一看就懂!燕尾模型图解全攻略:面积比如何变线段比 | 小学数学思维:典型例题精讲
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2025-12-20
🔥 小学数学思维突破:燕尾模型完全图解指南
你好,未来的数学高手!今天我们要攻克一个看起来像魔术的几何问题——燕尾模型。别怕公式,跟着阿星的“图解+比喻”大法,你会发现自己也能像侦探一样,看穿图形的秘密。
💡 阿星解密:为什么面积比等于线段比?
想象一个三角形公园(△ABC),公园中心有一个神奇的喷泉(点O)。从喷泉向三个顶点(A,B,C)修了三条笔直的小路(OA, OB, OC)。
物理场景: 把三角形想象成一块可以沿着顶点“拉扯”的弹性布。喷泉点O是固定的。当你拉动顶点A时,以A为顶点的两块“小三角布”(△OAB和△OAC)会被同时拉大或缩小,而它们共享一条边OA和相同的高(从B、C到OA的垂直距离)。这就决定了它们的面积之比,等于它们另一条“底边”(OB和OC上的对应线段)之比。这就是“面积比转化成线段比”的魔法钥匙!
👀 看图说话:追踪“共高三角形”
关键点拨:看动画中最后出现的“燕尾”区域(S₁+S₂)和两个“翅膀”区域(S₃, S₄)。为什么S₁ : S₂ = S₃ : S₄?我们来个“慢动作”回放:
- 看△AOB (S₁+S₃) 和 △AOC (S₂+S₄)。它们以A为共同顶点,底边BO和OC在一条直线BC上。它们共享一条高(从A到BC的垂直距离)。所以,它们的面积比等于底边比:(S₁+S₃) : (S₂+S₄) = BO : OC。
- 同理,看△BOC (燕尾S₁+S₂) 被OA分割成的两个小三角形△ABO (S₁) 和 △ACO (S₂)。它们以O为共同顶点,底边AB和AC在一条直线BC上吗?不!这里容易错!它们的底边是AB和AC,但共享从O到AB和AC的高吗?不直接!秘密藏在第一步的结论里。
- 将第一步的等式和第二步的类似等式(从另一个顶点出发看)联立,就像解一个简单的方程组,最终就能推导出那个神奇的结论:S₁ : S₂ = S₃ : S₄。这个比例,恰恰等于从顶点C出发看时,线段AO被分成的两段之比。这就是“隐形数字”——一个点分对边或分连线的比例,会像多米诺骨牌一样,传递到所有相关的面积比例中去。
🔥 三级跳挑战:从陷阱到精通
【母题演示】最基础的燕尾
如图,在△ABC中,点O是内部一点,连接AO、BO、CO。已知△ABO的面积为4,△ACO的面积为6,且BO:OC = 2:3。请问△BOC的面积是多少?
阿星的显微镜(画图验证):
我们已知S△ABO=4,S△ACO=6。设S△BOC被AO分成的两部分为S₁(靠近B)和S₂(靠近C)。根据燕尾模型核心结论:
对于以A为顶点的“燕尾”: S△ABO : S△ACO = S₁ : S₂
标准算式: \( 4 : 6 = S₁ : S₂ \) ⇒ \( S₁ : S₂ = 2 : 3 \)
又因为 \( S₁ + S₂ = S_{△BOC} \),且 \( BO : OC = 2 : 3 \),这恰好与S₁:S₂的比例一致(这是模型性质,可作为验证)。
题目未直接给S₁或S₂,但给了总面积条件吗?没有。等等,我们似乎缺少一个总面积或另一个独立条件来求具体数值?慢着!题目真的能求吗?仔细读题,已知的4和6是以A为顶点的两个三角形,而BO:OC=2:3。这刚好构成一个完整的燕尾链条:
\( \frac{S_{△ABO}}{S_{△ACO}} = \frac{BO}{OC} = \frac{2}{3} \) ?等等,已知S△ABO=4,S△ACO=6,4:6=2:3,与BO:OC=2:3完全一致!这说明给出的信息是自洽的,但无法单独求出S△BOC。我们需要另一个条件,比如S△ABC的总面积或另一条线段比。母题设计应更完善。让我们修正:已知S△ABO=4,S△ACO=6,且BD:DC=1:2 (D为AO延长线与BC交点)。求S△BOC。
修正后思路:
根据燕尾模型,在△ABC与内点O构成的图形中:
\( \frac{S_{△ABO}}{S_{△ACO}} = \frac{BD}{DC} = \frac{1}{2} \)? 不对,已知是4:6=2:3,所以BD:DC应为2:3。我们假设已知BD:DC=2:3。
同时,对于以B为顶点的燕尾:\( \frac{S_{△ABO}}{S_{△CBO}} = \frac{AE}{EC} \) (E为BO延长线与AC交点)。这个比例未知。
但我们可以利用共高三角形直接求:△ABO和△CBO有共同顶点B,底边AO和OC在一条线上吗?不,不方便。
最直接的方法是设S△BOC = x。根据以A为顶点的燕尾模型结论:\( \frac{S_{△ABO}}{S_{△ACO}} = \frac{S_{△BDO}}{S_{△CDO}} \) 或更常见的表述: \( \frac{4}{6} = \frac{S_{△BDO}}{S_{△CDO}} \)。但S△BDO和S△CDO不是已知的。
