数学证明题
温柔似野鬼°
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2020年08月02日 08:54
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关爱的故事-癫狂的意思
2。已知:AD是Rt△ABC斜边BC上的高,∠B的平分线交AD于M,交AC于E,∠DAC的平分线交CD于N。求证:四边形AMNE为菱形。
3。在梯形ABCD中,AD‖BC,∠ABC的平分线BE交CD于E,且E 是DC的中点。求证:CD=AD+BC
4。在Rt△ABC中,∠BAC=90°,AD⊥BC,垂足为D,BE平分∠ABC交AD于E ,EF‖BC交AC于F。求证:AE=CF
5.△PCD, 在PC上任取一点E,连接ED;在PD上任取一点F,连接CF;分别过点E.F作BE‖CF,AF‖DE,连接AB。求证:AB‖CD
6.已知一个等边三角形,其内部一点到各个顶点的距离分别是3 4 5,请问三角形的边长是多少?
7..(本题满分6分)如图,DB‖AC,且DB= AC,E是AC的中点,求证:BC=DE.
8.如图,在正方形ABCD中,点E、F分别在CD、BC上,且BF=CE,连结BE、AF相交于点G,则下列结论正确的是 ( )
(A)BE=AF (B)∠DAF=∠BEC
(C)∠AFB+∠BEC=90° (D)AG⊥BE
9.、(02年湖北黄冈)已知:如图1,AB⊥BD,CD⊥BD,垂足分别为B、D,AD和BC相交于点E,EF⊥BD,垂足为F,我们可以证明 成立(不要求考生证明).
若将图1中的垂线改为斜交,如图2,AB‖CD,AD,BC相交于点E,
过点E作EF‖AB,交BD于点F,则:
(1) 还成立吗?如果成立,请给出证明;如果不成立,请说明理由;
(2) 请找出S△ABD,S△BED和S△BDC间的关系式,并给出证明.
10.:做HC⊥AC于C,延长AE交HC于H。
在△BAM中,∠BAM=90°,AE⊥BM => ∠ABM=∠MAE
AB=AC,,∠HCA=BAM
=>△ABM≌△CAH
=>HC=AM=MC(M为AC的中点),∠FCM=∠HCF=45°,FC=FC
=>△CHF≌△CMF
=>∠CMF=∠AHC
∠AHC=∠AMB
=>∠AMB=∠CMF
第六章补充计算题
▲例1.1 在F4[X]中,求由基1,x,x2,x3,x4到基1,1+x,
1+x+x2,1+x+x2+x3,1+x+x2+x3+x4的过渡矩阵,
及多项式f(x)=1+2x+3x2 +4x3+5x4关于后一基的坐标.
◆解: 由定义即得过渡矩阵为
设f(x)关于后一基的坐标为(x1,x2,…,xn)',则
(1,2,3,4,5)'=T(x1,x2,x3,x4,x5)'
由此可得所求坐标为(-1,—1,—1,—1,5)'.
▲例1.2 求所给齐次线性方程组的一个基础解系:
x1+ x2 -3x4- x5=0
x1- x2+2x3- x4 =0
4x1+2x2+6x3+3x4-4x5=0
2x1+4x2-2x3+4x4-7x5
=0
◆解: 对系数矩阵A作初等变换:
由此可得基础解系η=( 2, 0, -5/6,1/3, 1)
▲例1.3 设V={(a,b,c,d)| b+c+d=0},
W={(a,b,c,d)|a+b=0,c=2d}是R4的两个子空间,
求dimV,dimW和dim (V∩W),其中a,b,c,d∈R.
◆解:V为齐次线性方程组b+c+d=0的解空间,系数矩阵的秩为1,
未知量的个数为4,所以dimV=4—1=3.
同理,dimW=4—2=2.
dim(V∩W)=4—3=1.
