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一、三角形全等的基础认知
(一)全等形与全等三角形的定义
1. 全等形
能够完全重合的两个图形叫做全等形。想象一下,你用两张同样大小的正方形卡纸,把它们精准地叠在一起,没有任何缝隙、也没有重叠部分,这两张正方形卡纸就是全等形。再比如,两个形状、大小完全一致的圆形徽章,它们也是全等形。全等形的核心特征就是形状和大小都完全相同,这是判断两个图形是否为全等形的 “金标准” 。
2. 全等三角形
能够完全重合的两个三角形叫做全等三角形。当把两个全等三角形重合时,重合的顶点叫对应顶点,重合的边叫对应边,重合的角叫对应角。举个例子,有 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △DEF\triangle DEF△DEF,当它们完美重合,点 AAA 和点 DDD 重合,点 BBB 与点 EEE 重合,点 CCC 与点 FFF 重合,那么 AAA 与 DDD 是对应定点,ABABAB 与 DEDEDE 是对应边,∠A\angle A∠A 与 ∠D\angle D∠D 是对应角。
(二)全等三角形的性质
1. 对应边相等
全等三角形的对应边长度肯定相等。若 △ABC≅△DEF\triangle ABC\cong \triangle DEF△ABC≅△DEF,那必然有 AB=DE,BC=EF,AC=DFAB=DE,BC=EF,AC=DFAB=DE,BC=EF,AC=DF。你可以动手做个小实验,用硬纸板剪出两个全等的三角形,拿尺子量一量对应的边,会发现长度丝毫不差。在解题时,要是知道一个三角形的三边长度,求与之全等的另一个三角形的某条边,直接用对应边相等就能轻松得出结果。比如,已知 △ABC\triangle ABC△ABC 三边为 3cm、4cm、5cm3cm、4cm、5cm3cm、4cm、5cm,且
△ABC≅△DEF\triangle ABC\cong \triangle DEF△ABC≅△DEF,AB=3cmAB=3cmAB=3cm 对应 DEDEDE,那 DEDEDE 就是 3cm3cm3cm。
2. 对应角相等
全等三角形的对应角大小相等。即 △ABC≅△DEF\triangle ABC\cong \triangle DEF△ABC≅△DEF 时,∠A=∠D,∠B=∠E,∠C=∠F\angle A=\angle D,\angle B=\angle E,\angle C=\angle F∠A=∠D,∠B=∠E,∠C=∠F。同样用测量的方法验证,拿三角板的角度去比对全等三角形的对应角,度数肯定一样。在求角的度数问题里,已知一个三角形的角的度数,求全等三角形对应角的度数,就靠这个性质。比如 △ABC\triangle ABC△ABC 中 ∠A=60∘\angle
A=60^\circ∠A=60∘,△ABC≅△DEF\triangle ABC\cong\triangle DEF△ABC≅△DEF,那么 ∠D\angle D∠D 就是 60∘60^\circ60∘
3. 衍生性质
因为对应边、对应角相等,所以全等三角形周长相等、面积也相等 。周长是三边长度和,对应边相等,周长自然相等;三角形面积公式是 S=12ahS=\frac{1}{2}ahS=21 ah(aaa 是底,hhh 是与底对应的高),全等三角形对应边当底时,对应的高也相等(对应角相等,高与边的夹角也对应相等,通过几何推理能证高相等 ),所以面积相等。像两个全等的直角三角形,三边对应相等,周长相同,以相同直角边为底和高算面积,结果也一样。
二、三角形全等的判定定理
(一)边边边(SSS)判定定理
1. 定理内容
三边分别相等的两个三角形全等 。用符号表示:在 △ABC和△DEF\triangle ABC 和 \triangle DEF△ABC和△DEF 中,若 AB=DE,BC=EF,AC=DFAB=DE,BC=EF,AC=DFAB=DE,BC=EF,AC=DF,则 △ABC≅△DEF\triangle ABC\cong \triangle DEF△ABC≅△DEF(SSS)
2. 推理验证
通过作图理解验证。给定三边长度,比如 3cm、4cm、5cm3cm、4cm、5cm3cm、4cm、5cm,用直尺和圆规画两个三角形,会发现它们能完全重合,证明三边相等的两个三角形全等 。解题时,找到两个三角形三边对应相等,就能判定全等。比如三角形框架,三边长度固定,形状大小就固定,另一个三边相同的框架,肯定和它全等 。
