1个比喻讲透梯形蝴蝶定理:零基础三步成“神”的图形秘籍:典型例题精讲
适用年级
五年级
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最近更新
2025-12-20
梯形蝴蝶定理:让图形扇动“等积”的翅膀
💡 阿星起步:梯形蝴蝶的底层逻辑
想象一下,你画了一个梯形(上窄下宽的那种),然后连接它的两条对角线。这两条线会在梯形中间交叉,把梯形分成了四个三角形。
现在,重点来了!这图形看起来像一只展开翅膀的蝴蝶。左右那两个小三角形,就是蝴蝶的“翅膀”。无论你的梯形是胖是瘦,是高是矮,这两只“翅膀”的面积永远一模一样大!这就是“梯形蝴蝶定理”最神奇的地方。
为什么它们一定相等? 咱们用“等积变形”来想想看。
- 看上图,蝴蝶的“上半身”(两个上方的三角形)共用一条“上底边”,并且他们的顶点都在下面的对角线上。如果把这条对角线看作底边,它们的高其实是相等的(都是平行线间的距离)。所以这两个三角形面积相等,我们叫它们 \(S_1\) 和 \(S_2\),即 \(S_1 = S_2\)。
- 再看“下半身”,同理可证,两个下方的三角形面积也相等,记作 \(S_3 = S_4\)。
- 现在看整个梯形,它是由 \(S_1 + S_3 + S_2 + S_4\) 组成的。
- 但别忘了,梯形也可以看作是由两个大三角形组成的(分别以上底和下底为底,对角交点为顶点)。这两个大三角形是“同高”的(高都是梯形的高),所以它们的面积比等于底边比,即 \( (S_1+S_2) : (S_3+S_4) = \text{上底} : \text{下底} \)。
- 结合 \(S_1 = S_2\) 和 \(S_3 = S_4\),你就能推出:左翅膀 \(S_1\) 和右翅膀 \(S_4\) 的面积必然相等!
学它的本质是什么?它就是图形中的一个隐藏的等量关系。在复杂的几何题里,只要你能认出“梯形蝴蝶”,就能立刻知道有一对三角形面积相等,这常常是解题的突破口,能帮你化繁为简。
🔥 三级跳挑战:从入门到大神
【入门例题】如图,在梯形ABCD中,AD平行于BC,对角线AC与BD相交于点O。已知三角形AOD(左翅膀)的面积是 \(6 \text{ cm}^2\),那么三角形BOC(右翅膀)的面积是多少?
阿星拆解:
- 第一步:识别模型。 题目给出了梯形(AD//BC)和对角线交点O。这完全符合“梯形蝴蝶”的造型。
- 第二步:找到翅膀。 蝴蝶的左右翅膀,就是被对角线分出来的、不挨着上下底的那两个三角形。也就是 \(\triangle AOD\)(左边)和 \(\triangle BOC\)(右边)。
- 第三步:应用定理。 梯形蝴蝶定理的核心口诀就是“翅膀面积相等”。
- 第四步:得出答案。 既然左翅膀(\(\triangle AOD\))面积是 \(6 \text{ cm}^2\),那么右翅膀(\(\triangle BOC\))的面积也一定是 \(6 \text{ cm}^2\)。
所以,答案是:\(6 \text{ cm}^2\)。看,就是这么直接!
【进阶例题】如图,梯形ABCD中,AB//DC,对角线交于O点。已知\(\triangle AOB\)的面积为 \(12 \text{ dm}^2\),\(\triangle DOC\)的面积为 \(3 \text{ m}^2\)。请问蝴蝶翅膀(\(\triangle AOD\)与\(\triangle BOC\))的面积是多少平方分米?
阿星敲黑板:
陷阱在哪里? 坑就在单位上!\(\triangle DOC\)的面积给的是 \(3 \text{ m}^2\)(平方米),而其他条件和问题要求用的是 \(\text{dm}^2\)(平方分米)。如果你直接算,单位不统一,答案就错了。
如何化解?
- 第一步:统一单位。 \(1 \text{ m}^2 = 100 \text{ dm}^2\)。所以 \(\triangle DOC\) 的面积 \(S_{DOC} = 3 \text{ m}^2 = 3 \times 100 = 300 \text{ dm}^2\)。
- 第二步:识别部分。 在梯形蝴蝶中,\(\triangle AOB\) 和 \(\triangle DOC\) 是蝴蝶的“上半身”和“下半身”,它们不是翅膀。翅膀是 \(\triangle AOD\) 和 \(\triangle BOC\)。
- 第三步:利用比例关系。 在梯形蝴蝶中,有一个重要结论:上半身面积 × 下半身面积 = 翅膀面积的平方。即 \(S_{AOB} \times S_{DOC} = (S_{AOD})^2 = (S_{BOC})^2\)。
- 第四步:代入计算。
\(S_{AOB} = 12\), \(S_{DOC} = 300\)。
所以,\(S_{\text{翅膀}}^2 = 12 \times 300 = 3600\)。
那么 \(S_{\text{翅膀}} = \sqrt{3600} = 60 (\text{dm}^2)\)。
所以,蝴蝶的每只翅膀面积都是 \(60 \text{ dm}^2\)。记住,先统一单位再计算!
