本章有两个知识点很重要,一是一条直线与另一条直线相交,即两条直线相交产生的四个角之间的关系;二是两条直线被第三条直线所截产生的八个角之间的关系.
一、认识相交线
(一)两条直线相交产生的四个角之间的关系
1. 邻补角.
如图1,画平角AOB,则∠AOB=180°.接着画射线OC,如图2,则平角AOB被分割为两个角∠AOC与∠BOC,∠AOC ∠BOC=∠AOB=180°.∠AOC与∠BOC互为邻补角.两个角互为邻补角要满足两个条件:(1)有一条边互相重合(OC为两个角的公共边);(2)另外一条边互为反向延长线.
还可以通过另外一种作图法来理解邻补角.如图3,已知∠AOC,反向延长射线OA,得到射线OB与∠BOC,如图4,∠AOC与∠BOC互为邻补角.在图3中,也可反向延长射线OC,得到射线OD与∠AOD,如图5,∠AOC与∠AOD互为邻补角.
2. 对顶角.
通过上面的作图我们得到:一个小于180°的∠AOC,可以画出它的两个邻补角∠BOC与∠AOD.而且我们知道,∠AOC ∠BOC=∠AOB=180°,∠AOC ∠AOD=∠COD=180°,根据“同角的补角相等”,可以得到∠BOC=∠AOD.从下页图6中,我们可以发现∠BOC与∠AOD不仅在数量上相等,而且这两个角还有特殊的位置关系:这两个角有公共的顶点,∠BOC的两边分别是∠AOD的两边的反向延长线.像∠BOC与∠AOD这样的两个角,有公共顶点,其中一个角的两边是另外一个角的两边的反向延长线,我们称之为对顶角.下页图6中还有一对对顶角:∠AOC与∠BOD.在上述探究的过程中,得到对顶角的性质:对顶角相等.
在图6中,我们还可以发现,直线AB与CD相交于点O,一个周角被分割成四个小于180°的角:∠AOD,∠AOC,∠BOC,∠BOD.这四个角有公共顶点O,存在两种位置关系.(1)互为邻补角,共有四对角:①∠AOD与∠AOC;②∠AOC与∠BOC;③∠BOD与∠BOC;④∠BOD与∠AOD.(2)互为对顶角,共有两对角:①∠AOC与∠BOD;②∠BOC与∠AOD.
在图7的∠1,∠2,∠3,∠4四个角中,若有一个角为90°,则这个角的两个邻补角都是90°,根据对顶角相等,它的对顶角也是90°.也就是说这四个角中,只要有一个角是90°,其他的三个角也是90°.当两条直线相交时,产生四个角,只要有一个角为90°,我们就说这两条直线互相垂直.
(二)一条直线分别与两条直线相交产生的八个角之间的关系
研究完两条直线相交产生的四个角之间的关系,接下来我们研究一条直线EF与两条直线AB,CD分别相交的情形,如图8.直线EF与直线AB相交产生四个角∠1,∠2,∠3,∠4,这四个角之间只有两种关系:邻补角和对顶角.直线EF与直线CD相交产生四个角∠5,∠6,∠7,∠8,这四个角之间也只有两种关系:邻补角和对顶角.接着我们研究直线AB,CD被第三条直线EF所截得的八个角中没有公共顶点的两个角之间的关系,即∠1,∠2,∠3,∠4这四个角中的一个角与∠5,∠6,∠7,∠8这四个角中的一个角之间的关系.为了便于表述,我们把直线EF称为截线,把直线AB,CD称为被截线.
1. 同位角.
同位角,顾名思义是同样位置的角,同样位置是指两个角位于截线的同一侧,同时也要在两条被截线的同一侧.观察图8中的∠1与∠5,∠2与∠6,∠3与∠7,∠4与∠8.
∠1与∠5位于截线EF的右侧,同时位于被截线AB,CD的上方,所以∠1与∠5是同位角.
∠2与∠6位于截线EF的左侧,同时位于被截线AB,CD的上方,所以∠2与∠6是同位角.
∠3与∠7位于截线EF的左侧,同时位于被截线AB,CD的下方,所以∠3与∠7是同位角.
∠4与∠8位于截线EF的右侧,同时位于被截线AB,CD的下方,所以∠4与∠8是同位角.
我们可以发现互为同位角的两个角组成的图形特别像字母“F”或字母“F”旋转、翻折后的样子.可以得到这样一个结论:两条直线被第三条直线所截,产生的八个角中有四对同位角.
2. 内错角.
两条直线被第三条直线所截,产生的八个角中,夹在两条被截线之间(称之为“内”)并且在被截线的两侧成交错状(称之为“错”)的两个角为内错角.如上页图8中的∠3与∠5,∠4与∠6.
∠3与∠5位于截线EF的两侧,同时位于被截线AB,CD之间,所以∠3与∠5是内错角.
∠4与∠6位于截线EF的两侧,同时位于被截线AB,CD之间,所以∠4与∠6是内错角.
两条直线被第三条直线所截,产生的八个角中只有两对内错角.我们可以发现互为内错角的两个角组成的图形像字母“Z”或者字母“Z”旋转、翻折之后的样子.
3. 同旁内角.
两条直线被第三条直线所截,产生的八个角中,夹在两条被截线之间(称之为“内”)并在截线的同侧的两个角为同旁内角.如上页图8中的∠3与∠6,∠4与∠5.
∠4与∠5位于截线EF的同旁(右侧),同时位于被截线AB,CD之间,所以∠4与∠6是同旁内角.
∠3与∠6位于截线EF的同旁(左侧),同时位于被截线AB,CD之间,所以∠3与∠6是同旁内角.
两条直线被第三条直线所截,产生的八个角中只有两对同旁内角.我们可以发现互为同旁内角的两个角组成的图形像字母“U”或者字母“U”旋转、翻折之后的样子.
二、认识平行线
在同一平面内,两条不重合的直线只能有两种位置关系:相交和不相交.平面内两条直线不相交,我们说这两条直线平行.直线a与直线b平行,记作a∥b.
如何判定两条直线互相平行呢?
同学们学过利用直尺和含30°角的三角尺画平行线(如图9).这种作图实际上就是把三角尺的60°的角从点E平移到点G,实际上是通过保证同位角相等的手段,画出了两条平行线.我们认可这个做法,将其作为一个基本事实.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.简单说成:同位角相等,两直线平行.
如图10,直线AB,CD被直线EF所截,同位角有四对:∠1与∠5,∠2与∠6,∠3与∠7,∠4与∠8.这四对同位角只要有一对相等,根据基本事实,就可以判定直线AB∥CD.
图10中内错角有两对:∠3与∠5,∠4与∠6.我们锁定∠3与∠5,猜想:若∠3=∠5,则直线AB与CD平行.我们应想办法把内错角转移到同位角上.∠3有没有同位角?有,∠3的同位角是∠7.∠7与∠5有没有关系?∠7与∠5是对顶角.对顶角有何关系?对顶角相等!所以∠7=∠5.又因为∠3=∠5,所以∠7=∠3,我们推出了同位角∠7与∠3相等,所以AB∥CD.
刚才的猜想和推理过程用数学语言这样写:
已知:如图10,直线AB,CD被直线EF所截,∠3=∠5.
求证:AB∥CD.
证明:根据对顶角相等,知∠7=∠5.因为∠3=∠5,所以∠7=∠3.又因为∠7与∠3是同位角,根据“同位角相等,两直线平行”,所以AB∥CD.
根据上述的探究,我们得到:
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.简单说成:内错角相等,两直线平行.
同学们可以用同样的探索思路与方法来探究:同旁内角互补,两直线平行.
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