3. 例题应用
已知:如图,AB=CD,AD=CBAB=CD,AD=CBAB=CD,AD=CB,求证 △ABC≅△CDA\triangle ABC\cong \triangle CDA△ABC≅△CDA。
证明:在 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △CDA\triangle CDA△CDA 中
{AB=CDBC=DA(公共边)AC=CA \begin{cases} AB = CD \\ BC = DA (公共边) \\ AC = CA \end{cases} ⎩⎨⎧ AB=CDBC=DA(公共边)AC=CA
所以 △ABC≅△CDA\triangle ABC\cong\triangle CDA△ABC≅△CDA(SSS)。这里 ACACAC 是公共边,结合已知 AB=CDAB=CDAB=CD,AD=CBAD=CBAD=CB(即 BC=DABC=DABC=DA),满足三边对应相等,判定全等
(二)边角边(SAS)判定定理
1. 定理内容
两边和它们的夹角分别相等的两个三角形全等 。符号表示:在△ABC\triangle ABC△ABC 和 △DEF\triangle DEF△DEF 中,若 AB=DE,∠B=∠E,BC=EFAB=DE,\angle B=\angle E,BC=EFAB=DE,∠B=∠E,BC=EF,则 △ABC≅△DEF\triangle ABC\cong \triangle DEF△ABC≅△DEF(SAS)。注意,必须是两边及其夹角,两边和其中一边的对角相等(SSA)不能判定全等 。
2. 几何推导
两边及其夹角确定,三角形形状大小就确定。因为两边长度和夹角确定,第三边长度可用余弦定理 c2=a2+b2−abccosCc^2=a^2+b^2-abc\cos Cc2=a2+b2−abccosC(a、ba、ba、b 是两边,CCC 是夹角,ccc 是第三边)确定,所以第三边唯一,三角形全等 。比如已知两边 2cm、3cm2cm、3cm2cm、3cm,夹角 60∘60^∘60∘,画的三角形形状大小固定,另一个满足条件的也能重合。
3. 例题与易错点
* 例题:已知 ACACAC 和 BDBDBD 相交于 OOO,OA=OCOA=OCOA=OC,OB=ODOB=ODOB=OD,求证:△AOB≅△COD\triangle AOB\cong \triangle COD△AOB≅△COD 中,
证明:在 △AOB\triangle AOB△AOB 和 △COD\triangle COD△COD 中
{OA=OG∠AOB=∠COD(对顶角相等)OB=OD \begin{cases} OA = OG \\ \angle AOB = \angle COD (对顶角相等) \\ OB = OD \end{cases} ⎩⎨⎧ OA=OG∠AOB=∠COD(对顶角相等)OB=OD
所以 △AOB≅△COD\triangle AOB\cong \triangle COD△AOB≅△COD(SAS)。这里 ∠AOB\angle AOB∠AOB 和 ∠COD\angle COD∠COD 是对顶角相等,结合已知边相等,满足 SAS,判定全等 。
* 易错点(SSA 反例):在 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △ABD\triangle ABD△ABD 中,AB=ABAB=ABAB=AB,AC=ADAC=ADAC=AD,∠B=∠B\angle B=\angle B∠B=∠B,但两三角形不全等 。因为 ∠B\angle B∠B 不是 AC、ADAC、ADAC、AD 的夹角,所以不能用 SAS 判定,说明必须是两边及其夹角才能判定 。
(三)角边角(ASA)判定定理
1. 定理内容
两角和它们的夹边分别相等的两个三角形全等 。符号表示:在 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △DEF\triangle DEF△DEF 中,若 ∠A=∠D,AB=DE,∠B=∠E\angle A=\angle D,AB=DE,\angle B=\angle E∠A=∠D,AB=DE,∠B=∠E,则 △ABC≅△DEF\triangle ABC\cong \triangle DEF△ABC≅△DEF(ASA)。
2. 原理分析
