A
L E
1 B D
C A
1 L B
A
L E
1 B D
C
F
L
A
A
L E
1 B D
C
F M
2
在前面的作圖,都是有關垂直的作圖部分,但在幾何學中我們亦常用到平行的觀念及性質,
所以我們接著來介紹如何畫平行線的尺規作圖。
平行尺規作圖:給定任一直線及線外一點,作出過此點且與此直線平行的直線。
【已知】直線 L 與線外ㄧ點 A。
【求作】過 A 點作ㄧ平行線 M 與 L 平行。
【作法一】步驟一: 過線外一點 A 隨意畫與 L 交錯之直線,
交直線 L 於 A 點,所設成的角為 Ð 1。
步驟二: 分別以 A、B 為圓心,相同長度為半徑畫弧,交點分別為 C、D、E。
步驟三: 以 E 為圓心, CD 為半徑畫弧,交點為 F 點。
步驟四: 連接 AF 線段即為所求。
【作法二】 步驟一: 過 A 點作 AH suur
^
L。步驟二: 過 A 點作直線 M 垂直 AH suur
,則 M//L。
L
A
H
L
A
H
M
同側內角和 小於兩直角
延長後相交
L
1L
2L
L
1L
22 1 3 4
6 5 7 8
L
古希臘的幾何,也就是歐幾里德的幾何是由公設所建立,其中公設五是很重要的,此公設 又稱之為平行公設,是有關平行的幾何。
【公設五】若一直線和兩直線相交,且其中一側的同側內角和小於兩直角,則將此兩直線 延長後,會交於同側內角和小於二直角的一側。
平行線的定義與性質 平行線的定義:
由【公設五】我們給定兩直線將平行的定義。在平面的兩條直線,若有一直線能同時 垂直於這兩條直線,就說這兩條直線互相平行。且平行的兩條直線永不相交。如下圖,
直線 L 1 與 L 2 平行,記作 L 1 /
/
L 2 ,讀作「L 1 平行於 L 2 」。平行觀念:
(1) 兩平行線之間保持相同的距離,且無限延伸後沒有交點。
(2) 一線段若垂直於平行線中的一條直線,必垂直於平行線中的另一條直線。
截線:在一平面上,直線 L 分別與直線 L 1 與 L 2 相交於不同兩點時,則 L 叫做 L 1 與 L 2 的截線。如下圖,L 叫做 L 1 與 L 2 的截線。
截角:直線 L 為 L 1 與 L 2 的截線,形成 8 個截角,如下圖。
L
1L
2L
1L
2L
1L
22 1 3 4
6 5 7 8
L
L
1L
22 1 3 4
6 5 7 8
L
L
1L
22 1 3 4
6 5 7 8
L
(1)同位角相等:
Ð 1 在 L 1 的右上方, Ð 5 在 L 2 的右上方,位置相同都 在右上方,故稱∠1 與∠5 為同位角,同理,∠4 與∠8、
∠2 與∠6、∠3 與∠7 都是同位角。在此我們可知:
∠1=∠5;∠4=∠8;∠2=∠6;∠3=∠7。
【證明】如右圖,做 AC 線段,同時垂直於 L 1 與 L 2 。 在
D
ADB 與D
AEC 中,∠B=∠C 皆為直角,且∠BAD=∠CAE。
在
D
ADB 中,∠A+∠B+ Ð 1=180 0 (三角形內角和 180 0 )。在
D
AEC 中,∠A+∠C+ Ð 5=180 0 (三角形內角和 180 0 )。Þ Ð 1= Ð 5,故同位角相等。
(2)內錯角相等:
∠5 與∠3、∠4 與∠6,都在 L 1 與 L 2 的內側,但交錯在 L 的兩邊,故稱為內錯角,在此我們可知∠3=∠5;
∠4=∠6。
【證明】如右圖,∵∠1=∠3(對頂角相等) 又Q ∠1=∠5(同位角相等)
∴∠3=∠5,故內錯角相等。
(3)同側內角互補:
∠5 與∠4 都在 L 1 與 L 2 的內側,且在 L 的同一側,
故稱為同側內角;同理,∠3 與∠6 也為同側內角。
在此我們可知∠4+∠5 = 180 0 ;∠3+∠6 = 180 0 。
【證明一】∠1+∠4=180 0
∵∠1=∠5(同位角相等)
∴∠4+∠5=180 0
【證明二】如右圖,做 AB 線段,同時垂直於 L 1 與 L 2 。
∵四邊形 ABCD 內角和為 360 0
∴∠A+∠B+∠5+∠4=360 0
Þ ∠4+∠5=360 0 -90 0 -90 0 =180 0 , 故同側內角互補。
1 4
5 8
D
E A
L
1L
2B
C
L
1L
2L
3 4
6 5
A
B C
D
L
1L
2L
1 2 3
A B
A B
65
O1 65
O2
情形一 情形二
L1 L2
L3
1
L4 100 0
100 0 80 0
【範例】如圖,L 1 // L 2 ,L 是 L 1 與 L 2 的一條截線,∠1=55 0 ,求∠2、∠3?
