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1、初等几何选讲初等几何选讲张新全张新全1二、初等几何的内容体系二、初等几何的内容体系.初等几何研究的内容.初等几何研究的方法.初等几何的内容体系.初等几何研究问题的主要类型n1.初等几何简介初等几何简介n一、初等几何的研究对象一、初等几何的研究对象 2三、学习初等几何的重要性三、学习初等几何的重要性1. 1.培养人的逻辑思维能力培养人的逻辑思维能力2.2.逻辑能力的培养不能被数学的其他科目完全取代逻辑能力的培养不能被数学的其他科目完全取代3.3.学习初等几何可发展人的空间想象能力和识图能力学习初等几何可发展人的空间想象能力和识图能力4.4.学习初等几何有助于在生活现实中独立自主，提高动手学习初等
2、几何有助于在生活现实中独立自主，提高动手能力，更是继续学习的基础能力，更是继续学习的基础5.5.你认为学习初等几何还有哪些重要性？你认为学习初等几何还有哪些重要性？( (讨论题讨论题) )31.几何发展大约经过四个阶段几何发展大约经过四个阶段(1)(1)实验几何实验几何( (大约公元前七世纪前大约公元前七世纪前) )(2)(2)初步推理几何初步推理几何( (大约公元前四世纪前大约公元前四世纪前) )(3)(3)解析几何的产生与发展解析几何的产生与发展(4)(4)现代几何的发展现代几何的发展2.欧几里得几何原本中的不足欧几里得几何原本中的不足3.欧几里得不可磨灭的贡献欧几里得不可磨灭的贡献(1)
3、1)几何原本是人类第一次把丰富散漫的几何材料几何原本是人类第一次把丰富散漫的几何材料整理成了系统严明的读本整理成了系统严明的读本(2)(2)原本是人类历史上的一部杰作原本是人类历史上的一部杰作(3)(3)两千年来，人类对初等几何的研究仍以原本为两千年来，人类对初等几何的研究仍以原本为依据依据(4)(4)欧几里得成了欧几里得成了“几何几何”的代名词的代名词欧几里德(前330前260)毕达哥拉斯(约前580约前500)四、初等几何学发展简史四、初等几何学发展简史4约前486前37654.几何原本译成中文简介几何原本译成中文简介(1)明万历年间(明万历三十五年(1607)徐光启(15621633)与
4、意大利传教士利玛窦(RMatte1552-1610)首次合译前6卷“几何学”一词由徐光启引入；(2)清人李善兰(18101882)与英人伟烈亚力(WLexanbler1805-1887)于1852-1856年合译后9卷。5.5.公理化方法公理化方法从尽可能少的无定义的原始概念和一从尽可能少的无定义的原始概念和一组不证自明的命题组不证自明的命题(基本公理基本公理)出发，利用逻出发，利用逻辑的法则，把一门数学建成为演绎系统的辑的法则，把一门数学建成为演绎系统的方法。方法。徐光启(1562-1633)李善兰(18101882)6几何原本的每一卷都以一些概念的定义、公设、和公理为基础。第一卷以23个定
5、义、5个公设和5个公理开始的。465个定理。定义定义(1)点是没有部分的。(2)线是只有长度而没有宽度的。(3)线的界限是点。(4)直线是这样的线，它对于它的所有各个点都有同样的位置。(5)面是只有长度和宽度的。(6)面的界限是线。(7)平面是这样的面，它对于它的所有直线有同样的位置。(8)平面上的角是在一个平面上的两条相交直线相互的倾斜度(9)当形成一角度的两线是一直线的时候，那角度成为平角。(23)平行线是在同一平面上而且尽管向两侧延长也决不相交的直线。7公设公设(1)任意两个点可以通过一条直线连接。(2)任意线段能无限延伸成一条直线。(3)以任意点为圆心、任意线段为半径可以作一个圆。(4