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第六章补充证明题
▲定义(2) ▲子空间(2) ▲线性相关性(4) ▲基和维数(3) ▲解空间(2)
▲例1.1 全体正实数集Rn,加法与数量乘法定义为:
a㈩b=ab, k⊙a=ak,k∈R
则R+对于如上定义的加法和数乘构成实数域R上的向量空间。
◆证:对于任意a,b∈R+,k∈R,ab,ak∈R+,即两个运算的条件
被满足,且满足
i) a㈩b=ab=ba=b㈩a,
ii)(a㈩b)㈩c=(ab)㈩c=abc=a㈩(bc)=a㈩(b㈩c),
iii) 1 是零向量,a㈩ 1=a·1=a,
iv)a的负向量是a-1,a㈩a-1=a·a-1 =1,
v)(k+l)⊙a=ak+l=ak·al=(ka)㈩(la),
vi)k⊙(a㈩b)=k⊙(ab)=(ab)k=ak·bk=(k⊙a)㈩(k⊙b),
vii)k⊙(l⊙a)=k⊙(al)=(al)k=alk=(kl)k⊙a,
viii) 1⊙a=a1=a,
∴R+对于如上定义的加法和数乘构成实数域R上的向量空间。
■这里,会感到困难的是怎样求零向量和一向量的负向量。
我们可以用以下办法来求。设 x 是R+的零向量,由零向量的定义知对
任意 a∈R+,x㈩ a=xa=a,∴ x=1,且有 1∈R+,因此R+的零向量
为 1 。同样,设 y 是 a 的负向量,即 y㈩ a=ya=1,∴ y=a-1,当
a∈R+时,显然 a-1∈R+,这样 a 的负向量为 a-1。
▲例1.2 设V={( a,b)┃a,b ∈R},则V关于下列运算
(i)(a1,b1)㈩(a2,b2)=(a1a2, )
k ⊙(a,b)=(0, 0)
(ii)(a1,b1)㈩(a2,b2)=(a1+a2, b1b2)
k ⊙(a,b)=(ka, kb)
是否作成R上的向量空间?
◆解:(i) (3,2),(1,0)∈V,但 (3,2)㈩(1,0)=(3, ) 无意义,这
说明 ㈩不是V的加法运算,即V不作成向量空间。
(ii)由于(a1+a2, b1b2)和(ka, kb)∈V,且是唯一确定的,故
㈩,⊙是V的两个运算,且零向量为(0, 1),但在V中不是每个向量
都有负向量,如(2, 0)就没有负向量,因为对于任意(a, b)∈V,
(2, 0)㈩(a, b)=(2+a, 0)≠(0, 1),即V不作成向量空间。
■当验证一个非空集合V对给定的运算作成F上一个向量空间时,需按定义
逐条检验,而当验证V不是F上一个向量空间时,只需指出不符合定义中的某
一条件,并且只要通过具体例子指出就行了。
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▲例2.1 设V=Mn(F),判断V的下列子集哪些是V的子空间?
i)W1={A│A∈Mn(F),对固定的T,有AT=TA}
ii)W2={A│A∈Mn(F),│A│=0}
◆解:i) ∵O∈W1,∵W1非空,又对任意A,B∈W1,k,l∈F,
因(kA+lB)T=kAT+lBT=kTA+lTB=T(kA+lB)
故 kA+lB∈W1 ,即W1是V的子空间。
显然 A,B∈W2,但 A+B=I不属于W2,即W2对V的加法不封闭,因而
W2 不是V的子空间。
▲例2.2 设V1,V2是向量空间V的两个子空间,证明:
V1+V2=V1∪V2的充要条件是V1ⅲ V2 或 V2ⅲV1.
◆证明:← 若V1ⅲV2,则V1∪ V2= V2= V1+ V2,
同理,当V2ⅲV1,则有V1+ V2=V1∪ V2=V1.
→ 若V1不包含于V2, 则存在α1∈V1,但α1不属于V2.
∵ 对于任意α2∈V2,有α=α1+α2∈V1+V2,
又V1+ V2= V1∪ V2,∴α必至
少∈V1, V2中的一个,
若α∈V2,∵α2∈V2,则α1=α - α2∈V2,矛盾,
于是α∈V1,但α1∈V1,∴α2=α-α1∈V1,V2ⅲV1.