【解說】∵L 1 // L 2
∴∠1=∠2=55 0 (內錯角相等)
∠1+∠3=180 0 (同側內角互補)
∠3=180 0 -55 0 =125 0
【範例】(1) 如附圖,直線 L1、L2、L3、L4 中,互相平行的有______。
(2) 其中∠1 =______。
【解說】(1) L3 // L4 (∵同側內角互補)
(2) ∠1 =180 0 -100 0 =80 0
【範例】設∠A 與∠B 的兩邊互相平行,若∠A=65 0 ,求∠B=?
【解說】
可能有兩種情形(如右圖):
(1) ∠1=∠A=65 0 (同位角相等),
∠B=∠1=65 0 (同位角相等)
(2) ∠2=∠A=65 0 (內錯角相等)
∠B=180 0 -∠2=180 0 -65 0 =115 0 (同側內角互補)
平行線的判別:
在前面我們知道,L 1 // L 2 ,L 為 L 1 與 L 2 的截線,則有同位角相等、內錯角相等 及同側內角互補的性質,那反過來假設 L 1 與的 L 2 被一直線所截,則此三性質是否也可 推得 L 1 // L 2 ?
(1)兩條直線被一直線所截,若截出的同位角相等,則此兩直線平行。
如下圖,若 L 為 L 1 與的 L 2 截線,且∠1=∠2
【證明】過 A 點作直線 P,使 P
^
L 2 於 A。Þ ∠2+∠y=90 0 …○ 1
∠1+∠y=180 0 -x…○ 2
○ 2 -○ 1 ∠1-∠2=90 0 -x
∵∠1=∠2 (同位角相等)。
∴x=90 0 ,故 L 1 // L 2 。
L
1L
2L 1
2 P
y x 1
A
L
1L
2X O O X
X O O X
L
L1L2
L
x y 1 z 4
L1
L2
L
1
3 x
y
(2)兩條直線被一直線所截,若截出的內錯角相等,則此兩直線平行。
如下圖,若 L 為 L 1 與的 L 2 截線,且∠1=∠3
【證明】∠x+∠1=180 0
∠3+∠y=180 0 Þ ∠x=∠y
By(1)故 L 1 // L 2 。
(3)兩條直線被一直線所截,若截出的同側內角互補,則此兩直線平行。
如下圖,若 L 為 L 1 與的 L 2 截線,且∠1+∠4=180 0
【證明】∠y+∠1=180 0 …○ 1
∠z+∠4=90 0 …○ 2
∠x=∠y+∠z (外角定理)…○ 3
○ 1 +○ 2 +○ 3
Þ (∠y+∠1)+(∠z+∠4)+∠x=180 0 +90 0 +(∠y+∠z) Þ ∠1+∠4+∠x=270 0
∵∠1+∠4=180
∴x=90 0 ,故 L 1 // L 2 。
【結論】若兩平行線被一直線所截,則(1)同位角相等;(2)內錯角相等;(3)同側內角 互補。
若兩條直線被一直線所截若(1)同位角相等;(2)內錯角相等;(3)同側內角互 補,三者其中一個成立,則此兩直線平行。
若兩條平行線被截線所截時,形成的八個角,角度只有兩種,如圖所示。
A
B
C
L1
L2
1
2
L A
B
C
L1
L2 3
4 1
2
A
B
C
L
1L
2 12
L A
B
C
L1
L2 3