更通用的方法是使用面积与底边比例关系:
因为BD:DC=2:3,所以 \( S_{△ABD} : S_{△ACD} = 2 : 3 \)。
设S△BOD = y, S△COD = z。则 S△ABD = 4 + y, S△ACD = 6 + z。
所以 (4+y) : (6+z) = 2 : 3。交叉相乘:3(4+y) = 2(6+z) => 12+3y=12+2z => 3y=2z => y:z=2:3。
这验证了燕尾结论。同时,x = y+z。已知y:z=2:3,但仍需一个具体数值。可见,仅凭4,6和2:3的比例,S△BOC的值可以是任何满足y:z=2:3的数,如(2,3)得5,(4,6)得10等。所以原题需要补充一个具体面积值。
为了教学清晰,我们改用更标准的例题:已知S△ABO=3, S△ACO=4, S△BCO=5。求BD:DC(D为AO与BC交点)。
解: 根据燕尾模型,BD:DC = S△ABO : S△ACO = 3 : 4。
【易错陷阱】比例交叉用错
在△ABC中,O是内部一点。已知S△AOB=6,S△AOC=9,且S△BOC=10。小明看到AO延长线交BC于D,马上写出BD:DC = S△AOB : S△BOC = 6:10 = 3:5。他错在哪里?
阿星的避雷针:
大多数人会怎么错:像小明一样,误以为从顶点A出发,AO两侧的面积比(S△AOB : S△AOC)等于对边被分成的比(BD:DC),这是对的。但他错在把顶点A对应的面积比,用到了顶点B或C对应的线段比上。他求BD:DC,却用了S△AOB和S△BOC,这两个三角形不是从同一个顶点A看出去的“一对翅膀”。
图解陷阱:在图上,与BD:DC直接相关的是以A为顶点的两个三角形S△AOB和S△AOC,因为它们和△BOC(被AD分割)构成了燕尾结构。而S△AOB和S△BOC的公共顶点是B,描述的是从B点出发的另一个燕尾关系。
正确思路:紧紧抓住“顶点一致”原则。要求AO分BC的比例BD:DC,就看以A为顶点的两个三角形:
\( BD : DC = S_{△AOB} : S_{△AOC} = 6 : 9 = 2 : 3 \)。
而S△BOC=10这个信息,可以用来验证从B点或C点出发的燕尾比例,或者求其他线段比。
【高手进阶】不规则地块划分
一块三角形土地ABC,内部有一个水源O。从水源到三个顶点修渠,把地分成了三块,面积分别是30亩、40亩、50亩(如图,S△AOB=30,S△BOC=40,S△COA=50)。现在要从A点修一条直路到BC边,并且要求这条路恰好把△BOC这块地平分。请问这条路(AD)应该连接BC边的哪个点D?即求BD与DC的长度比。
思维迁移:
1. 识别模型: 问题核心是△ABC和内点O,求AD(过A和BC上一点D的线)平分△BOC的面积。这需要我们将“平分面积”转化为“比例关系”。
2. 转化目标: 连接OD。要使AD平分△BOC,即要求 \( S_{△BOD} = S_{△COD} = 20 \)。
3. 应用燕尾: 观察以A为顶点的燕尾模型。我们有 \( S_{△AOB}=30 \), \( S_{△AOC}=50 \)。根据燕尾定理,有:
\( \frac{BD}{DC} = \frac{S_{△AOB}}{S_{△AOC}} = \frac{30}{50} = \frac{3}{5} \)。
但这个比例描述的是如果连接AO并延长交BC于某点E,那么BE:EC=3:5。我们现在需要的是D点的比例。
4. 建立联系: D点也在BC上。我们知道S△BOD=20, S△COD=20。考虑以O为顶点看△OBC,被AD分成了△OBD和△OCD,它们面积相等,所以AD必须经过△OBC的重心吗?不,面积相等意味着D到BO和CO的“距离”有特定关系?更简单的方法是利用“共高模型”的逆向思维。
5. 另辟蹊径: 在△ABC中,已知各部分面积。总面积为30+40+50=120。
因为S△BOD = S△COD = 20,所以S△ABD = S△AOB + S△BOD = 30+20=50, S△ACD = S△AOC + S△COD = 50+20=70。
在△ABC中,AD将其分成△ABD和△ACD。它们拥有相同的高(从A到BC),所以它们的面积比等于底边比:
\( \frac{BD}{DC} = \frac{S_{△ABD}}{S_{△ACD}} = \frac{50}{70} = \frac{5}{7} \)。
因此,路应该连接BC上满足BD:DC=5:7的点D。
本题巧妙地将燕尾模型已知的比例(3:5)作为中间条件,但最终求解时,回归到了最本质的“共高三角形面积比等于底边比”。这提示我们,燕尾模型是工具,但解题的基石永远是对基本面积公式的深刻理解。
📝 阿星的定海神针(口诀):
三角形内一点,连线分画面。
燕尾看同顶,面积比藏线段。
欲求边分段,找对顶点是关键!