▲ 例 2.3 设V1,V2是向量空间V的两个非平凡子空间,证明:
在V中存在向量α,使得α不属于V1,α不属于V2同时成立.
◆ 证明: 因为V1是V的非平凡子空间,故存在α∈V,但α不属于V1,
若α不属于V2,则结论已成立. 否则因V2也是V的非平凡子空间,
故存在向量β∈V,但β不属于V2,若β不属于V1,则结论已成立.
否则有α不属于V1,α∈V2,β不属于V2,β∈V1,
∴γ = α + β 不属于V1, ∈V2 ,得证.
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▲例 3.1 证明R3的单位向量组ε1=(1,0,0),ε2=(0,1,0),ε3=(0,0,1)
线性无关。
◆错误证法一:设ε1,ε2,ε3有线性关系
x1ε1+x2ε2+x3ε3=0 (I)
显然当 x1=x2=x3=0 时(I)式成立,所以 ε1,ε2,ε3线性无关.
◆错误证法二:设 ε1=x2ε2+x3ε3,则有
(1,0,0)=(0, x2, x3)
这是一个矛盾。这样ε1不能由ε2,ε3线性表示,所以 ε1,ε2,ε3线性
无关。
◆说明:法一的错误在于只说明当x1=x2=x3=0时(I)式成立,没有证(I)式仅
当x1=x2=x3=0 时成立。法二的错误在于用错了证明的依据。只有
ε1,ε2,ε3的每一个无不能由其余的线性表示时,才能断定ε1,
ε2,ε3线性无关。这里只证了ε1不能由ε2,ε3线性表示,就断
言ε1,ε2,ε3线性无关,这当然是不够的。
▲ 例3.2 设α,β,γ线性无关,证明α,α-β,α-β-γ也线性无关.
◆ 证明: 若 k1α+k2(α-β)+k3(α-β-γ)=0
即 (k1+k2+k3)α+(k2-k3)β+(-k3)γ=0
∵α,β,γ线性无关 ,
∴ k1+k2+k3=0,-k2-k3=0,-k3=0
∴k1=k2=k3=0,α,α-β,α-β-γ线性无关.
▲ 例3.3 已知向量组α1, α2,…,αs,αs+1线性无关,
βi=αi+tiαs+1 (i=1,2,…,s; ti是任意数)
试证向量组β1,β2,…,βs线性无关.
◆ 证明: 设k1β1+ k2β2+ …+ksβs=0
则k1(α1+t1αs+1)+…+ks(αs+tsαs+1)=0,
即k1α1+…+ksαs+(k1t1+…+ksts)αs+1=0,
∵ α1,α2,…,αs+1线性无关,
∴k1,k2,…,ks,(k1t1+…+ksts)全为零,
∴ β1,β2,…,βs线性无关.
▲ 例 3.4 设下列向量组α1,…,αm线性无关.
证明, 向量组β1,…,βm也线性无关:
α1=(a11,... ,a1r),
......
αm=(am1,... ,amr);
β1=(a11,... ,a1r,a1r+1,... ,a1n),
......
βm=(am1,... ,amr,amr+1,... ,amn).
◆ 证明: 设k1β1+ ... +kmβm=0
则 k1(a11, ... ,a1r,a1r+1,...,a1n)+ ...
+km(am1, ... ,amr,a1r+1,...,amn)=0
∴k1(a11,…,a1r)+km(am1,…,amr)=0
即 k1α1+......+knαn=0 .
∵α1,…,αn线性无关,∴ k1=k2=.......=km=0
∴β1,.....,βm线性无关.
◆ 证明二. 设A=(α1,…,αm),B=(β1,…,βm) ,
则B的前r行即为A,由此秩A≤秩B≤m.
∵α1,…,αn线性无关, ∴ 秩A=m.
