這次談一道初中的幾何題,求角與角之間的關係。

問 題:右圖中,設△ABC與△ADE的頂角A互成對頂角,

∠C和∠E的平分線相交於F。

求證:∠F = [1][2]  (∠B + ∠D)。

答 案:以下為了表達簡潔些,把∠ACB和∠AED分別記為∠C和∠E。

由三角形的外角,得知

∠B + ∠C = ∠BAD = ∠D + ∠E,即∠BAD = [1][2]  (∠B + ∠C + ∠D + ∠E)。

再由對頂角得∠CAE = ∠BAD。考慮四邊形FCAE的內角和,得知

360o - [1][2]  (∠B + ∠C + ∠D + ∠E) + [∠C][2]  + [∠E][2]  + ∠F = 360o,化簡後得∠F = [1][2]  (∠B + ∠D)。

解題的過程中,大致上的方向就是把反角CAE用B、C、D、E四隻角表示出來,由於題目裏有B和D,而C和E則是題目中有額外資料,所以方向上就是考慮四邊形FCAE的內角和,然後將命題相關的角和題目資料裏的角串連起來,最後得到結論。

題目裏要證明的相關命題,當中的角F、B和D,在圖上是分散的,要知道當中數量上的關係,需要懂得怎樣通過幾何的定理連繫起來。平常的幾何題來說,要知道幾個角之間的關係,可能推論未必能找到什麼線索,但算式寫出來,又跟要證明的算式相去甚遠。

解題過程中,筆者思考的時候,看到圖的左右是類似對稱的模樣,即是圖形左右反轉,討論起來也是一樣的,於是就想到用圖形中間的角度,把題目提到的幾個角連上關係。

另外,由於結論是有對稱的性質,即B和D對調也是的,所以過程中,算式也希望做到有對稱的性質,比如若果寫∠BAD= ∠D + ∠E,就好像沒了B和C,那樣推論起來,可能不太順利,於是就把∠BAD寫成[1][2]  (∠B + ∠C + ∠D + ∠E),那就在算式上保留了圖形左右對稱的性質,推論出來的算式也較容易有對稱的性質。

這些推論過程中的想法,都是憑經驗一下子聯想到幾個情況,然後就做下去的,初學時可能要把幾個選擇分別寫下來,比較一番,才發現哪個好。到了經驗夠了,一下子就選對了,事後回看才知道已經不自覺比較過幾個策略。

平常在這裏分享經驗的時候,好像一招一式地談着,可以分得開一個個方法那樣,或者是人們看書,也看到一個兩個三個方法,開始時可能會以為方法多了,遇着題目,按着例題或方法的想法來做,就會很順利。這個到底不是必然,解題沒那麼簡單的。

遇着一些方法,在累積和應用之中,除了自覺地使用之外,也有些潛移默化的效果。累積多了,有些題目做起來就較順利,想起來到想通了,也沒自覺,倒是要說起來時,才知道自己懂了那麼多事情。解幾何題的能力就是這樣成長。做多幾題,也不會有明顯的進步,只是累積得夠多了,有時加幾條輔助線,或者做一下幾何變換,或者算式換幾個形式,解到了,也未必說得出自己為什麼這樣想。這個就是經驗的累積,是有模糊的性質,沒那麼明確的。●張志基

■香港數學奧林匹克學校

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