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平行與截線性質文本

請問:什麼是平行?請利用日常生活中的例子來說明平行的意義。

一、《幾何原本》的平行公設

歐幾里得(Euclid,公元前 300 年前後)的《幾何原本》是幾何史上第一本有系統地討論 幾何的著作。雖然本書裏面的結果大多數都是前人已知的,但它所採用的公理方法卻被數學家 沿用至今。精心選出來的 5 條公理、5 條設準,充份顯示出歐幾里得的天才及驚人的洞察力。

特別是第五設準的引入,吸引了無數一流的數學家嘗試去證明,這導致非歐幾何的出現,讓我 們對歐氏幾何有更深入的了解。

平行設準:如果一條線段與兩條直線相交,在某一側的內角和小於兩直角,那麼這兩條直 線在不斷延伸後,會在內角和小於兩直角的一側相交。

二、在《數理精蘊》中關於平行線的部分

清朝康熙皇帝時期的一本關於數學的書籍《御製數理精蘊》,簡稱《數理精蘊》,是一部介 紹包括西方數學知識在內的數學百科全書。全書分上下兩編及附錄。上編五卷專講數理,立綱 明體,是全書的基本理論部分。卷二至卷四為《幾何原本》,是根據張誠、白晉的法文譯本修訂 的,共 12 章,分別講述了三角形、四邊形、圓及內接外切多邊形、立體幾何、比例、相似形、

勾股定理、圓錐体及球與橢圓体的表面積和體積、幾何作圖法等內容。以下是在《數理精蘊》

中關於平行線的部分(http://archive.org/stream/06076284.cn#page/n76/mode/2up)

主題一:平行 

+∠C>180°,但已知三角形的內角和為 180°,不可能超過 180°,

所以我們的假設是錯誤的,因此當 L1 與 L2 同時垂直於 L 時,

主題二:截線與截角 

在一平面上如圖 4,若直線  L  同時與另兩條直線  L1、L2  交於不同 的兩點,如圖 3,我們稱直線  L  為  L1、L2  的截線。 

而截線  L  與  L1、L2  形成八個交角,即圖中的∠1、∠2、⋯⋯、∠

7、∠8,這些角都稱為截角。 

 

截角與截角之間,隨著彼此的位置關係,會有不同的名稱。 

同位角:∠1  與∠5  分別在  L1  與  L2  的上方,且都在截線  L  的左方,像這樣位置對應相同的 一組角稱為同位角。同樣的,∠2  與∠6、∠3  與∠7、∠4  與∠8  也是同位角。 

內錯角:∠4  與∠5  在  L1  與  L2  的內側,且交錯在截線  L  的兩側,像這樣的一組角稱為內錯 角。同樣的,∠3  與∠6  也是內錯角。 

同側內角:∠3  與∠5  在  L1  與  L2  的內側,且都在截線  L  的同側,像這樣的一組角稱為同側 內角。同樣的,∠4  與∠6  也是同側內角。 

例 3.如圖 5,直線 L 為 L1、L2的截線,則:

(1)∠2 的同位角是 。 (2)∠3 的內錯角是 。 (3)∠4 的同側內角是 。

主題三:平行線的截線與應用 

兩平行線被一直線所截的同位角相等、內錯角相等、同側內角互補。

當兩條平行線被另一條線所截時,截出來的同側內角、內錯角、同位角有什麼性質呢?我們來看 下面的說明。

如圖 6,L1 // L2,若截線 L 與 L1 垂直,則 L 也必與 L2 垂直,此時∠1、

∠2、⋯⋯、∠7、∠8 八個截角都是直角。

但是如果截線與平行線不垂直呢?如圖 7,L1 // L2,L 是截線,而且 L 與 L1、L2 不垂直。

我們先來看同位角,如圖 7 中的∠2 與∠6。

圖 7 圖 6 圖 4

圖 5

∵L1 // L2,因此可找到一條垂直線 M 同時與 L1、L2垂直。

由圖 7 可知 ∠2+∠9+90°=180°,∠6+∠9+90°=180°,

因此∠2+∠9+90°=∠6+∠9+90°,∴∠2=∠6。

由上可知,兩平行線被一直線所截的同位角相等。

接下來,我們來看兩平行線的內錯角,如圖 7 中的∠3 與∠6。

當 L1 // L2 時,同位角∠2=∠6,又∠3=∠2 (對頂角相等),

∴∠3=∠6。同樣的,另一組內錯角∠4=∠5。

因此,兩平行線被一直線所截的內錯角相等。

最後來看同側內角,如圖 8 中的∠4 與∠6。

當 L1 // L2 時,同位角∠2=∠6,又∠2+∠4=180°,

∴∠4+∠6=180°。同樣的,另一組同側內角∠3+∠5=180°。

因此,兩平行線被一直線所截的同側內角互補。

例 4. 如圖 9,L1//L2,L 是 L1與 L2的截線,若∠1=50°,則︰

(1) ∠1 的同位角是 ,它是 度。

(2) ∠3 的同位角是 ,它是 度。

(3) ∠4 的內錯角是 ,它是 度。

(4) ∠3 的同側內角是 ,它是 度。

圖 9 解: ∵∠1 是∠3 的對頂角 ∴∠1=∠3=50°,∠2 和∠4 都是∠1 的補角,

∴∠4=∠2=180°-∠3=130°。∵平行線所截的同位角相等 ∴ ∠5=∠1=50°,

∠6=∠4=130°,∠7=∠3=50°,∠8=∠2=130°。

由上可知,∠1=∠5=∠3=∠7=50°;∠2=∠8=∠4=∠=130°。

例 5. 如圖 10,L1 // L2,M、N 都是 L1與 L2 的截線,

其中 N⊥L2。根據圖上所標示的度數,

求∠1、∠2、∠3 和∠4 的度數。

例 6.如圖 11,L1 // L2,M1 // M2,求∠1、∠2 的度數。

解: ∵M1 // M2,∴∠1=68° (同位角相等);

∵L1 // L2,∴∠2=∠1=68° (同位角相等)。

圖 11 圖 10

圖 8

例 7.如圖 12,L1 // L2,已知∠1=50°,∠2=60°

,求∠ABC 的度數。

如圖 13,∵L1 // L2,∴∠ADC=∠2=60° (內錯角相等),

∵∠ABC 是 ABD 的外角,

∴∠ABC=∠1+∠ADC=50°+60°=110°。

如圖 14,過 B 點作 L3 // L1 ∵L1 // L2,∴L3 // L2 ∵L1 // L3,∴∠3=∠1=50° (內錯角相等),

∵L2 // L3,∴∠4=∠2=60° (內錯角相等),

因此∠ABC=∠3+∠4=50°+60°=110°。

圖 14 圖 13 圖 12

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