于是秩B=m,从而β1,.....,βm线性无关。
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▲ 例 4.1 设α1,…,αn,β为F上n维向量空间中的n+1个向量,
α1,…,αn线性无关.证明: β必可由α1,…,αn线性表示。
◆ 证明: ∵n维向量空间的n个线性无关的向量可作成一个基,
而α1,…,αn线性无无关,所以作成一个基.
∴β可由基α1,…,αn线性表示.
▲ 例 4.2 设U,W都是向量空间V的有限维子空间,且U包含于W.
证明,若dimU=dimW, 则U=W.
▲ 证明: 设di m U=r, α1,…,αr为U的基,
∵U包含于W, ∴α1,…,αr也是W的一个线性无关组,
∵di m W=r, ∴α1,
…,αr 也是W的基, 从而U=W.
当di m U=0 时,显然有U=W.
▲ 例4.3 设V为n维向量空间,U,W是V的子空间,U+W与U∩W的维数
之差为1, 证明:U+W=U或W.
◆ 证明: ∵U包含于U+W, ∴若U≠U+W, 则dimU<dim(U+W),
∵ U∩W包含于U, ∴dim(U∩W)≤dimU
<dim(U+W)=1+dim(U∩W ),
∵ 维数是整数, ∴dimU=dim(U∩W)
∵U∩W包含于U, ∴U=U∩W,U包含于W, ∴U+W=W.
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▲例5.1 设A为n阶矩阵,A=(aij),│A│=0,但其中某一元素
aij的代数余子式Aij≠0.证明: 齐次线性方程组AX=0的一个
基础解系为: η=(Ai1,…,Aij,…,Ain)'.
◆证明:∵A的n-1 阶子式Mij=(-1)i-jAij≠0,A的唯一的
n 阶子式┃A┃=0, ∴秩A=n-1,AX=0的基础解系只含一个解向量.
由行列式依行展开的性质,Aη 的第i行为┃A┃=0,其余各行为 0,
∵Aij≠0,∴η为一非零解向量,从而为基础解系,得证.
▲例5.2 设A,B为n阶矩阵.证明: 秩(AB)=秩B的充要条件是:
齐次线性方程组 ABX=0与BX=0同解.
◆证明:设U,W分别为ABX=0与BX=0的解空间, 则W包含于U.
→ ∵di m U=n-秩AB=n-秩B=di m W, W包含于U,
∴U=W,即两个齐次线性方程组组同解.
← ∵U=W, ∴n-秩AB=n-秩B, 从而秩AB=秩B.
已知:如图: △ ABC中,∠ 1 = ∠ 2,
∠ 3=∠ 4,BF=CE。
求证:AB = AC
[B] 分析:比较两个线段的长短,只有三种情况。
如果AB 不等于 AC,那么只有两种情况 ,
要么AB > AC,要么 AB < AC。
只要证明以上两钟假设不成立,就可以反证出只能是第三种答案即:
只能是AB = AC。(矛盾法中的排中律,否定之否定) [/B]
证明:做EH // BF,EH = BF,连结FH和HC,
形成 ∠ 5,∠ 6,∠7。有∠ 1 + ∠ 2 =∠ ABC,
∠ 3 + ∠ 4 = ∠ ACB,∠ 4 + ∠ 7 = ∠ ECH,
∠ 5 +∠ 6 =∠ EHC,
▽: 因在△ ECH 中 EH = EC = BF
△: 所以 ∠ 5 +∠ 6 = ∠ 4 + ∠ 7 (等腰三
角形底角相等)
▽: BFHE 为平行四边形 ;∠ 1 = ∠ 6,HF =EB,
(一) 在△ABC中 假设 AB > AC
则有∠ ABC < ∠ACB , 则 ∠ 1 < ∠ 3,∠ 1 < ∠ 4
同时 ∠ 6 = ∠ 1,平行四边形对角相等
就有 ∠ 6 < ∠ 4 ▽ 上式 已证 ∠ 1 < ∠ 3,∠ 1 < ∠ 4
那么 ∠ 7 < ∠ 5 ▽ :因为 等腰 △ ECH 中 EH = EC = BF
△:两等量底角 减去 大角 等于 小角
两等量底角 减去 小角 等于 大角
在△HEC中, FH < FC (在一个 △中,大角 对 大边,小角对小边)
那么, BE < FC (等量代替)(FH = BE)
在两个△BCE和 △BCF 中比较,
▽ :因为两个量相等情况下(BC = CB,BF = CE)
△ :由 BE < FC,可知 ∠ 2 > ∠ 3 (第三边大 对 大角,第三边小 对小角)
△: 所以 ∠ABC > ∠ACB (倍角等量关系)
△: 因此:AB < AC (大角对大边)
因此: 这个结果与假设条件即 :在△ABC中 假设 AB > AC命题自相矛盾,
因此 :上述第(一)项假设条件,不能成立!