【拔高例题】如图,在四边形ABCD中,AD平行于BC,且 \(AD:BC = 2:3\)。连接AC与BD交于点O。已知三角形AOD的面积为8,求三角形BOC与三角形AOB的面积之比。
思维迁移:
这道题看起来复杂了,但场景没变!AD//BC,这就是一个梯形。对角线AC和BD相交,这就是一只标准的“梯形蝴蝶”。
- 第一步:锁定原型。 识别出模型,我们就知道:① 翅膀相等 \(S_{AOD} = S_{BOC} = 8\)。② 上下两个大三角形面积比等于底边比。
- 第二步:应用底边比。 以O为顶点的两个大三角形是\(\triangle ABC\)和\(\triangle DBC\)(或\(\triangle ABD\)和\(\triangle ACD\)),它们同高(梯形的高),所以面积比等于底边比。更常用的结论是:
蝴蝶的“上身”(\(S_{AOB}\))和“下身”(\(S_{DOC}\))的面积比,等于梯形上底与下底的平方比。但这里我们直接用更基础的关系:
因为AD//BC,所以 \(\triangle ABC\) 与 \(\triangle DBC\) 同底等高,面积相等。即 \(S_{ABC} = S_{DBC}\)。
而 \(S_{ABC} = S_{AOB} + S_{BOC}\), \(S_{DBC} = S_{DOC} + S_{BOC}\)。
所以 \(S_{AOB} = S_{DOC}\)。 - 第三步:用比例求解。 已知 \(AD:BC = 2:3\)。
对于梯形,上下两部分三角形(\(\triangle AOD\)与\(\triangle BOC\)是翅膀,\(\triangle AOB\)与\(\triangle DOC\)是头尾)满足:\(S_{AOB} : S_{BOC} = AD : BC\)(因为它们分别以AO和CO为底时,高相等)。
更准确的关系是:\(S_{AOB} : S_{BOC} = S_{AOD} : S_{DOC} = AD : BC\)。
已知 \(S_{BOC} = S_{AOD} = 8\), \(AD:BC=2:3\)。
所以 \(S_{AOB} : 8 = 2 : 3\)。
解得 \(S_{AOB} = 8 \times \frac{2}{3} = \frac{16}{3}\)。 - 第四步:求比值。 题目要求 \(S_{BOC} : S_{AOB} = 8 : \frac{16}{3} = 8 \times \frac{3}{16} = \frac{3}{2}\)。
所以,三角形BOC与三角形AOB的面积比是 \(3:2\)。
看,只要认出蝴蝶,复杂比例问题也能一步步拆解!
📝 阿星必背口诀:
梯形画好对角线,蝴蝶展翅在中间。
左右翅膀必相等,头尾面积乘起来,等于翅膀的平方现。
上下有比(AD:BC),面积跟着比例变。
🚀 举一反三:变式挑战
在梯形EFGH中,EF//GH,对角线EG与FH交于点P。若三角形EPF(左翅膀)面积为9,求三角形GPH(右翅膀)面积。
梯形MNOP中,MN//OP,对角线交于Q。已知蝴蝶的两只翅膀(\(\triangle MQO\)与\(\triangle NQP\))面积之和为20,且\(\triangle MQO\)比\(\triangle NQP\)大4,求\(\triangle MQN\)(上身)的面积。
梯形ABCD中,AB//CD,\(AB:CD=1:2\)。对角线AC、BD交于点O。已知梯形总面积是 \(63 \text{ cm}^2\),求阴影部分(\(\triangle AOD\)与\(\triangle BOC\))的面积之和。
解析与答案
【详尽解析】
三级跳答案:
入门例题:\(6 \text{ cm}^2\)
进阶例题:\(60 \text{ dm}^2\)
拔高例题:\(3:2\)
举一反三解析:
变式一: 直接应用“翅膀相等”,答案为 \(9\)。
变式二核心提示: 先由“翅膀相等”和“和差问题”求出每只翅膀面积:\( (20+4)/2 = 12 \) 和 \( (20-4)/2 = 8 \)。但翅膀相等,这里和差为4矛盾,说明原题数据需调整,意在练习逆用“翅膀相等”列方程。思路:设翅膀面积为S,则 \(S+S=20\),得 \(S=10\)。再利用“上身面积×下身面积=翅膀面积的平方”等关系求解其他部分。
变式三核心提示: 设 \(S_{AOB}=x\),由 \(AB:CD=1:2\),根据梯形蝴蝶面积比例关系,得 \(S_{DOC}=4x\)。再根据“翅膀面积平方等于头尾积”,设翅膀面积为 \(y\),则 \(y^2 = x \cdot 4x = 4x^2\),所以 \(y=2x\)。梯形总面积 \(S = x + 4x + 2x + 2x = 9x = 63\),解得 \(x=7\)。阴影(翅膀和)\(= 2x+2x=4x=28 (\text{cm}^2)\)。
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