學(xué)過(guò)數學(xué)的人,都知道它有一門(mén)分科叫作“幾何學(xué)”,然而卻不一定知道“幾何”這個(gè)名稱(chēng)是怎么來(lái)的。在我國古代,這門(mén)數學(xué)分科并不叫“幾何”,而是叫作“形學(xué)”。“幾何”二字,在中文里原先也不是一個(gè)數學(xué)專(zhuān)有名詞,而是個(gè)虛詞,意思是“多少”。比如三國時(shí)曹操那首著(zhù)名的《短歌行》詩(shī),有這么兩句:“對酒當歌,人生幾何?”這里的“幾何”就是多少的意思。那么,是誰(shuí)首先把“幾何”一詞作為數學(xué)的專(zhuān)業(yè)名詞來(lái)使用的,用它來(lái)稱(chēng)呼這門(mén)數學(xué)分科的呢?這是明末杰出的科學(xué)家徐光啟。
徐光啟(1562-1633年)出生在上海縣法華匯(今上海市徐家匯)一個(gè)小商人的家里。當時(shí)的法華匯還不是城市而是鄉村,四周都是種滿(mǎn)莊稼的農田。徐光啟小時(shí)候進(jìn)學(xué)堂讀書(shū),就很留心觀(guān)察周?chē)霓r事,對農業(yè)生產(chǎn)有著(zhù)濃厚的興趣。二十歲考中秀才以后,他在家鄉和廣東、廣西教書(shū),白天給學(xué)生上課,晚上常常默對孤燈,廣泛閱讀古代的農書(shū),鉆研農業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。由于農業(yè)生產(chǎn)同天文歷法、水利工程的關(guān)系非常密切,而天文歷法、水利工程又離不開(kāi)數學(xué),他又進(jìn)一步博覽古代的天文歷法、水利和數學(xué)著(zhù)作。
1594年,徐光啟在韶州(今廣東韶關(guān))教書(shū)的時(shí)候,認識了一個(gè)來(lái)中國傳播天主教的耶穌會(huì )土郭靜居。在郭靜居那兒,他第一次見(jiàn)到一幅世界地圖,知道在中國之外竟有那么大的一個(gè)世界;又第一次聽(tīng)說(shuō)地球是圓的,有個(gè)叫麥哲倫的西洋人乘船繞地球環(huán)行了一周;還第一次聽(tīng)說(shuō)意大利科學(xué)家伽利略制造了天文望遠鏡,能清楚地觀(guān)測天上星體的運行。所有這些,對他來(lái)說(shuō),都是聞所未聞的新鮮事。從此,他又開(kāi)始接觸西方近代的自然科學(xué),知識更加豐富了。
明朝末年,宦官專(zhuān)權,政治黑暗,人民的生活非常痛苦,農民起義到處發(fā)生;正在東北崛起的滿(mǎn)洲貴族,又不時(shí)對明朝發(fā)動(dòng)進(jìn)攻,整個(gè)社會(huì )處在動(dòng)蕩不安的狀態(tài)。象所有正直的知識分子一樣,徐光啟富于愛(ài)國的熱忱,他希望能夠利用科學(xué)技術(shù)幫助國家富強起來(lái),使天下的黎民過(guò)上“豐衣食,絕饑寒”的安定富裕的生活。因此,他認為不僅應該認真總結我國古代的科學(xué)成就,還應該很好地學(xué)習西方先進(jìn)的自然科學(xué),取長(cháng)補短,使我國的科學(xué)技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展。
希爾伯特《幾何基礎》 人們對《幾何原本》中在邏輯結果方面存在的一些漏洞、破綻的發(fā)現,正是推動(dòng)幾何學(xué)不斷向前發(fā)展的契機。最后德國數學(xué)家希爾伯特在總結前人工作的基礎上,在他1899年發(fā)表的《幾何基礎》一書(shū)中提出了一個(gè)比較完善的幾何學(xué)的公理體系。這個(gè)公理體系就被叫做希爾伯特公理體。
希爾伯特不僅提出了—個(gè)完善的幾何體系,并且還提出了建立一個(gè)公理系統的原則。就是在一個(gè)幾何公理系統中,采取哪些公理,應該包含多少條公理,應當考慮如下三個(gè)方面的問(wèn)題:
第一,共存性(和諧性),就是在一個(gè)公理系統中,各條公理應該是不矛盾的,它們和諧而共存在同一系統中。
第二,獨立性,公理體系中的每條公理應該是各自獨立而互不依附的,沒(méi)有一條公理是可以從其它公理引伸出來(lái)的。
第三,完備性,公理體系中所包含的公理應該是足夠能證明本學(xué)科的任何新命題。