4 1
2
1 L
M 2
3 4
A
B
C
D
A L
M B N
D 3 C 4
5 6
1
平行線性質的應用:對於平行線,除了常用平行線性質:(1)同位角相等;(2)內錯角相等;
(3)同側內角互補,我們將介紹幾個相關延伸性質。
1. 若 L 1 // L 2 ,則∠ABC=∠1+∠2
【證明】過 B 點作 L 平行 L 1 ,
∵L 1 // L 2 ∴ L // L 2
Þ ∠1 =∠3,∠2=∠4 (內錯角相等) 故∠ABC=∠3+∠4=∠1+∠2。
2. 若 L 1 // L 2 ,則∠1+∠ABC+∠2=360 0
【證明】過 B 點作 L 平行 L 1 ,
∵L 1 // L 2 ∴ L // L 2 Þ ∠1 +∠3=180 0 ,
∠2 +∠4=180 0 (同側內角互補)
故∠1+∠ABC+∠2=∠1+∠2+∠3+∠4=360 0
3. 如右圖,若 L // M,則∠1+∠3=∠2+∠4。
【證明】過 B 點作 N 平行 L,
∵L // M ∴ N // M Þ ∠1 =∠5,
∠3=∠4 +∠6
故∠1+∠3=∠4+∠5+∠6=∠2+∠4
L
V
A
B H C
A '
L
V
A
B C
A '
A
B C
1
D 2 E
4.平行線上的三角形面積(同底等高的概念)
當 A 點在 L 上移動時…
D
ABC 的形狀會隨之改變,但是D
ABC 的面積是不變的。說明:
D ABC
的底永遠是 BC (同底)ABC
D
的高 AH 是定值(等高)( AH 即為平行線L
、V
的距離)那假設 L 與 V 不平行的話,如下圖:
當 A 點在 L 上移動時…
D
ABC 的形狀會隨之改變,則D
ABC 的面積會隨著高度不同 而改變。說明:
D ABC
的底永遠是 BC (同底)ABC
D
的高會隨著 L、V 之間的距離不同而改變,所以面積也會跟著改變。ABC
D
面積 ñ DA
'BC
面積5.利用平行線性質證明三角形內角和=180 0 如圖,試證明∠ACB+∠ABC+∠BAC=180 0
【證明】過 A 點作直線 L 平行 BC
∵∠ABC=∠1;∠ACB=∠2 (內錯角相等)
∴△ABC 內角和=∠ACB+∠ABC+∠BAC
=∠2+∠1+∠BAC=180 0 6.利用平行線性質證明外角定理
如圖,試證明∠1=∠ABC+∠BAC
【證明】 過 A 點作直線 DE // BC
∵∠ABC=∠2(內錯角相等)
∴∠1=∠DAC
=∠2+∠BAC
=∠ABC+∠BAC
A L
B C
1 2
L
M
130 0 x 0 125 0
A
C B D
E
D'
1 L
M 76 0
43 0 A
B
C
D 45 0
1 2 45
035
0L
M
A B
C D
E
G
F H
I
【範例】如圖,若 L // M,求∠1=?∠2=?
【解說】∠1=35 0 (內錯角相等)
∠2=35 0 +45 0 =80 0
【範例】如圖,若 L // M,求 x=?
【解說】130 0 +x+125 0 =360 0
∴x=105 0
【範例】如圖,若 L // M,求∠1=?