(二)在△ABC中第二种情况下 假设AB < AC,则有 ∠ B > ∠ C
同理可证;得到:AB > AC
此 这个结果与假设条件即 :在△ABC中 假设 AC > AB命题自相矛盾,
因此 上述第(二)项假设条件,亦不能成立!
因为AB不等于AC情况下,只有以上两种情况,但都不能成立,
所以只有唯一种情况才能够成立,
那就是AB = AC
浅谈初中几何证明题教学2010年01月19日 星期二 20:57
学习几何对培养学生逻辑思维及逻辑推理能力有着特殊的作用。对于众多的几何证明题,帮助学生寻找证题方法和探求规律,对培养学生的证题推理能力,往往能够收到较好的效果,这对学生证明中克服无从下手,胡思乱想,提高解题的正确性和速度,达到熟练技巧是有积极作用的。在几何证明题教学中,我是从以下几方面进行的:
一、培养学生学会划分几何命题中的“题设”和“结论”。
1、每一个命题都是由题设和结论两部分组成的,要求学生从命题的结构特征进行划分,掌握重要的相关联词句。例:“如果……,那么……。”“若……,则……”等等。用“如果”或“若”开始的部分就是题设。用“那么”或“则”开始的部分就是结论。有的命题的题设和结论是比较明显的。例:如果一个三角形有两个角相等(题设),那么这两个角所对的边相等(结论)。但有的命题,它的题设和结论不十分明显,对于这样的命题,可要求学生将它改写成“如果……,那么……”的形式。例如:“对顶角相等”可改写成:“如果两个角是对顶角(题设),那么这两个角相等(结论)”。
以上对命题的“题设”和“结论”划分只是一种形式上的记忆,不能从本质上解决学生划分命题的“题
设”、“结论”的实质问题,例如:“等腰三角形两腰上的高相等”学生会认为这个命题较难划分题设和结论,认为只有题设部分,没有结论部分,或者因为找不到“如果……,那么……”的词句,或者不会写成“如果……,那么……”等的形式而无法划分命题的题设和结论。
2、正确划分命题的“题设”和“结论”,必须使学生理解每个数学命题都是一个完整无缺的句子,是对数学的一定内容和一定本质属性的判断。而每一个命题都是由题设和结论两部分组成的,是判断一件事情的语句。在一个命题中被判断的“对象”是命题的“题设”,也就是“已知”。判断出来的“结果”就是命题的“结论”,也就是“求证”。总之,正确划分命题的“题设”和“结论”,就是要分清什么是命题中被判断的“对象”,什么是命题中被判断出来的“结果”。
在教学中,要在不断的训练中加深学生对数学命题的理解。
二、培养学生将文字叙述的命题改写成数学式子,并画出图形。
1、按命题题意画出相应的几何图形,并标注字母。
2、根据命题的题意结合相应的几何图形,把命题中每一个确切的数学概念用它的定义,数学符合或数学式子表示出来。命题中的题设部分即被判断的“对象”写在“已知”一项中,结论部分即判断出来的“结果”写在“求证”一项中。
例:求证:邻补角的平分线互相垂直。
已知:如图∠AOC+∠BOC=180°
OE、OF分别是∠AOC、∠BOC的平分线。
求证:OE⊥OF
三、培养学生学会推理证明:
1、几何证明的意义和要求
