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一些初中小学数学课本没有给出解释的问题

2021-02-01 18:39 作者:青肉Ong-gia  | 我要投稿

在初中课本中,有一些问题课本没有给出详细的解释,这些问题有些曾经困扰了我相当长的时间,这篇文章是对其中部分问题的一些解释

先来个开胃小菜:两直线平行时,同位角为什么相等?

这个问题课本并没有给出解释,但实际上,它是可以由欧氏几何第五公理直接推出的

欧氏几何第五公理

由此我们可以直接推出两直线平行时,同旁内角互补,也就证明了两直线平行时同位角相等。



平行线分线段成比例

这是相似章节中一个非常重要的定理,之后的SSS、AA等相似判定定理全都以此为基础。但这个定理课本中同样也没有给出证明

实际上这个问题可以通过三角形的面积比来证明

平行线分线段成比例的证明

至此我们就证明了这个定理。



边边边定理(SSS)

在初中几何中,全等判定可以说是最重要的定理之一,初二初三大部分几何定理都以此为基。但这个定律课本也没有给出证明


实际上这个问题困扰着我相当长的一段时间,由于此后的大部分定理都以此为基,证明这个问题所能用的定理就非常的少,不过最后我还是找到了神器——勾股定理

勾股定理可以通过神奇的赵爽弦图来证明

赵爽弦图证明勾股定理

以此我们可以证明垂直平分线定理及其逆定理

垂直平分线定理的证明
垂直平分线逆定理的证明

前置条件都OK了,下面我们就正式开始对边边边定理的证明

我们可以使用神奇的反证法

我们将直线DE右边的平面划分为四个部分

我们在直线DE右边的平面上找一点C’ ,使△DEC'≌△ABC,并假设点C'在区域①上

经过逻辑推导,我们很快找出矛盾之处

同理,我们可以证得,点C’在区域②、③、④上均不成立

所以点C'与点F重合,根据全等定义,△DEC'≌△DEF,又因为△DEC'≌△ABC,所以△ABC≌△DEF

边边边定理证明

至此我们就证明了边边边定理,以此为基础我们还可以证明边角边,角边角等其他全等判定定理,有兴趣的同学可以自己尝试一下,这里不做赘述




圆锥体积公式

这个问题应该是这篇文章里我们接受时间最早,同时难度也最大的问题了。

这个问题初见于小学六年级课本,但实际上证明它需要使用高中的定积分,不过初中的我们也可以使用微元法来证明这个问题(实际上和定积分没什么区别)

证明这个问题之前我们需要了解一个公式

这个问题我们可以使用神奇的数学归纳法来证明

显然当n=1时等式成立

n=1时等式成立

接着再假设当n=k时等式成立,证明n=k+1时等式成立(k为大于等于1的自然数)

联系(1)(2)我们就可以证明这个等式

下面我们就可以正式开始证明圆锥体积公式了

我们先将圆锥等高分成n层

画的不好,不过我尽力了

我们以每一层平面被圆锥所截的部分为底,h/n为高,做一个圆柱(h为圆锥的高)

应该是每一层都有的,不过我只画了一层

此时圆柱的总体积S’就约等于圆锥体积S

我们先来计算第i层圆柱的体积

显然第i层平面与圆锥所夹成的小圆锥与大圆锥相似,相似比为(ih/n)/h,即i/n

小圆锥底面半径为Ri/n(R为大圆锥底面半径)

对各层圆柱体积求和

当n趋于无穷大时,圆柱体积之和无限接近圆锥体积,(1/3+1/2n+1/6n²)也无限趋近于1/3

lim为极限符号

至此我们就得到了圆锥体积公式



以上就是这篇文章的全部内容

才疏学浅,如有错漏,敬请指正,不胜感激



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