6、)凡直角皆相等。(5)若两条直线都与第三条直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直角，则这两条直线在这一边必定相交。第五公设称为平行公理，引导出千年来数学上和哲学上最大的难题之一。后人证明它同下面两条命题等价1.三角形内角和等于两个直角2.通过一个不在直线上的点，有且仅有一条不与该直线相交的直线。8公理公理(1)等于同量的量彼此相等。(2)等量加等量，其和仍相等。(3)等量减等量，其差仍相等。(4)彼此能够重合的物体是全等的。(5)整体大于部分。说明：说明：近代数学不分公设与公理，凡是基本假定都叫公理。那么，“公设”与“公理”最初的含义分别是什么？有什么细微差别吗？9欧几里德是这样区分公理与
7、公设的：第一，公理适合于一切科学，而公设是几何所特有的；第二，公理本身是自明的，公设没有公理那样自明，但也是不加证明而承认其真实性的。时至今日，人们已不再区分公理与公设了，都用公理一词来表明。106.希尔伯特的公理体系希尔伯特的公理体系希尔伯特希尔伯特(18621943)112.几何证明概述一、现行中学几何教材的逻辑结构特征一、现行中学几何教材的逻辑结构特征1.扩大公理系统，删减繁杂内容，适应中学生接受2.利用图形直观降低几何学习入门难度二、几何证明的要求和特点二、几何证明的要求和特点1.充分利用一般数学证明的方法、思路、技巧2.严格规范证题的基本要求3.作一般图形，尽量避免将特殊图形的某些直
8、观特征引入几何证题4.作图准确，帮助启发探索证题思路12三、几何证题的步骤三、几何证题的步骤1审题：2.寻求思路：3.选择证法：4.叙述证明：EBACDFHGMPQK四、几何证题的基本思路四、几何证题的基本思路1.1.如何选择适当的定理如何选择适当的定理2.2.怎样创造条件用好选用的定理怎样创造条件用好选用的定理3.3.定理选择的多样性和特殊性定理选择的多样性和特殊性4.4.引用定理的相关性和灵活性引用定理的相关性和灵活性133.3.几何证明的一般方法几何证明的一般方法1.1.直接证法直接证法(1)(1)叠合法叠合法(2)(2)合一法合一法2.2.间接证法间接证法 (1) (1)反证法：反证法
9、： 归谬法归谬法穷举法穷举法(2)(2)同一法同一法 证明方法小结证明方法小结：一、直接证法与间接证法一、直接证法与间接证法14二、综合法与分析法二、综合法与分析法1.综合法综合法(由因导果)从题设的已知出发，从题设的已知出发，通过逻辑推理，导出所通过逻辑推理，导出所给命题的结论，即给命题的结论，即“由因由因导果导果”的思维方法。的思维方法。AC1C2C3D1D3D2D4D5B 152.分析法分析法(执果索因)是指从待证的结论是指从待证的结论出发，寻找结论成立的充出发，寻找结论成立的充分条件，如此逐步往追溯，分条件，如此逐步往追溯，一直到已知条件为止，即一直到已知条件为止，即“执果索因执果索因
10、”的方法。的方法。AC1C2C3C4C5D1D2D3B16三、演绎法与归纳法三、演绎法与归纳法1.演绎法演绎法(三段论法三段论法)是由演绎推理组成的是由演绎推理组成的证明方法，要求演绎推理证明方法，要求演绎推理中的三段论的大、小前提中的三段论的大、小前提都是正确真实的，是一种都是正确真实的，是一种由一般原理推出特殊事实由一般原理推出特殊事实结论的证明方法。结论的证明方法。例1.题略证明：同圆半径相等(大前提)OA、OB都是O的半径(小前提)OAOB(结论结论)线段中点平分线段(大前提) C、D分别是OA、OB的中点(小前提) OCOA，OD=OB (结论结论)等量的同分量相等(大前提)OC、O
11、D是等量OAOB的同分量(小前提) OCOD(结论结论)平时证题我们用简略的三段论。172.归纳法归纳法是由归纳推理组成的证明方法。归纳法又分为是由归纳推理组成的证明方法。归纳法又分为不完全归纳法、完全归纳法和数学归纳法不完全归纳法、完全归纳法和数学归纳法。(1)不完全归纳法不完全归纳法在研究事物的某些特殊情况所得到的共同属性的基础上，作出一般性结论的推理方法。注意：不完全归纳法有时不太可靠注意：不完全归纳法有时不太可靠 如：如：x=1,2,3, ,39x=1,2,3, ,39时，式子时，式子x x2 2+x+41+x+41的值都是的值都是质数，若就此得出质数，若就此得出“当当x Nx N+