对于几何命题的证明,就是需要作出一判断,这个判断不是仅靠观察和猜想,或反通过实验和测量感性的判断,而必须是经过一系列的严密的逻辑推理和论证作出的理性判断。推理论证的过程要符合客观实际,论证要有充分的根据,不能凭主观想象。证明中的每一点推理论证的根据就是命题中给出的题设和已证事项,定义、公理和定理。换言之,几何命题的证明,就是要把给出的结论,用充分的根据,严密的逻辑推理加以证明。
2、加强分析训练、培养逻辑推理能力
由于命题的类型各异,要培养学生分析与综合的逻辑推理能力,特别要重视问题的分析,执果索因、进而证明,这里培养逻辑思维能力的好途径,也是教学的重点和关键。在证明的过程中要培养学生:在证明开始时,首先对命题竹:分析、推理,并在草稿纸上把分析的过程写出来。初中几何证题常用的分析方法有:
①顺推法:即由条件至目标的定向思考方法
。在探究解题途径时,我们从已知条件出发进行推理。顺次逐步推向目标,直到达到目标的思考过程。
如:试证:平行四边形的对角线互相平分。
已知:◇ABCD,O是对角线AC和BD的交点。
求证:CA=OC、OB=OD
分析:
证明:∵四边形ABCD是◇
∴ AB∥CD AB=DC
∴ ∠1=∠4 ∠2=∠3
在△ABO和△CDO中
∴ △ABO≌△CDO(ASA)
∴ OA=OC OB=OD
②倒推法:即由目标至条件的定向思考方法。在探究证题途径时,我们不是从已知条件着手,而是从求证的目标着手进行分析推理,并推究由什么条件可获得这样的结果,然后再把这些条件作结果,继续推究由什么条件,可以获得这样的结果,直至推究的条件与已知条件相合为止。
如:在△ABC中,EF⊥AB CD⊥AB G在AC上且∠1=∠2,求证:∠AGD=∠ACB
分析:
要证∠AGD=∠ACB就要证DG∥BC,就要证:∠1=∠3。要证∠1=∠3,就要证:∠2=∠3
证明:△在ABC中
③倒推———顺推法:就是先从倒推入手,把目探究到一定程度,再回到条件着手顺推,如果两个方向汇合了,问题的条件与目标的联系就清楚了,与此同时解题途径就明确了。
3、学会分析
在几何证明的教学过程中,要注意培养学生添辅助线的能力,要注意培养学生的创新思维能力和处理问题的机智能力;要使学生认识到在几何证明题中,辅助线引导适当,可使较难的证明题转为较易证明题。但辅助线不能乱引,而且有一定目的,在一定的分析基础上进行的。因此怎样引辅助线是依据命题的分析而确定的。
例:如图两个正方形ABCD 和OEFG的边长都是a,其中点O交ABCD的中心,OG、OE分别交CD、BC于H、K。
分析:四边形OKCH不是特殊的四边形,直接计算其面积比较困难,连 OC把它分别割成两部分,考虑到ABCD为正方形,把△OCK绕点O按顺时针方向旋转90°到△ODH,易证△OCK≌△ODH ∴S△ODH
∴SOKCH=S△OCH =S△ODH+S△DCH=S△OCD
四、培养学生证题时养成规范的书写习惯
用填充形式训练学生证题的书写格式和逻辑推理过程。让学生也实践也学习证题的书写格式,使书写规范,推理有根据。经过一段时间的训练后,一转入学生独立书写,这样,证题的推理过程及书写都比较规范。
如:已知AB∥EF∠1+∠2=180° 求证:CD∥EF
证:∵∠1+∠2=180°( )
综上可得:对于初中几何证题,教师要反复强调这样一个模式:要什么———有什么———缺什么———补什么。按照上述模式,反复训练,学生是能够逐步熟悉几何证题的格
式,掌握初中几何证题的正确方法。