尺規作圖


前言

相關定義

尺規作圖(Compass-and-straightedge construction)是指用沒有刻度的直尺和圓規作圖。最基本,最常用的尺規作圖,通常稱基本作圖。一些復雜的尺規作圖都是由基本作圖組成的。

基本作圖

以下是最基本最常用的尺規作圖,需要重點理解和掌握;

1、作一條線段等於已知線段;

2、作一個角等於已知角;

3、作已知線段的垂直平分線;

4、作已知角的角平分線;

5、過一點作已知直線的垂線;

經典操作

九大經典操作,需要重點理解和掌握;

(1)題目一:作一條線段等於已知線段。

已知:如圖,線段\(a\).

求作:線段\(AB\),使\(AB\)=\(a\).

作法:

①.作射線\(AP\)

②.在射線\(AP\)上截取\(AB=a\).

則線段\(AB\)就是所求作的圖形。

(2)題目二:作已知線段的垂直平分線。

已知:如圖,線段\(MN\).

求作:線段\(PQ\),使\(PQ\perp MN\)\(PQ\)平分線段\(MN\).

作法:

①. 分別以\(M\)\(N\)為圓心,大於\(\cfrac{1}{2}MN\)的相同線段為半徑畫弧,兩弧相交於\(P\)\(Q\)

②. 連接\(PQ\)\(MN\)\(O\)

則線段\(PQ\)就是所求作的\(MN\)的垂直平分線。

(3)題目三:作已知角的角平分線。

已知:如圖,已知\(\angle AOB\)

求作:射線\(OP\),使\(\angle AOP=\angle BOP\),(即\(OP\)平分\(\angle AOB\))。

作法:①.②.③.④.⑤.

①.以\(O\)為圓心,任意長度為半徑畫弧,分別交\(OA\)\(OB\)\(M\)\(N\)

②.分別以\(M\)\(N\)為圓心,大於\(\cfrac{1}{2}MN\)的線段長為半徑畫弧,兩弧交\(\angle AOB\)內於\(P\)

③.作射線\(OP\)

則射線\(OP\)就是\(\angle AOB\)的角平分線。

(4)題目四:作一個角等於已知角。

已知:如圖,已知\(\angle AOB\)

求作:\(\angle A'O'B'\),使得\(\angle AOB=\angle A'O'B'\)

作法:

①.作射線\(O'A'\)

②.以\(O\)為圓心,任意長度為半徑畫弧,交\(OA\)\(M\),交\(OB\)\(N\)

③.以\(O'\)為圓心,以\(OM\)的長為半徑畫弧,交\(O'A'\)\(M'\)

④.以\(M'\)為圓心,以\(MN\)的長為半徑畫弧,交前弧於\(N'\)

⑤.連接\(O'N'\)並延長到\(B'\)

\(\angle A'O'B'\)就是所求作的角。

(5)題目五:經過直線上一點做已知直線的垂線。

已知:如圖,\(P\)是直線\(AB\)上一點。

求作:直線\(CD\),使得\(CD\)經過點\(P\),且\(CD\perp AB\)

作法:

①.以\(P\)為圓心,任意長為半徑畫弧,交\(AB\)\(M\)\(N\)

②.分別以\(M\)\(N\)為圓心,大於\(\cfrac{1}{2}MN\)的長為半徑畫弧,兩弧交於點\(Q\)

③.過\(D\)\(Q\)作直線\(CD\)

則直線\(CD\)是求作的直線。

(6)題目六:經過直線外一點作已知直線的垂線

已知:如圖,直線\(AB\)及直線外一點\(P\)

求作:直線\(CD\),使\(CD\)經過點\(P\),且\(CD\perp AB\)

作法:

①.以\(P\)為圓心,以大於點\(P\)到直線\(AB\)的距離為半徑畫弧,交\(AB\)\(M\)\(N\)

②.分別以\(M\)\(N\)圓心,大於\(\cfrac{1}{2}MN\)的長為半徑畫弧,兩弧交於點\(Q\)

③.過\(P\)\(Q\)作直線\(CD\)

則直線\(CD\)就是所求作的直線。

(7)題目七:已知三邊作三角形。

已知:如圖,線段\(a\)\(b\)\(c\).

求作:\(\triangle ABC\),使\(AB=c\)\(AC=b\)\(BC=a\).

作法:

①.作線段\(AB=c\)

②.以\(A\)為圓心,以\(b\)為半徑作弧,以\(B\)為圓心,以\(a\)為半徑作弧與前弧相交於\(C\)

③.連接\(AC\)\(BC\)

\(\triangle ABC\)就是所求作的三角形。

(8)題目八:已知兩邊及夾角作三角形。

已知:如圖,線段\(m\)\(n\), \(\angle\alpha\).

求作:\(\triangle ABC\),使\(\angle A=\angle\alpha\)\(AB=m\)\(AC=n\).

作法:

①.作\(\angle A=\angle\alpha\)

②.在\(AB\)上截取\(AB=m\)\(AC=n\)

③.連接\(BC\)

\(\triangle ABC\)就是所求作的三角形。

(9)題目九:已知兩角及夾邊作三角形。

已知:如圖,\(\angle\alpha\)\(\angle\beta\),線段\(m\).

求作:\(\triangle ABC\),使\(\angle A=\angle\alpha\)\(\angle B=\angle\beta\)\(AB=m\).

作法:

①.作線段\(AB=m\)

②.在\(AB\)的同旁作\(\angle A=\angle\alpha\),作\(\angle B=\angle\beta\)\(\angle A\)\(\angle B\)的另一邊相交於\(C\)

\(\triangle ABC\)就是所求作的三角形。

典例剖析

如圖:107國道\(OA\)和320國道\(OB\)在某市相交於點\(O\),在\(\angle AOB\)的內部有工廠\(C\)\(D\),現要修建一個貨站\(P\),使\(P\)\(OA\)\(OB\)的距離相等且\(PC\)\(=\)\(PD\),用尺規作出貨站\(P\)的位置(不寫作法,保留作圖痕跡:寫出結論).

分析:本題目就是求作\(\angle AOB\)的角平分線和線段\(CD\)的垂直平分線的交點;

三條公路兩兩相交,交點分別為\(A\)\(B\)\(C\),現計划建一個加油站,要求到三條公路的距離相等,問滿足要求的加油站地址有幾種情況?

分析:本題目就是求作內角的角平分線的交點(或三角形的內心)和外角的角平分線的交點;

由於\(\triangle ABC\)內角平分線的交點到三角形三邊的距離相等,則\(\triangle ABC\)內角平分線的交點滿足條件;

如圖:點\(P\)\(\triangle ABC\)兩條外角平分線的交點,過點\(P\)\(PE⊥AB\)\(PD⊥BC\)\(PF⊥AC\)

由於\(PE=PF\)\(PF=PD\),則有\(PE\)\(=\)\(PF\)\(=\)\(PD\)

所以點\(P\)\(\triangle ABC\)的三邊的距離相等,

所以\(\triangle ABC\)兩條外角平分線的交點到其三邊的距離也相等,滿足這條件的點有\(3\)個;

綜上,到三條公路的距離相等的點有\(4\)個,故可供選擇的地址有\(4\)個.


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