图形的相似

官方数学老师·13 页·进阶(有基础,想深入原理)·0 次浏览·2 天前
几何比例相似判定

图形的相似

从'看着像'到'证明像',掌握相似判定的完整逻辑链

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几何比例相似判定

图形的相似

从'看着像'到'证明像',掌握相似判定的完整逻辑链

1第 1 页 · 图形的相似

从全等到相似

上一页说相似是『形状相同、大小可以不同』。现在反过来想:两个图形如果大小也相等呢?那其实就是你早已会的老朋友——全等。本页就来捋清两者的关系。

全等图形
形状相同、大小相等,能完全重合的两个图形
相似图形
形状相同,大小可不同,对应边成比例、对应角相等
全等是特殊的相似
当相似比 k=1 时,对应边相等,相似就退化为全等
复印缩放文件对应 →相似与全等的关系

缩到 70% 是相似;选 100% 复印就与原件全等——全等藏在相似里

\text{全等} \subset \text{相似},\text{即相似比 } k = 1 \text{ 的情形
2第 2 页 · 从全等到相似

什么是相似图形

全等要求形状与大小都一致。放开『大小必须相等』这一条,只保留『形状相同』,就跨入了更一般的概念——相似。

形状相同
对应角相等
大小可不同
用相似比 k 描述缩放
对应边成比例
所有对应边比值都等于同一个 k
全等是相似特例
k=1 时相似退化为全等
同一张照片的不同尺寸对应 →相似图形

原件和放大/缩小版形状完全一致,对应边长比就是缩放率 k

aa=bb=cc=k\frac{a'}{a} = \frac{b'}{b} = \frac{c'}{c} = k
3第 3 页 · 什么是相似图形

相似比的概念

前面我们认识了相似图形——形状相同、大小不同。但「大小不同」到底不同多少?能不能用一个数精确刻画两份图形之间的差距?

相似比 k
两个相似图形对应边长度的比,叫做相似比
对应比都相等
所有对应边的比都等于同一个 k,不能有的边是2倍、有的边是3倍
k > 0
相似比是正数:放大时 k>1,缩小时 0<k<1,全等时 k=1
复印机缩放比例对应 →相似比 k

你设 70% 复印,纸上的每条线都是原稿的 70%,这个 70% 就是相似比

k=aak = \dfrac{a'}{a}
4第 4 页 · 相似比的概念

相似比与形状的关系

从原始图形出发,看相似比 k 怎么决定放大、缩小还是保持——形状始终不变。

图解渲染中…
K对应边长之比,k 等于新图边长除以原图边长R三条路径汇聚的结论:形状一致,仅大小在变
5第 5 页 · 相似比与形状的关系

相似比=1时是什么

相似和全等到底是什么关系?当 k=1 时,两者悄悄变成了同一件事——很多学生没意识到这一点。

相似比 k ≠ 1
  • 形状相同,大小不同(放大或缩小)
  • 对应边成 k 倍关系(k≠1)
  • 对应角全部相等
  • 面积比 = k²
相似比 k = 1
  • 形状相同,大小也相同
  • 对应边相等(k=1,即 1 倍)
  • 对应角全部相等
  • 面积比 = 1,即面积相等
全等是相似的特例:k=1 时相似退化为全等——相似是大圈,全等是里面的一个点,不能并列。
6第 6 页 · 相似比=1时是什么

图形放大与缩小的方法

放大或缩小一个图形,本质是按相似比搬运顶点——分四步完成。

1
找对应点
确定原图各顶点在变换后图中的对应位置
2
定比例
确定相似比 k,决定放大或缩小的倍数
3
画对应边
将每条边按相似比 k 等比缩放
4
连成图形
按顺序连接对应点,得到相似图形
7第 7 页 · 图形放大与缩小的方法

位似变换

上一页我们讲了放大缩小图形的几种办法。其中最规整、可用尺规作图实现的一种——选个中心点,按比例把每个点拉到新位置——就是位似变换。

位似中心
所有对应点连线都经过的固定点,决定变换的「锚点」
位似比 k
新图形对应点到中心距离 = k × 原图形点到中心距离
三点共线
中心、原图上的点、新图上的对应点永远共线,这是位似的几何指纹
正负位似
k>0 时对应点在中心同侧;k<0 时在两侧,图形方向相反
特殊的相似
位似必相似,但相似未必位似——必须有公共中心
手影游戏对应 →位似变换

灯是位似中心,手是原图,影子就是按距离比例放大或缩小的像

OP=kOP\vec{OP'} = k \cdot \vec{OP}
8第 8 页 · 位似变换

相似的判定条件

上页学了位似变换——从一图形按比例缩放必然得到相似图形。但反过来:给你两个任意图形,怎么判断它们是否相似?光"看着像"不算数,得有硬指标。

对应角相等
形状的骨架由角度决定,角度一一对应相等说明没变形
对应边成比例
所有边按同一倍数缩放,这个倍数就是相似比 k
两者同时满足
缺一不可:角等但边比例不均→缩放不统一;边成比例但角不等→形状被扭
同一印章的两份拓片对应 →判定两个图形相似

角度一致保证图案没扭,边长比例一致保证缩放统一

aa=bb=cc==k,i=i\frac{a'}{a}=\frac{b'}{b}=\frac{c'}{c}=\cdots=k,\quad \angle_i=\angle_i'
9第 9 页 · 相似的判定条件

判断相似的完整流程

判断相似是套流程:先找对应,再验角,最后验比例——每一步都不可少。

1
找对应
确定两图形顶点与边的一一映射,后续比较才有意义
2
验角
检查对应角是否分别相等,AA 即可锁定形状
3
验边比
所有对应边比值是否等于同一 k,决定能否称相似
10第 10 页 · 判断相似的完整流程

自测:判断这组图形相似吗

点击作答

两个矩形,一个长 3cm、宽 5cm,另一个长 6cm、宽 9cm。它们相似吗?

11第 11 页 · 自测:判断这组图形相似吗

本章要点回顾

  • 相似两条件缺一不可:角相等 + 边成比例
  • 相似比 k 统一了放大、缩小、全等三个特例
  • 位似是相似中保留变换中心的特殊情形
  • AA、SAS、SSS 是三条等价的判定路径
  • 判断相似:先由角定形,再由边验比例
延伸主题:相似三角形对应面积、周长比影长法在测量中的应用反比例函数图象与位似的联系
12第 12 页 · 本章要点回顾

课后思考

先自己独立想,再对比参考答案,看思路差在哪。

1"形状相同、大小不同"比全等宽松,它具体放掉了什么条件?

参考答案放掉的是边长的绝对值。相似只锁角度(形状),不锁边长;相似比=1 时就自动退回到全等。

2手机照片等比放大不变形、自由拉伸就变形,这两种操作在数学上差在哪?

参考答案等比放大是位似(中心点 + 统一比例),保持角度相等;自由拉伸不是位似,对应点比例不一致就破坏形状。

3三组对应边成比例的两个三角形一定相似。相似的也一定三边成比例吗?为什么?

参考答案都成立。三边成比例 ↔ 三角对应相等 ↔ 形状相同,三者互为充要条件,正是相似三角形判定的基础。

13第 13 页 · 课后思考
图形的相似 · 知识图解