這種用公理系統來(lái)定義幾何學(xué)中的基本對象和它的關(guān)系的研究方法,成了數學(xué)中所謂的“公理化方法”,而把歐幾里得在《幾何原本》提出的體系叫做古典公理法。 公理化的方法給幾何學(xué)的研究帶來(lái)了一個(gè)新穎的觀(guān)點(diǎn),在公理法理論中,由于基本對象不予定義,因此就不必探究對象的直觀(guān)形象是什么,只專(zhuān)門(mén)研究抽象的對象之間的關(guān)系、性質(zhì)。從公理法的角度看,我們可以任意地用點(diǎn)、線(xiàn)、面代表具體的事物,只要這些具體事物之間滿(mǎn)足公理中的結合關(guān)系、順序關(guān)系、合同關(guān)系等,使這些關(guān)系滿(mǎn)足公理系統中所規定的要求,這就構成了幾何學(xué)。
因此,凡是符合公理系統的元素都能構成幾何學(xué),每一個(gè)幾何學(xué)的直觀(guān)形象不止只有—個(gè),而是可能有無(wú)窮多個(gè),每一種直觀(guān)形象我們把它叫做幾何學(xué)的解釋?zhuān)蛘呓凶瞿撤N幾何學(xué)的模型。平常我們所熟悉的幾何圖形,在研究幾何學(xué)的時(shí)候,并不是必須的,它不過(guò)是一種直觀(guān)形象而已。
就此,幾何學(xué)研究的對象更加廣泛了,幾何學(xué)的含義比歐幾里得時(shí)代更為抽象。這些,都對近代幾何學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了深遠的影響。
幾何十大公理 1.過(guò)兩點(diǎn)有且只有一條直線(xiàn). 2.兩點(diǎn)之間,線(xiàn)段最短. 3.垂線(xiàn)段最短. 4.過(guò)一點(diǎn)有且只有一條直線(xiàn)與已知直線(xiàn)垂直.5.過(guò)直線(xiàn)外一點(diǎn)有且只有一條直線(xiàn)與已知直線(xiàn)平行.(平行公理)6.同位角相等,兩直線(xiàn)平行.7.有兩邊及其夾角對應相等的兩個(gè)三角形全等.(SAS)8.有兩角及其夾邊對應相等的兩個(gè)三角形全等.(ASA)9.三邊對應相等的兩個(gè)三角形全等.(SSS) 10.斜邊和一條直角邊對應相等的兩個(gè)直角三角形全等.(HL) 《圓》這一章的結論,都是定理、定義或推論,沒(méi)有公理我覺(jué)得編教材的時(shí)候誰(shuí)是公理并不重要,重要的是讓初中生體會(huì )這種從基本事實(shí)出發(fā)進(jìn)行推理演繹的妙用,學(xué)會(huì )邏輯推理的基本方法. 其實(shí)全等三角形的判定根本不是公理,但是連歐幾里德的幾何體系也難免有不完善之處. 所以作為初中教材,基本原則應該是避繁就間,條理清晰. 將一些不易證的結論歸為公理,可以使學(xué)生抓住主要問(wèn)題,忽略次要問(wèn)題. 待掌握了一定的知識和能力再去追究完善的公理體系也并不晚. 教材的編著(zhù)者這樣做,不能不說(shuō)是花了心思的. 幾何學(xué)是建立在公理基礎上通過(guò)推理演繹而成的.因而扎實(shí)地掌握公理對學(xué)習幾何作用極大.現總結了10條初中教材所提及的無(wú)需證明的最基本結論作為公理。
幾何十大公理
1.過(guò)兩點(diǎn)有且只有一條直線(xiàn).
2.兩點(diǎn)之間,線(xiàn)段最短.
3.垂線(xiàn)段最短.
4.過(guò)一點(diǎn)有且只有一條直線(xiàn)與已知直線(xiàn)垂直.
5.過(guò)直線(xiàn)外一點(diǎn)有且只有一條直線(xiàn)與已知直線(xiàn)平行.(平行公理)
6.同位角相等,兩直線(xiàn)平行.
7.有兩邊及其夾角對應相等的兩個(gè)三角形全等.(SAS)
8.有兩角及其夾邊對應相等的兩個(gè)三角形全等.(ASA)
9.三邊對應相等的兩個(gè)三角形全等.(SSS)
10.斜邊和一條直角邊對應相等的兩個(gè)直角三角形全等.(HL)
《圓》這一章的結論,都是定理、定義或推論,沒(méi)有公理
我覺(jué)得編教材的時(shí)候誰(shuí)是公理并不重要,重要的是讓初中生體會(huì )這種從基本事實(shí)出發(fā)進(jìn)行推理演繹的妙用,學(xué)會(huì )邏輯推理的基本方法.