12、+时，式子时，式子x x2 2+x+41+x+41的值都是质数的值都是质数”的结论便是错误的。其实当的结论便是错误的。其实当x x4040时，时，40402 24040414141412 2是合数是合数。18(2)完全归纳法完全归纳法在研究事物的一切特殊情在研究事物的一切特殊情况况(通常只有有限多种通常只有有限多种)所得到的共同属性的基所得到的共同属性的基础上，作出一般性结论的推理方法。础上，作出一般性结论的推理方法。(如圆周如圆周角定理的证明角定理的证明)(3)数学归纳法数学归纳法在研究事物的一切特殊情况在研究事物的一切特殊情况(可数多种，即可用自然数来一一编号种情况可数多种，即可用自然数来
13、一一编号种情况)所所得到的共同属性的基础上，作出一般性结论的得到的共同属性的基础上，作出一般性结论的推理方法推理方法。194.度量关系与位置关系的证明度量关系与位置关系的证明(1)何谓度量关系的证明？(2)何谓位置关系的证明？一、关于两线段一、关于两线段(角角)相等的证明相等的证明1.有关证明的主要定理2.证明的一般思考方法(1)(2)(3)(4)(5)(6)3.例题选讲20例例2：题略：题略分析：分析：因为a是一条直线，OAa，可联想到连OE、OF.若能证得OEF为等腰三角形即可。凭经验应连OB、OC，发现只要能证RtEBORtFCO即可。它有一边OBOC，设法再找一组锐角或另一条直角边对应
14、相等。另外还有哪些证明的途径另外还有哪些证明的途径？ 可分别在O、C、A、F和B、E、A、O共圆的条件下有：1 2 3 4 OEF为等腰三角形或1 2 3(及OBOC) EBO FCO， OEOF， AEAFAEFBCOa341223121例例3：已知：已知B为线段为线段AC内任一点内任一点, 分别以分别以AB、BC为边在同一侧作为边在同一侧作等边三角形等边三角形ABD和和BCE, BD与与AE交于交于F, BE与与CD交于交于G.求证求证:BF=BG.BACDEF G分析：分析：要证BF=BG，可在BFE、BGC中考虑，它们已有1=2，BE=BC，若再有3=4即可。这时可考虑是否有ABEDB
15、C.这是易证的。1234当然也可由证得BAFBDG，BFBG.同时，此题可改造成求证：FGAC，或BFG为正三角形等。上述问题可供大家课后研究。上述问题可供大家课后研究。22二、关于线段二、关于线段(角角)的和、差、倍、的和、差、倍、分的证明分的证明1.有关证明的重要定理有关证明的重要定理2.关于证明的一般思考方法关于证明的一般思考方法通常有通常有“截长截长”、“补短补短”、“加倍加倍”、“减减半半”、“n倍倍”、“1/n”等。等。23ABCPD3.例题选讲例题选讲例4.已知P是正ABC外接圆BC弧上任一点.求证：PA=PB+PC.这是一个传统的题目，不少教这是一个传统的题目，不少教材都有这个
16、例子。材都有这个例子。不少书上通常使用截长法、补短法，我们也可从不同的地方截长或补短。这样可有8种不同的方法。此外，在PAB，PAC中用余弦定理，或正弦定理()，或托勒密定理(最简)等可解本题。24三、关于线段三、关于线段(角角)不等的证明不等的证明1.有关证明的重要定理有关证明的重要定理2.关于证明的一般方法思考关于证明的一般方法思考3.例题选讲例题选讲例5.已知在ABC中ABAC，P是ABC内一点，且APBAPC.求证：PBPC.ABCPP小大 本题的结论也可改为求本题的结论也可改为求证：证：BAPCAPBAPCAP大大小小25例例6.若AD为ABC的角平分线，过A、D的圆切BC于D，且与