【解說】∠1+76 0 =45 0 +43 0
∴∠1=12 0
【範例】如附圖,長方形 ABCD 中,沿 AC 摺疊,D 點 落在 D'點上,若∠DAC=25 0 ,則:
(1) ∠ACD=? (2) ∠AEB=? (3) ∠ECD=?
【解說】(1) △ADC 中,∠DAC=25 0 ,∠D=90 0
∴∠ACD=180 0 -25 0 -90 0 =65 0 =∠ACD'
(2) ∵∠DAC=∠D’AC=25 0
∴∠DAE=∠DAC+∠D’AC=50 0
∴∠DAE=∠AEB=50 0 (內錯角相等)
(3) ∵∠ACE=∠DAC=25 0 (內錯角相等)
∴∠ECD’=∠ACD’-∠ACE=65 0 -25 0 =40 0
【範例】如附圖,AB //CD ,且正五邊形 EFGHI 的 頂點 H、F 分別在 AB 、CD 上,又∠GFD 的 度數是∠EFC 的 3 倍,求:(1) ∠GFD =?
(2) ∠AHI =?
【解說】(1) 正五邊形一內角=
5 180 ) 2 5
( - ´ 0
=108 0 設∠EFC =x 0 ∴∠GFD =3x 0
Þ x 0 +108 0 +3x 0 =180 0 ,x 0 =18 0 故∠GFD = 18 0 ×3 =54 0
(2) ∵AB //CD ∴∠HGF =∠BHG +∠GFD
∴ 108 0 =∠BHG + 54 0 ,∠BHG = 54 0
∴∠AHI = 180 0 -54 0 -108 0 =18 0
L1
L2
A B
C 3
1
2 4
L
M A
2
1 P
【範例】如附圖,有一條光線 L1經過兩個互相垂直 的平面鏡反射後,反射光線為 L2,那麼 L1 和 L2 是否平行?為什麼?
【解說】∠ABC = 90 0 Þ ∠1 + ∠2=90 0 , 又∠1 =∠3,∠2 =∠4,
所以∠1 +∠2 +∠3 +∠4=180 0 (同側內角互補)
,故 L1 // L2。
【範例】若 L // M ,選出面積相同的圖形
【解說】甲面積:甲=
2
1
´ 4 ´ H=2H 乙面積:乙=3H丙面積:丙=2H 丁面積:丁=
2
1
´ 4 ´ H=2H戊面積:戊=
2
1
´ (3+1) ´ H=2H【範例】如圖,已知 L // M,若∠1=40 0 、∠2=70 0 、
∠A=25 0 ,則∠P=______度。
【解說】∠P=∠1 +∠2 -∠A
=110 0 - 25 0
= 85 0
【範例】如圖,已知 L//M,請問:
∠1+∠2+∠3+∠4+∠5 等於_________度。
【解說】作
L 、
1L 、
2L 平行
3L
∵
L
//L
1 ∴∠1=∠a (同位角相等)∵
L //
1L
2 ∴∠a+∠2=∠b (同位角相等)∵
L //
2L
3 ∴∠b+∠3=∠c (同位角相等) 則∠1+∠2+∠3+∠4+∠5=∠a+∠2+∠3+∠4+∠5
=∠b+∠3+∠4+∠5
=∠c+∠4+∠5=180 0
甲 乙 丙 丁 戊 H
L
M
L
M 1
2 3
4 5
2 3 4
5
L
M a
b
c
1
L
1L
2L
3【範例】如附圖,已知
AB
//DE
,若∠1 = 80 0 ,∠2 = 40 0 , 則∠3 =______。
【解說】作
¾ ¾®
AB 與¬ ¾¾
ED∵
AB
//DE
∴∠1 =∠4 = 80 0 (內錯角相等)
∴∠5=180 0 -∠4=180 0 -80 0 =100 0
∠3 =∠2+∠5=40 0 +100 0 =140 0
【範例一】 【練習一】
如圖,L 是 L 1 與 L 2 的截線,求:
(1) ∠1=_____度,∠1 的內錯角是___,其 度數是_____度。
(2) ∠2=_____度,∠3 的同位角是___,其 度數是_____度。
解答:
∠1=180 0 -150 0 =30 0
∠1 的內錯角是∠5=95 0
∠2=150 0 ,∠3 的同位角是∠5=95 0
如圖,L 是 L 1 與 L 2 的截線,設∠1=50 0 求:
(1)∠3 的內錯角是___,其度數是_____度。
∠3 的同側內角是___,其度數是____度。
(2)∠5 的同位角是___,其度數是_____度。
(3) ∠4 的鄰角是______,其度數是____度。
(4) ∠6 的對頂角是___,其度數是_____度。
解答:
∠3 的內錯角是∠6=180 0 -50 0 =130 0
∠3 的同側內角是=∠5=50 0
∠5 的同位角是∠1=50 0
∠4 的鄰角是∠2 或∠3=130 0
∠6 的對頂角是∠7=180 0 -50 0 =130 0
【範例二】 【練習二】
如圖,L 1 // L 2 ,求∠ABC=?
