
我们将这个过程概括为“一放二靠三移四画线”。请同学们思考,在这个过程中,三角尺起了怎样的作用?为方便研究这个实际问题,我们将它简化为数学问题。可以看到,过点(p)作与已知直线(AB)平行的直线(CD),实际上是过点(p)作出与角(2)相等的角(1)。而角(1)与角(2)是(a)、(b)、(c)、(d)两条直线被(EF)所截形成的同位角。在长期实践中,人们发现了平行线判定的基本事实:两条直线被第三条直线所截,如果同位角相等,那么这两条直线平行。简单说就是,同位角相等,两直线平行。这是用文字语言表述的平行线判定的基本事实,也就是我们所说的平行线判定公理。为更好表达这一发现,我们用数学符号语言表示:已知,如图,因为(\angle1 = \angle2)(已知),所以(L_1\parallel L_2)(同位角相等,两直线平行)。这里用上面两个点,下面一个点表示“因为”,上面一个点,下面两个点表示“所以”。及时巩固,来看例一。如图(6),直线(L_1),(L_2)被直线(L_3)所截,(\angle1 = 45^{\circ}),(\angle2 = 135^{\circ})。判断(L_1)与(L_2)是否平行,并说明理由。请同学们动笔思考。
同学们观察到(\angle1)与(\angle2)在这里没有特定位置关系,我们可以把(\angle1)和(\angle2)的位置关系转变成已知的同位角关系。比如,我们可以选择(\angle2)的邻补角(\angle3),(\angle1)和(\angle3)就是同位角关系。通过计算(\angle3 = 180^{\circ} - 135^{\circ} = 45^{\circ}),这样就与(\angle1)相等了,由同位角相等就能得到(L_1)与(L_2)平行。
来看完整解题过程:(L_1\parallel L_2),理由如下:因为(\angle2 + \angle3 = 180^{\circ})(平角的定义),所以(\angle3 = 45^{\circ});又因为(\angle1 = 45^{\circ})(已知),所以(\angle1 = \angle3)(等量代换),所以(L_1\parallel L_2)(同位角相等,两直线平行)。还有其他方法吗?很好,有的同学选择了(\angle1)的邻补角,通过计算和(\angle2)相等,依然能利用同位角相等判定(L_1)与(L_2)这两条直线平行。再来看例(2),如图(7),你能说出木工用图中的角尺画平行线的道理吗?我们把这个问题转化为数学问题,即如图(8),(CD\perp AB),(EF\perp AB),(C)、(E)分别为垂足,直线(CD)与直线(EF)平行吗?请说明理由。大家很容易观察到(\angle ACD)、(\angle AEF)由于垂直均为(90^{\circ}),所以可以利用这两个(90^{\circ})的同位角来判定两条被截直线(CD)与(EF)平行。来看完整过程:(CD\parallel EF),理由如下:因为(CD\perp AB),(EF\perp AB)(已知),所以(\angle ACD = 90^{\circ}),(\angle AEF = 90^{\circ})(垂直的定义),所以(\angle ACD = \angle AEF)(等量代换),所以(CD\parallel EF)(同位角相等,两直线平行)。
大家观察到(CD)和(EF)这两条直线在同一平面内,且同时垂直于(AB),它们就有平行关系。那么由此可以得到平行线判定的什么方法呢?能否用文字描述?
有的同学已经说出来了,在同一平面内,垂直于同一条直线的两条直线互相平行。截至目前,我们掌握了四种判定平行的方法:一、平行线的定义;二、平行公理及其推论;三、平行线的判定公理,即同位角相等,两直线平行;四、在同一平面内,垂直于同一条直线的两条直线互相平行。接下来小试牛刀,看看大家学得怎么样。一、某人骑自行车从(a)地出发,沿正东方向前进至(b)处后右转(15^{\circ}),沿直线向前行驶到(c)处。如图(9),这时他想仍按正东方向行驶,那么他应该怎样调整行驶方向?请画出他继续行驶的路线,并说明理由。请同学们先独立思考。
好,一起来看。我们可以先在点(c)处画出与(AB)相同的正东方向。怎么保证(CF)与(AB)是同一方向呢?聪明的同学发现,如果它们都是正东方向,应该平行。所以在点(c)处画(CF)时,保证(\angle ECF = 15^{\circ}),这样同位角相等就能判定(AB)和(CF)平行,从而说明(CF)为正东方向。
来看,如图(10),延长(BC)至(E),向北调整(15^{\circ}),即(\angle ECF = 15^{\circ}),(CF)即为继续行驶的路线。理由如下:因为(\angle CBD = \angle ECF = 15^{\circ})(已知),所以(AB\parallel CF)(同位角相等,两直线平行),由射线(AB)为正东方向,故(CF)亦为正东方向。做对了吗?第二题,如图(11),直线(L_1),(L_2)被直线(L_3)所截,且(\angle1 = \angle2)。直线(L_1)与(L_2)平行吗?请说明理由,请大家独立思考。
好的,一起来看。有的同学借助(\angle2)和(\angle3)是对顶角,由(\angle1 = \angle2)等量代换成(\angle1 = \angle3),根据同位角得出两条被截直线(L_1\parallel L_2)。也有的同学借助(\angle1)的对顶角(\angle4),等量代换成(\angle2 = \angle4),继而说明(L_1\parallel L_2),这两种方法都很棒。老师想问大家,如果本题只给(\angle3 = \angle4),能否说明两条被截直线(L_1)与(L_2)平行呢?聪明的同学发现,由(\angle3 = \angle4)可以直接等量代换成(\angle1 = \angle3)或(\angle2 = \angle4),继而由同位角相等判定(L_1\parallel L_2)。那么请问(\angle3)与(\angle4)在这个图中是什么关系的角?非常好,它们是内错角。那么由此又能发现什么判定方法呢?由内错角也可以判定两条被截直线平行,这样就得出了平行线的判定方法五:两条直线被第三条直线所截,如果内错角相等,那么这两条直线平行。简单说,内错角相等,两直线平行。用符号语言表述:已知,如图,因为(\angle1 = \angle2)(已知),所以(L_1\parallel L_2)(内错角相等,两直线平行)。再看前面木工师傅画平行线的问题,能否通过内错角相等来判断师傅画的是平行线呢?我们可以借助(\angle ACD)的对顶角(\angle1),如图,(\angle1)与(\angle2)均为(90^{\circ}),内错角相等,依然能判定师傅所画的两条被截直线(CD)与(EF)平行。同理,也可以选择(\angle BEF)的对顶角,与(\angle BCD)相等也可以。
