初二|几何证明初步·为什么要证明与命题

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初二|几何证明初步·为什么要证明与命题
眼睛看到的就一定对吗?几何证明第一课:把"我觉得"换成"因为……所以……"

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本周是开学第十周,八上新课已经推进到第 5 章《几何证明初步》。从这一章开始,几何题的要求悄悄变了:以前只要能看出结论、填对答案就行;现在要你一步一步写清楚——因为什么、所以什么、依据是什么。很多同学第一次写"证明过程"会发懵:明明图一眼就看出来了,为什么非要写一长串?这一节我们就把这件事想明白,顺便把"命题、条件、结论、真假、互逆"这些绕口的概念一次理清楚。

01 先承认一件事:眼睛是会骗人的

学证明之前,必须先打破一个习惯——"看图看出来的"不一定对。数学之所以要证明,就是因为直观、经验、测量都可能出错,只有从公认的事实出发、一步步推理得到的结论才靠得住。 

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图中的两条线段实际长度相等,但箭头方向一外一内,眼睛却会觉得上面那条更长。

像上面这两条线段,用尺子量一下会发现它们其实一样长,可视觉上总觉得上面那条更长。连长度这种简单的事,眼睛都会"看错",何况三角形内角和、平行关系这类需要想象的结论。这就是几何要证明的根本原因:不能凭感觉,要讲道理。

记住一句话:实验、观察、测量只能用来发现猜想,不能当作最终依据;要让人信服,必须给出从已知出发的推理过程。

02 三个容易混的词:定义、基本事实、定理

写证明时,每一步"所以"后面都要挂一个依据。课本里常出现"根据定义""根据基本事实""根据定理",它们到底有什么区别?一张表说清楚:

名称

它是怎么来的

举例

定义

对一个名称、术语含义的明确规定,用来判定它是什么

"从直线外一点到这条直线的垂线段的长度,叫做点到直线的距离"

基本事实

经过长期实践、公认为正确,不再加以证明,直接作为推理的出发点

"两点确定一条直线""同位角相等,两直线平行"

定理

从基本事实或其他真命题出发,经过推理证明为正确的真命题

"对顶角相等""三角形三个内角的和等于 180°"

这三者都可以作为推理的依据,区别只在于"要不要证明":定义和基本事实是地基,定理是在地基上盖起来的楼。后面做证明题,括号里写的依据就是它们。

03 命题长什么样:条件 + 结论

判断一件事情的语句,叫做命题。它一定由条件(题设)和结论两部分组成,通常可以改写成"如果……,那么……"的形式:"如果"后面是条件,"那么"后面是结论。 

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一个命题由条件和结论两部分构成,写成“如果条件,那么结论”。

比如"对顶角相等",补成完整形式就是:如果两个角是对顶角,那么这两个角相等。条件是"两个角是对顶角",结论是"这两个角相等"。能不能顺利拆出条件和结论,是判断你有没有读懂命题的试金石。

命题一定是一句"判断",它要么肯定、要么否定一件事。像"画一个角""今天天气真好吗""求证……"这类没有作出判断的句子,都不是命题。

04 真命题、假命题,以及最有力的武器——举反例

命题有真有假:正确的命题叫真命题,错误的命题叫假命题。要说明一个命题是真命题,需要严格证明;而要说明它是假命题,简单得多——只要举出一个例子,它满足条件,结论却不成立即可,这个例子叫做反例。

比如命题"两个锐角的和是钝角",看起来好像对,其实错。取一个 30° 的锐角和一个 40° 的锐角,它们的和是 70°,仍然是锐角,根本不是钝角。一个反例,命题就被推翻了。举反例是否定一个假命题最干脆、最有力的办法。

05 互逆命题:原命题对,逆命题不一定对

把一个命题的条件和结论互换位置,得到的新命题叫做原命题的逆命题。这里最关键的一句话是:原命题是真的,它的逆命题未必也是真的。

例如原命题"对顶角相等"是真命题;把条件结论调换,得到逆命题"相等的角是对顶角",这就是假命题——两条平行线被第三条所截时,同位角也相等,但它们并不是对顶角。学几何证明时,一定要警惕"反过来也成立吗"这个追问,很多错误都出在想当然地把逆命题当真。