解答:
∠ABC=180 0 -150 0 +40 0 =70 0
如圖,已知 L // M,則∠1+∠2=?
解答:
∠1=112 0 -57 0 =55 0
L
1L
2L 1 2 4 3
6 5 8 7
A B
C
D
E 1
2 3
A B
C
D E
1
2 3
4 5
2 1 3
5 4 6 150 0
95 0 L1
L2
L
L1
L2
A
B
C 150 0
40 0
1
112 0
57 0
43 0
150 0 2
L
M
45 0
1
2
3 4
60 0 L
M
【範例三】 【練習三】
如圖,L // M,∠1:∠2 = 4:5,且
∠3 = 99 0 ,則∠1 =?
解答:
(1)∠ABC=180 0 -150 0 +40 0 =70 0
(2)設∠1=4x 0 ,∠2=5x 0
∠3=∠1+∠2=4x 0 +5x 0 =99 0 Þ x=11
Þ ∠1=4x 0 =44 0
如圖,已知 L // M,若∠1=( 7x+1) 0
,∠2 = ( 3x+8 ) 0 ,則∠1+∠4=?
解答:
(1)∠1=112 0 -57 0 =55 0
∠2=180 0 -150 0 +43 0 =73 0
∠1+∠2=55 0 +73 0 =128 0
(2)∠1 =∠2 + 45 0
Þ 7x + 1 = 3x + 8 + 45
∴x = 13
∴∠1 = 92 0 ,∠2 = 47 0 =∠3
∴∠4 = 73 0
∴∠1+∠4=165 0
【範例四】 【練習四】
如圖,L1 // L2,若∠1 = 100 0 ,∠2 = 150 0
,則∠3 =?
解答:
∵∠1 +∠2 +∠3 =360 0 Þ ∠3=360 0 -∠1 -∠2
=360 0 -100 0 -150 0 =110 0
如圖,AE //DF ,∠A +∠B +∠C +∠D =?
解答:
∠A +∠B +∠C +∠D =3×180 0 =540 0
【範例五】 【練習五】
如圖,L // M,若∠1 = 12 0 、∠2 = 33 0 、
∠3 = 95 0 ,則∠4 =?
解答:
∠1+∠3=∠2+∠4 Þ 12 0 +95 0 =33 0 +∠4 Þ ∠4=107 0 -33 0 =74 0
如圖,L1 // L2,求∠1 的度數。
解答:作 L3 // L1 // L4 // L2, 所以∠2 = 20 0 ,
∠3 = 110 0 - 20 0 = 90 0 ,
∠4 = 180 0 - 90 0 = 90 0 ,
∠5 = 40 0 ,
∴∠1=∠4 +∠5= 90 0 +40 0 =130 0
L1
L2
A
B
C 1
2 3
L1
L2
1
2 3
A B
C
D
E
F
L
M
1 2
3
4
L1
L2
20 0 110 0
1 40 0
A
B C
D 1 2 E
【範例六】 【練習六】
(1)如圖,已知 AB // DE ,若∠1 = 80 0 ,
∠2 = 40 0 ,則∠3 =______。
(2) 如圖,∠1 =∠A,且 10∠1 = 5∠B = 2∠C=則∠B=______度。
解答:
(1)∵∠3 =∠2 + ( 180 0 –∠1)
= 40 0 + 100 0
= 140 0
(2)10∠1 = 5∠B = 2∠C Þ 10∠A = 5∠B = 2∠C Þ ∠A :∠B :∠C=1:2:5
∵∠A +∠B +∠C=180 0
∠B =
2
8
×180 0 =45 0(1) 如圖,已知 L // M,四邊形 ABCD 為正 方形,若∠1=150 0 ,則∠2=?