两角及其夹边确定,三角形形状大小就确定。三角形内角和 180∘180^∘180∘,已知两个角,第三个角也确定(∠C=180∘−∠A−∠B,∠F=180∘=∠D−∠E\angle C=180^∘-\angle A-\angle B,\angle F=180^∘=\angle D-\angle E∠C=180∘−∠A−∠B,∠F=180∘=∠D−∠E,所以 ∠C=∠F\angleC=\angle F∠C=∠F),夹边相等,用 SSS 或 SAS 也能推全等。作图时,给定两角及其夹边长度,只能画一个三角形,所以这样的两个三角形全等 。比如已知 ∠A=60∘\angle
A=60^\circ∠A=60∘,∠B=70∘\angle B=70^\circ∠B=70∘,夹边 AB=5cmAB=5cmAB=5cm,画的三角形形状大小固定,另一个满足条件的能重合 。
3. 例题应用
已知:点 DDD 在 ABABAB 上,点 EEE 在 ACACAC 上,AB=ACAB=ACAB=AC,∠B=∠C\angle B=\angle C∠B=∠C,求证:△ABE≅△ACD\triangle ABE\cong \triangle ACD△ABE≅△ACD。
证明:在 △ABE\triangle ABE△ABE 和 △ACD\triangle ACD△ACD 中,
{∠A=∠AAB=AC∠B=∠C \begin{cases} \angle A = \angle A \\ AB = AC\\ \angle B = \angle C \end{cases} ⎩⎨⎧ ∠A=∠AAB=AC∠B=∠C
所以 △ABE≅△ACD\triangle ABE\cong \triangle ACD△ABE≅△ACD(ASA)。这里 ∠A\angle A∠A 是公共角,AB=ACAB=ACAB=AC 是夹边,∠B=∠C\angle B=\angle C∠B=∠C 是另外两角,满足 ASA,判定全等 。
(四)角角边(AAS)判定定理
1. 定理内容
两角和其中一角的对边分别相等的两个三角形全等 。符号表示:在 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △DEF\triangle DEF△DEF 中,若 ∠A=∠D\angle A=\angle D∠A=∠D,∠B=∠E\angle B=\angle E∠B=∠E,BC=EFBC=EFBC=EF,则 △ABC≅△DEF\triangle ABC \cong \triangle DEF△ABC≅△DEF(AAS) 。AAS 可由 ASA 推导,因为三角形内角和 180∘180^\circ180∘,已知两个角相等,第三个角也相等,就转化为 ASA 情况 。比如 ∠A=∠D\angle
A=\angle D∠A=∠D,∠B=∠E\angle B=\angle E∠B=∠E,则 ∠C=∠F\angle C=\angle F∠C=∠F,若 BC=EFBC=EFBC=EF(BCBCBC 是 ∠A\angle A∠A 的对边,EFEFEF 是 ∠D\angle D∠D 的对边),可判定全等
2. 与 ASA 的关系推导
由 ∠A=∠D\angle A=\angle D∠A=∠D,∠B=∠E\angle B=\angle E∠B=∠E,得 ∠C=∠F\angle C=\angle F∠C=∠F(内角和定理)。若 BC=EFBC=EFBC=EF,在 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △DEF\triangle DEF△DEF 中,∠B=∠E\angle B=\angle E∠B=∠E,BC=EFBC=EFBC=EF,∠C=∠F\angle C=\angle F∠C=∠F,满足 ASA(两角及其夹边相等,BCBCBC 是 ∠B\angle B∠B 和 ∠C\angle C∠C 的夹角),所以 AAS
是 ASA 的延伸,基于内角和推导而来 。
3. 例题应用
已知:∠1=∠2,∠C=∠D\angle 1=\angle 2,\angle C=\angle D∠1=∠2,∠C=∠D,求证:△ABC≅△ABD\triangle ABC\cong \triangle ABD△ABC≅△ABD
证明:在 △ABC\triangle ABC△ABC 和 △ABD\triangle ABD△ABD 中,
