模型

多垂直倒角:同角的余角相等

直角 ∠AOB 内任取射线 OC,再作射线 OD ⊥ OC。拖动 C 会发现 ∠AOC 与 ∠BOD 总相等——它们都是 ∠BOC 的余角。

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。

多垂直倒角:同角的余角相等
  1. 拖动 C 改变 OC 的方向,注意它只能在直角 ∠AOB 内部移动。
  2. 盯住侧栏的 ∠AOC 与 ∠BOD 两行读数,看它们如何变化。
  3. 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:

∠AOC = ∠BOD

在本单元的图形中,若 ∠AOC = 35°,则 ∠BOD 等于多少度?

  • A35°
  • B55°
  • C145°
查看答案

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:

∠AOC = 90° − ∠BOC = ∠BOD

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)

查看答案

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。

  1. 因为 ∠ACB = 90°,所以 ∠ACD + ∠BCD = 90°。
  2. 因为 CD ⊥ AB,所以 ∠CDB = 90°,在直角三角形 CDB 中 ∠BCD + ∠B = 90°。
  3. 两个等式右边都是 90°,所以 ∠ACD 与 ∠B 都是 ∠BCD 的余角。
  4. 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?

  • A∠ACD = ∠B
  • B∠ACD = ∠A
  • C∠ACD = ∠BCD
查看答案

∠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?

  • A∠AOC 与 ∠BOD 都是 ∠BOC 的余角
  • B∠AOC 与 ∠BOD 是对顶角
  • C∠AOC 与 ∠BOD 是同旁内角
查看答案

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。

查看答案

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。

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