(2) 如圖,∠1 =15 0 ,∠2 =50 0 ,則當
∠3=?時
AD // EF
。解答:
(1)∠1=∠4+∠A=∠4+90 0 Þ ∠4=∠1-90 0
=150 0 -90 0
=60 0 =∠3
∠2=∠ABC-∠3
=90 0 -60 0 =30 0
(2)若
AD // EF
Þ ∠3+∠4=180 0∵∠4=∠1+∠2=15 0 +50 0 =65 0
∠3=180 0 -∠4=180 0 -65 0 =115 0
【範例七】 【練習七】
如圖,L // M,
ABCD
為正方形,求Ð 1
。解答:
∠ABC=x 0 +2x 0 =90 0 Þ x=30
∠ADB=45 0 =∠1+(180 0 -90 0 -2×30 0 ) Þ ∠1=45 0 -30 0 =15 0
如圖,L // M,
ABCD
為正方形,求Ð 1
解答:
∠ABC=3x 0 +2x 0 =90 0 Þ x=18
∠ADB=45 0 =∠1+(180 0 -90 0 -3×18 0 )
∠1=45 0 -36 0 =9 0
A B
C
D E
1
3 2
A
B
C
D 1
2
L
M
A
B C
D
E
F 1
2 4 3
A
B
C D
L
M
1 2x
x
A
B
C D
L
M
1 3x
2x
【範例八】 【練習八】
如圖,U//V,
ABCDE
為正五邊形,求 y 0解答:
∠ABC=
5 ) 2 5 ( -
×180 0 =108 0 =4x 0 +5x 0 Þ x=12
4x+y+108 0 =180 0
y=180 0 -108 0 -48 0 =24 0
如圖,U//V,
ABCDE
為正五邊形,求 y 0解答:
∠ABC=
5 ) 2 5 ( -
×180 0 =108 0 =7x 0 +5x 0 Þ x=9
5x+y+108 0 =180 0
y=180 0 -108 0 -45 0 =27 0
【範例九】 【練習九】
如圖,若 L//M,求∠1。
解答:
∠2=78 0 -31 0 =47 0
∠2+∠1+62=180 0
∴∠1=180 0 -∠2-62 0 =71 0
如圖,若 L//M,求∠1。
解答:
∠1=∠2=25 0 +41 0 =66 0
【範例十】 【練習十】
如圖,已知 AB // CD ,L 為截線, EP 平分
∠BEF, FP 平分∠EFD,試說明 EP 與 FP 之間 的關係。
如圖,已知 AB // CD ,L 為截線, EP 平分
∠BEF, FP 平分∠EFD,且∠BEF=120 0 ,試 問:(1) ∠1、∠2、∠3、∠4 各多少度?
(2)∠1+∠3=?
解答:
∠1=∠2=120 0 ÷2=60 0
∠EFD=180 0 -60 0 =120 0
∴∠3=∠4=60 0
∠1+∠3=120 0
A
B
C
D E 4x
5x
y U
V
A
B
C
D E 5x
7x
y U
V
L
1 M 78 O
62 O 31 O
L
1 M 78 O
62 O 31 O
2
L
M A
B C
D 41 O 25 O
1
L
M A
B C
D 41 O 25 O
1 2
B
D A
C
E
P
F
L
B
D A
C
E
P
F
L 1 2
3 4