17、AB、AC分别相交于E、F.试证：EFBCABCDEF3124分析：本例思路：要证：EFBC(连ED)只要证得34即可。由图易知：3124四、关于平行线的证明四、关于平行线的证明26五、关于垂直直线的证明五、关于垂直直线的证明1.有关证明的重要定理2.有关证明的一般方法3.例题选讲例例7.以ABC的边AB和AC为一边向外分别作正方形ABDE和工ACFG，试证：BC的中线AM与EG垂直。EBACFDGM27例例8.设设BD、CE为为ABC的的两条高线，若两条高线，若M为为ED的中点，的中点，N为为BC的中点，试证的中点，试证NMDE.ABCDEMN 证法证法1. 连接ND、NE，BNNC，BDC
18、90，BDC90NDBC=NE.又DMME，NMDE。证法证法2.BDCBEC90，B、C、D、E四点共圆，且BC为圆的直径。BNNC，N为圆心。M为弦DE的中点，NMDE。28六、关于共线点、共点线等的六、关于共线点、共点线等的证明证明1.有关证明的重要定理有关证明的重要定理2.有关证明的一般思考方法有关证明的一般思考方法 (1)关于点共线的证明关于点共线的证明证明证明A、B、C三点共线的一般思考方法是：三点共线的一般思考方法是：(2)关于线共点的证明关于线共点的证明证明证明a、b、c三线共点的一般思考方法是：三线共点的一般思考方法是：(3)关于点共圆的证明关于点共圆的证明证明证明A、B、C
19、、D四点共圆的一般思考方法是：四点共圆的一般思考方法是：(4)关于圆共点的证明关于圆共点的证明喂！王老师，线共点的证明方法有哪些？293.例题选讲例例9.已知：已知：如图，X、Y、Z是ABC外接圆上一点P分别在三边(或三边所在直线)上的射影.求证：求证：X、Y、Z共线。ABC分析：分析：思路，连XY、XZ后，设法证明PXYPXZ180ZYXP30九点圆九点圆n例例10. 三角形三边的中点，三角形三边的中点，三高线足，垂心与三顶点三高线足，垂心与三顶点连线段的中点，这九点共圆连线段的中点，这九点共圆. .称为这个三角形的九点圆。称为这个三角形的九点圆。ABCDF EQ RPO . 本例结论称为九
20、点圆定理。IMNH31五、中学几何教学改革的反思1.改革初期对几何证明要求过低；学习几何不学证明的话，等于白学。几何证明应在初中学习，学生完全可以接受。许多学生是在学习几何证明后才对数学发生兴趣的。2.对某些重要定理要求降低或删除。比如，角平分线性质定理、圆幂定理等，有必要把初中几何证明拿到高中选修中去吗？3.高中立体几何淡化对综合法的要求是否恰当？2019年高考数学立体几何题的启示。32本题满分13分，全省均分2.2分19题：如图，圆锥顶点为P，底面圆心为O，其母线与底面所成的角为22.5度,AB和CD是底面圆O上的两条平行的弦，轴OP与平面PCD所成的角为60度，（）证明：平面PAB与平面
21、PCD的交线平行于底面；（）求cosCOD。334.中考数学中的几何题往往是全卷中最具特色的试题。几何题对全卷得分影响最大。2019年安徽省中考数学，选择题第9,10题，填空题第13,14题，解答题第18,23题。2019年安徽省初中毕业学业考试数学2019年安徽中考压轴题欣赏与研究23(3)几何画板演示34六、竞赛中的几何试题在初高中数学竞赛试题中，几何题是必不可少的，且所占比例较高。2019年国际奥林匹克数学竞赛试题共6题，就有2道平面几何试题。初中数学竞赛大纲：几何部分要求三角形中的边角之间的不等关系。面积及等积变换。三角形的心（内心、外心、垂心、重心）及其性质。相似形的概念和性质。圆，
22、四点共圆，圆幂定理。四种命题及其关系。35高中数学竞赛大纲：几何部分要求几个重要定理：梅涅劳斯定理、塞瓦定理、托勒密定理、西姆松定理。三角形中的几个特殊点:旁心、费马点，欧拉线。几何不等式。几何极值问题。几何中的变换：对称、平移、旋转。圆的幂和根轴。面积方法，复数方法，向量方法，解析几何方法。362019年第53届国际数学奥林匹克IMO试题（阿根廷）372019年第53届国际数学奥林匹克IMO试题（阿根廷）38七、数学教师应读的几本几何名著几何原本、几何基础初等数学复习及研究（平面几何）梁绍鸿初等数学复习及研究(平面几何)习题解答尚强初等数学复习及研究（立体几何）朱德祥几何瑰宝：平面几何500
