问题引入
画一个直角 ∠AOB,在它内部任取一条射线 OC,再作一条与 OC 垂直的射线 OD。
∠AOC 和 ∠BOD 分别位于直角的两侧,看上去没有关系。但只要拖动 C 改变 OC 的方向,这两行读数就会同步变化——它们永远相等。为什么?
动态观察
拖动直角内部的 C,让 OC 转动;OD 会自动保持与 OC 垂直,不需要手动调整。
- 拖动 C 改变 OC 的方向,注意它只能在直角 ∠AOB 内部移动。
- 盯住侧栏的 ∠AOC 与 ∠BOD 两行读数,看它们如何变化。
- 勾选侧栏的「显示公共余角 ∠BOC」,观察这三个角之间的关系。
规律发现
无论把 C 拖到哪里,下面这个等式都成立:
在本单元的图形中,若 ∠AOC = 35°,则 ∠BOD 等于多少度?
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由本单元结论 ∠AOC = ∠BOD 直接得到 ∠BOD = 35°。也可以用余角验证:∠BOC = 90° − 35° = 55°,而 ∠BOD = 90° − ∠BOC = 90° − 55° = 35°。
原理解释
把两个直角分别写出来:
- 因为 OA ⊥ OB,所以 ∠AOB = 90°,即 ∠AOC + ∠BOC = 90°;
- 因为 OC ⊥ OD,所以 ∠COD = 90°,即 ∠BOD + ∠BOC = 90°。
两个等式右边相同,都等于 90°,于是 ∠AOC 与 ∠BOD 都与同一个角 ∠BOC 互余:
这就是同角的余角相等。记住图形特征「垂直遇垂直」,倒角时不必再设未知数。
在本单元的图形中,若 ∠AOC = 28°,则 ∠BOD 等于多少度?(只填数字)
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同角的余角相等,∠AOC 与 ∠BOD 都是 ∠BOC 的余角,所以 ∠BOD = ∠AOC = 28°。
例题应用
双垂直是初中几何里最常见的「垂直遇垂直」图形:在 △ABC 中,∠ACB = 90°,作 CD ⊥ AB,垂足为 D。
求证:∠ACD = ∠B。
- 因为 ∠ACB = 90°,所以 ∠ACD + ∠BCD = 90°。
- 因为 CD ⊥ AB,所以 ∠CDB = 90°,在直角三角形 CDB 中 ∠BCD + ∠B = 90°。
- 两个等式右边都是 90°,所以 ∠ACD 与 ∠B 都是 ∠BCD 的余角。
- 由同角的余角相等得 ∠ACD = ∠B。
这正是后面学「母子相似」时最常用的倒角第一步:把 ∠ACD 换成 ∠B,就能凑出两组相等的角。
在 △ABC 中,∠ACB = 90°,CD ⊥ AB,垂足为 D。下列结论正确的是?
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∠ACD 与 ∠B 都是 ∠BCD 的余角,所以 ∠ACD = ∠B。注意 ∠ACD 与 ∠A 互余(不是相等):因为 ∠ADC = 90°,在直角三角形 ACD 中 ∠ACD + ∠A = 90°。
互动练习
本单元中 ∠AOC = ∠BOD 的根本原因是?
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OA ⊥ OB 与 OC ⊥ OD 分别给出 ∠AOC + ∠BOC = 90° 与 ∠BOD + ∠BOC = 90°,两个角都与同一个角 ∠BOC 互余,所以相等。它们不是对顶角,也不是同旁内角。
在本单元的图形中,再作一条与 OA 垂直的射线,你能找出几组相等的角?动手在纸上画一画,再用画板验证你的猜想。
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参考结论:每增加一组互相垂直的射线,就多出一组「同角的余角」。例如再作 OE ⊥ OA(即 OE 与 OB 同向或反向),会得到 ∠AOC 与它对应的余角仍相等;一般地,同一个顶点处的所有垂直关系可以两两配对,余角成组相等,这也是「多垂直倒角」这个名字的由来。