其實(shí)全等三角形的判定根本不是公理,但是連歐幾里德的幾何體系也難免有不完善之處.
所以作為初中教材,基本原則應該是避繁就間,條理清晰.
將一些不易證的結論歸為公理,可以使學(xué)生抓住主要問(wèn)題,忽略次要問(wèn)題.
待掌握了一定的知識和能力再去追究完善的公理體系也并不晚.
教材的編著(zhù)者這樣做,不能不說(shuō)是花了心思的.
幾何學(xué)是建立在公理基礎上通過(guò)推理演繹而成的.因而扎實(shí)地掌握公理對學(xué)習幾何作用極大.現總結了10條初中教材所提及的無(wú)需證明的最基本結論作為公理.
圓是一種幾何圖形。
當一條線(xiàn)段繞著(zhù)它的一個(gè)端點(diǎn)在平面內旋轉一周時(shí),它的另一個(gè)端點(diǎn)的軌跡叫做圓。根據定義,通常用圓規來(lái)畫(huà)圓。
[編輯本段]【圓的基本知識】 圓定義 圓的定義有2 其一:平面上到定點(diǎn)的距離等于定長(cháng)的點(diǎn)的集合叫圓。 其二:平面上一條線(xiàn)段,繞它的一端旋轉360°,留下的軌跡叫圓。
概括 把一個(gè)圓按一條直線(xiàn)對折過(guò)去,并且完全重合,展開(kāi)再換個(gè)方向對折,折出后,這些折痕相交的一個(gè)點(diǎn),叫做圓心,用字母O表示。連接圓心和圓上的任意一點(diǎn)的線(xiàn)段叫做半徑,用字母r表示。
通過(guò)圓心并且兩端都在圓上的線(xiàn)段叫做直徑,用字母d表示。圓心定圓的位置,半徑和直徑定圓的大小。
在同一個(gè)圓或等圓中,半徑都相等,直徑也都相等,直徑是半徑的2倍,半徑是直徑的1/2。 用字母表示是:d=2r或r=d/2 圓的相關(guān)量 圓周率:圓周長(cháng)度與圓的直徑長(cháng)度的比值叫做圓周率,它是一個(gè)無(wú)限不循環(huán)的小數通常用π表示,π=3.1415926535。
在實(shí)際應用中我們只取它的近似值,即π≈3.14(在奧數中一般π只取3、3.1416或3.14159) 圓弧和弦:圓上任意兩點(diǎn)間的部分叫做圓弧,簡(jiǎn)稱(chēng)弧。大于半圓的弧稱(chēng)為優(yōu)弧,小于半圓的弧稱(chēng)為劣弧。
連接圓上任意兩點(diǎn)的線(xiàn)段叫做弦。 圓心角和圓周角:頂點(diǎn)在圓心上的角叫做圓心角。
頂點(diǎn)在圓周上,且它的兩邊分別與圓有另一個(gè)交點(diǎn)的角叫做圓周角。 內心和外心:過(guò)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)的圓叫做三角形的外接圓,其圓心叫做三角形的外心。
和三角形三邊都相切的圓叫做這個(gè)三角形的內切圓,其圓心稱(chēng)為內心。 扇形:在圓上,由兩條半徑和一段弧圍成的圖形叫做扇形。
圓錐側面展開(kāi)圖是一個(gè)扇形。這個(gè)扇形的半徑稱(chēng)為圓錐的母線(xiàn)。
【圓和圓的相關(guān)量字母表示方法】 圓—⊙ 半徑—r或R(在環(huán)形圓中外環(huán)半徑表示的字母) 弧—⌒ 直徑—d 扇形弧長(cháng)/圓錐母線(xiàn)—l 周長(cháng)—C 面積—S 【圓和其他圖形的位置關(guān)系】 圓和點(diǎn)的位置關(guān)系:以點(diǎn)P與圓O的為例(設P是一點(diǎn),則PO是點(diǎn)到圓心的距離),P在⊙O外,PO>r;P在⊙O上,PO=r;P在⊙O內,PO 直線(xiàn)與圓有3種位置關(guān)系:無(wú)公共點(diǎn)為相離;有兩個(gè)公共點(diǎn)為相交,這條直線(xiàn)叫做圓的割線(xiàn);圓與直線(xiàn)有唯一公共點(diǎn)為相切,這條直線(xiàn)叫做圓的切線(xiàn),這個(gè)唯一的公共點(diǎn)叫做切點(diǎn)。以直線(xiàn)AB與圓O為例(設OP⊥AB于P,則PO是AB到圓心的距離):AB與⊙O相離,PO>r;AB與⊙O相切,PO=r;AB與⊙O相交,PO 兩圓之間有5種位置關(guān)系:無(wú)公共點(diǎn)的,一圓在另一圓之外叫外離,在之內叫內含;有唯一公共點(diǎn)的,一圓在另一圓之外叫外切,在之內叫內切;有兩個(gè)公共點(diǎn)的叫相交。