{∠C=∠D∠1=∠2AB=AB \begin{cases} \angle C = \angle D \\ \angle1 = \angle 2\\ AB = AB \end{cases} ⎩⎨⎧ ∠C=∠D∠1=∠2AB=AB
所以 △ABC≅△ABD\triangle ABC\cong\triangle ABD△ABC≅△ABD(AAS)。这里 ∠1=∠2,∠C=∠D\angle 1=\angle 2,\angle C=\angle D∠1=∠2,∠C=∠D,ABABAB 是 ∠C、∠D\angle C、\angle D∠C、∠D 中一角的对边,满足 AAS,判定全等 。
(五)斜边、直角边(HL)判定定理(仅适用于直角三角形)
1. 定理内容
斜边和一条直角边分别相等的两个直角三角形全等 。符号表示:在 Rt△ABCRt\triangle ABCRt△ABC 和 Rt△DEFRt\triangle DEFRt△DEF 中,若 AB=DEAB=DEAB=DE (斜边),AC=DEAC=DEAC=DE(直角边),则 Rt△ABC≅Rt△DEFRt\triangle ABC\cong Rt\triangle DEFRt△ABC≅Rt△DEF(HL)。直角三角形有直角相等(∠C=∠F=90∘\angle C=\angle F=90^\circ∠C=∠F=90∘),加斜边和一条直角边相等,可判定全等 。
2. 特殊性与验证
HL 是直角三角形特有的全等判定方法,不适用于一般三角形。作图验证:给定斜边和一条直角边长度,画直角三角形,只能画一种,所以斜边和一条直角边相等的两个直角三角形全等 。解直角三角形全等问题,HL 常用,尤其已知直角边和斜边时 。
3. 例题应用
已知:AC⊥BCAC\perp BCAC⊥BC,BD⊥ADBD\perp ADBD⊥AD,AC=BDAC=BDAC=BD,求证:BC=ADBC=ADBC=AD。
证明:因为 AC⊥BCAC\perp BCAC⊥BC,BD⊥ADBD\perp ADBD⊥AD,AC=BDAC=BDAC=BD,所以 ∠C=∠D=90°。\angle C=\angle D=90°。∠C=∠D=90°。
在 Rt△ABCRt\triangle ABCRt△ABC 和 Rt△BADRt\triangle BADRt△BAD 中,
{AC=BD(公共斜边)AB=BA \begin{cases} AC = BD \\ &(公共斜边)\\ AB= BA \end{cases} ⎩⎨⎧ AC=BDAB=BA (公共斜边)
所以 Rt△ABC≅Rt△BADRt\triangle ABC\cong Rt\triangle BADRt△ABC≅Rt△BAD(HL)。
所以 BC=ADBC=ADBC=AD (全等三角形对应边相等) 。用 HL 判定直角三角形全等,得出对应边相等结论 。
三、三角形全等的证明思路与方法
(一)寻找全等条件的一般步骤
1. 观察图形与已知条件
先观察图形,找公共边、公共角、对顶角等隐含相等条件 。公共边是两三角形共有的边,相等;公共角是共有的角,相等;对顶角相等是基本性质,在相交线中常见,可作为全等条件。同时梳理已知的边、角相等条件,整理好方便分析 。
2. 确定要证明全等的三角形
根据题目要求,确定需证明全等的两个三角形。有时需通过中间三角形或多次证明全等,才能得到最终全等关系 。比如要证两条边相等,可能先证包含这两边的三角形全等,而这又依赖另外两个三角形全等 。
3. 分析所需判定定理
根据已知条件,结合全等判定定理(SSS、SAS、ASA、AAS、HL ),分析还需哪些条件。已知两边,找夹角(SAS)或第三边(SSS);已知两角,找夹边(ASA)或其中一角的对边(AAS);直角三角形考虑 HL 。缺少条件,用平行线性质、角平分线性质、中线性质等推导 。
(二)常见的辅助线做法(在证明全等中常用)
1. 连接线段构造全等三角形
当图形中存在分散的线段或角,通过连接某条线段,能构造出可证全等的三角形 。比如,四边形中,连接对角线,把四边形分成两个三角形,利用三角形全等解决问题 。
2. 截取线段构造全等
在较长线段上截取一段等于已知线段,构造全等三角形 。例如,要证某线段等于另两条线段和,可在长线段上截一段等于其中一条,证剩下部分等于另一条,通过全等实现 。
3. 作垂线或平行线构造全等
作垂线可构造直角三角形,利用 HL 或其他直角三角形全等判定定理;作平行线能利用平行线性质(同位角相等、内错角相等 ),构造相等角,为全等创造条件 。
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