06 初学证明,四个最常见的失分习惯

1.把"看图"当依据。图里看起来像平行、像相等,就直接写"由图可知"——这是证明题大忌,一切都要有定义、基本事实或定理撑腰。

2.条件和结论对不上。写"因为 a∥b,所以同位角相等"是对的;但条件里根本没给平行,结论却跑出角相等,就是无中生有。

3.跳步、因果倒置。还没推出就先用结论,或者中间省掉关键一步,阅卷时这一步的分就拿不到。

4.不会举反例。判断假命题时硬去"证明",其实只要一个反例就够;反过来,举不出反例也不能当它真,仍需证明。

三道典型题目精练

题 1(基础 · 把命题改写成"如果……那么……",找出条件和结论)

题目:把命题"在同一平面内,垂直于同一条直线的两条直线互相平行"改写成"如果……,那么……"的形式,并指出它的条件和结论。 

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题 1 示意图:直线 a、b 都垂直于直线 l。

解析:改写为:在同一平面内,如果两条直线都垂直于同一条直线,那么这两条直线互相平行。其中条件是"同一平面内的两条直线都垂直于同一条直线",结论是"这两条直线互相平行"。这是一个真命题。

易错提醒:千万不要丢掉"在同一平面内"这个前提。离开了它,空间里垂直于同一直线的两条直线还可能不在一个平面内、并不平行。改写命题时,题目开头给出的大前提往往要一起保留在条件里。

题 2(中档 · 举反例判断假命题)

题目:判断命题"两个锐角的和是钝角"是真命题还是假命题;若是假命题,请举出一个反例。 

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题 2 示意图:一个 30° 锐角与一个 40° 锐角,和为 70°,仍是锐角。

解析:这是一个假命题。反例:取一个 30° 的锐角和一个 40° 的锐角,它们的和是 30° + 40° = 70°,而钝角是指大于 90° 而小于 180° 的角,70° 仍然是锐角。满足"两个都是锐角"这个条件,和却不是钝角,命题被推翻。

易错提醒:举反例必须真的满足原命题的条件——两个角都得是锐角(都在 0° 到 90° 之间);只笼统说"不一定"而举不出具体例子,是不算数的。

题 3(技巧 · 写逆命题并判断真假)

题目:写出命题"对顶角相等"的逆命题,并分别判断原命题和逆命题的真假。若是假命题,请举一个反例。 

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题 3 示意图:两条直线相交于点 O,∠1 与 ∠2 是一对对顶角。

解析:先把原命题补成"如果……那么……":如果两个角是对顶角,那么这两个角相等。条件是"两个角是对顶角",结论是"这两个角相等",它是真命题。

交换条件和结论,得到逆命题:如果两个角相等,那么这两个角是对顶角。这个逆命题是假命题。反例:两条平行线被第三条直线所截,得到的同位角也相等,但它们并不是两条直线相交所成的对顶角。

易错提醒:这道题最容易犯的错,是因为"对顶角相等"这句话太熟,就顺口以为"相等的角是对顶角"也对。记住:原命题为真,逆命题未必为真;写逆命题时要把条件和结论完整对调,不能只换一半。

写在最后

几何证明这一章,真正要练的不是算,而是"讲道理的规矩":先把命题拆成条件和结论,再分清哪些是能直接用的依据(定义、基本事实、定理),每写一个"所以"都要能回答"凭什么"。判断对了,用推理去证明;判断错了,一个反例就够。今天的三道题,建议同学们合上书自己再做一遍——尤其是题 3 的逆命题,亲手写一次、再举一次反例,比读十遍解析印象都深。把"言必有据"这四个字养成习惯,后面学平行线的证明、三角形内角和的证明,你会越写越顺。

—— 数海领航工作室 · 让每一步推理都站得住脚 ——

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