兩圓圓心之間的距離叫做圓心距。兩圓的半徑分別為R和r,且R≥r,圓心距為P:外離P>R+r;外切P=R+r;相交R-r ⑴圓的確定:畫(huà)一條線(xiàn)段,以線(xiàn)段長(cháng)為半徑以一端點(diǎn)為圓心畫(huà)弧繞360度后得到圓。
圓的對稱(chēng)性質(zhì):圓是軸對稱(chēng)圖形,其對稱(chēng)軸是任意一條通過(guò)圓心的直線(xiàn)。圓也是中心對稱(chēng)圖形,其對稱(chēng)中心是圓心。
垂徑定理:垂直于弦的直徑平分這條弦,并且平分弦所對的2條弧。逆定理:平分弦(不是直徑)的直徑垂直于弦,并且平分弦所對的2條弧。
⑵有關(guān)圓周角和圓心角的性質(zhì)和定理 在同圓或等圓中,如果兩個(gè)圓心角,兩個(gè)圓周角,兩組弧,兩條弦,兩條弦心距中有一組量相等,那么他們所對應的其余各組量都分別相等。 一條弧所對的圓周角等于它所對的圓心角的一半。
直徑所對的圓周角是直角。90度的圓周角所對的弦是直徑。
如果一條弧的長(cháng)是另一條弧的2倍,那么其所對的圓周角和圓心角是另一條弧的2倍。 ⑶有關(guān)外接圓和內切圓的性質(zhì)和定理 ①一個(gè)三角形有唯一確定的外接圓和內切圓。
外接圓圓心是三角形各邊垂直平分線(xiàn)的交點(diǎn),到三角形三個(gè)頂點(diǎn)距離相等; ②內切圓的圓心是三角形各內角平分線(xiàn)的交點(diǎn),到三角形三邊距離相等。 ③R=2S△÷L(R:內切圓半徑,S:面積,L:周長(cháng)) ④兩相切圓的連心線(xiàn)過(guò)切點(diǎn)(連心線(xiàn):兩個(gè)圓心相連的線(xiàn)段) ⑤圓O中的弦PQ的中點(diǎn)M,過(guò)點(diǎn)M任作兩弦AB,CD,弦AD與BC分別交PQ于X,Y,則M為XY之中點(diǎn)。
(4)如果兩圓相交,那么連接兩圓圓心的線(xiàn)段(直線(xiàn)也可)垂直平分公共弦。 (5)圓心角的度數等于它所對的弧的度數。
(6)圓周角的度數等于它所對的弧的度數的一半。 (7)弦切角的度數等于它所夾的弧的度數的一半。
(8)圓內角的度數等于這個(gè)角所對的弧的度數之和的一半。 (9)圓外角的度數等于這個(gè)等于這個(gè)角所截兩段弧的度數之差的一半。
〖有關(guān)切線(xiàn)的性質(zhì)和定理〗 圓的切線(xiàn)垂直于過(guò)切點(diǎn)的半徑;經(jīng)過(guò)半徑的一端,并且垂直于這條半徑的直線(xiàn),是這個(gè)圓的切線(xiàn)。 切線(xiàn)的判定方法:經(jīng)過(guò)半徑外端并且垂直于這條半徑的直線(xiàn)是圓的切線(xiàn)。
切線(xiàn)的性質(zhì):(1)經(jīng)過(guò)切點(diǎn)垂直于這條半徑的直線(xiàn)是圓的切線(xiàn)。(2)經(jīng)過(guò)切點(diǎn)垂直于切線(xiàn)的直線(xiàn)必經(jīng)過(guò)圓心。
(3)圓的切線(xiàn)垂直于經(jīng)過(guò)切點(diǎn)的半徑。 切線(xiàn)長(cháng)定理:從圓外一點(diǎn)到圓的兩條切線(xiàn)的長(cháng)相等,那點(diǎn)與圓心的連線(xiàn)平分切線(xiàn)的夾角。
〖有關(guān)圓的計算公式〗 1.圓的周長(cháng)C=2πr=πd 2.圓的面積S=πr^2; 3.扇形弧長(cháng)l=nπr/180 4.扇形面積S=(nπr^2)/360=lr/2(l為扇形的弧長(cháng))5.圓錐側面積S=πrl 6.圓錐側面展開(kāi)圖(扇形)的圓。
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