23、名题暨1000条定理沈文选39初等数学复习及研究（平面几何）初等数学复习及研究（平面几何）梁绍鸿40初等数学复习及研究（平面几何）梁绍鸿41初等数学复习及研究（平面几何）梁绍鸿424344454647484950515253545556575859606162尚强63尚强尚强 - 基本介绍基本介绍尚强，男，安徽安徽马鞍山马鞍山人，出生于1962年。1986年7月毕业于安徽芜湖教育学院(本院前身)，后在中科大现代代数研究生班学习两年。深圳市市教研室主任、党支部书记。享受国务院特殊津贴专家专家、特级教师教师、国家数学奥林匹克数学奥林匹克队教练。64尚强尚强 - 荣誉荣誉1992年和1993年国家教
24、委、中国科协授予“国家有突出贡献的教练员”称号。1994年马鞍山市委宣传部授予“马鞍山市十大杰出青年”称号。2019年深圳市委授予“深圳市优秀共产党员”称号。2019年深圳市人民政府授予“深圳市有突出贡献的优秀教师”称号。2019年广东省人民政府授予“广东省优秀教师特等奖”。2019年国务院授予“享受国务院特殊津贴专家”称号。2019年共青团深圳市委授予“鹏城青年功勋章”。2019年深圳市总工会授予“孺子牛金奖”。2019年深圳市教育局授予“深圳市学科带头人”称号。2019年广东省人民政府授予“广东省特级教师”称号。2019年被广东省教育厅授予“广东省名师”称号。2019年广东省教育厅授予“广
25、东省教育专家”称号。65尚强尚强 - 著作著作在教院学习期间出版独力完成的著作梁绍鸿平面几何研究。其后，先后出版七本著作（共170万字）。被中国大百科全书出版社、北京大学出版社、北京科技出版社、上海教育出版聘为丛书学科编委；被数学通讯、数学研究等杂志聘为特约评论员；被北京华罗庚数学学校聘为教授。66沈文选沈文选，男，1948年10月生，湖南临澧人。1982年7月毕业于湖南师范大学的数学系。沈文选教授在山东大学为仁慧书院上课67曾在中、小学从事数学教学18年，1990年8月调入湖南师范大学工作。现为湖南师范大学数学与计算机科学学院教授，硕士生导师，湖南师范大学奥林匹克数学研究所负责人。中国数学奥
26、林匹克高级教练。全国初等数学研究协调组成员，全国高师数学教育研究会常务理事，数学教育学报编委，曾任湖南省数学会初等数学委员会副主任。长期从事数学教育研究、中学数学思想方法研究、初等数学研究、奥林匹克数学研究、凸几何研究。已出版书籍20余部（截至2019年），其中专著有单行论导引三角形的高维推广研究、中学数学解题方法基础等6部；主编有初等数学研究教程等。多次参与初、高中数学联赛和数学冬令营（CMO）的命题，是湖南师大附中、长沙一中数学奥林匹克金牌选手的主要教练之一。68奥赛经典数学奥林匹克中的XX问题这套书，受到广大参与数学竞赛活动的中学生和老师的好评。沈文选老师非常敬业，讲课时略有口音但声音洪
27、亮，喜爱板书。沈老为推动湖南的初等数学研究、数学竞赛活动以及数学教育理论的研究做了大量富有成效的工作。沈老师还主编了高中数学竞赛解题策略丛书，受到广大学生好评。6970思考：思考：1在初等几何的发展中，贡献卓著的有在初等几何的发展中，贡献卓著的有谁？欧几里德的什么著作成为几何经典名著？谁？欧几里德的什么著作成为几何经典名著？这部著作的写作特点是什么？这部著作的写作特点是什么？2已知梯形已知梯形ABCD中，中，ADBC，对角，对角线线AC和腰和腰AB垂直且相等，对角线垂直且相等，对角线BD等于底等于底边边BC，如果，如果AC、BD交于交于E点，求证：点，求证：CE=CD。3设设ABC中，中，A=90，AB=AC，M是是AC中点，自中点，自A点引点引AEBM于于E，且交，且交BC于于D，求证：，求证：AMB=CMD。71谢谢！谢谢！72
