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