🚀 举一反三:巩固练习
如图,在△ABC中,O为内部一点,AO、BO、CO分别交对边于D、E、F。已知S△AOE=5,S△AOF=7,S△BOF=6,求S△BOD的面积。
在△PQR中,点S在内部,连接PS、QS、RS。已知S△PQS=8,S△PRS=12,且QS延长线交PR于T。小华认为ST把△PRS分成的两部分面积比是8:12,对吗?如果不对,正确的比是多少?
一个三角形蛋糕,内部有一颗樱桃。从樱桃位置切到三个顶点,把蛋糕分给三人,甲拿到60平方厘米,乙拿到80平方厘米,丙拿到100平方厘米。如果沿着从甲角顶点到对边的直线切一刀,想把乙的那份蛋糕平分,这一刀应该在对边的什么位置?(用比例表示)
📚 答案与解析
【答案速查】
- 练习一: S△BOD = \(\frac{30}{7}\) 或约4.29。
解析: 在△ABC中,对顶点A应用燕尾模型:S△AOB : S△AOC = BD : DC。但已知的是S△AOE和S△AOF,需要转换。注意O也是内点。考虑△ABO与内点F?更清晰的方法是使用多次燕尾或共边比例定理。由S△AOE=5, S△AOF=7,在△AOC中,对顶点O应用燕尾(或共高):EF分AC的比例为?实际上,已知S△BOF=6。考察△ABO,被CF分割,有S△AOF:S△BOF=AF:FB=7:6。考察△ABC,被CE分割?此题需用塞瓦定理或设未知数联立方程求解。设S△BOD=x,S△COD=y,S△COE=z。根据以A为顶点的燕尾: (5+x):(7+y+z)=? 以B为顶点:(6+7):(5+z)=? 以C为顶点:(y+z):(x+6)=? 三个方程联立可解。精简过程:由S△AOF:S△BOF=7:6,得AF:FB=7:6。由S△AOE:S△COE=5:z=AE:EC。由S△BOD:S△COD=x:y=BD:DC。根据三角形内的塞瓦定理(线段形式):(AF/FB)*(BD/DC)*(CE/EA)=1,即(7/6)*(x/y)*(z/5)=1 => 7xz=30y。还需其他面积关系,如S△ABD:S△ACD=BD:DC=(5+x+6):(7+y+z)= (11+x):(7+y+z)=x:y。以及S△BCE:S△BAE=CE:EA=... 通过总面积相等建立关系,最终可解得x=30/7。 - 练习二: 不对。正确的比是2:3。
解析: 小华混淆了顶点。ST是QS的延长线,它分割的是△PRS。要找到这个比例,应该看ST所在的直线QS,它相对于哪个顶点构成燕尾?实际上是△PQR与内点S。对于顶点Q,燕尾模型给出:S△PQS : S△RQS = PT : TR。但我们不知道S△RQS。已知S△PQS=8,S△PRS=12,但总面积未知。然而,题目要求的是ST分△PRS的比例,即S△PST : S△RST。连接PS,在△PRS中,点T在PR上。这变成了一个简单的共高模型:S△PST : S△RST = PT : TR。而PT:TR可以从整个大三角形的燕尾关系中求得。对于整个△PQR和内点S,以P为顶点:S△PQS : S△PRS = 8 : 12 = 2 : 3。根据燕尾模型,这个比例等于QT延长线交PR于某点分PR的比例吗?注意,以P为顶点的燕尾,对应的分割线是S点与P的连线PS延长交QR于某点,不是QT。要求PT:TR,需要用到以Q为顶点或R为顶点的燕尾。已知条件不足。但根据常见陷阱,小华的错误是用了S△PQS和S△PRS,它们是从P点看的两个三角形,而ST是从S出发的线,分割的是△PRS,这个比例应该等于从S点看△PQR时,对应三角形的面积比吗?更直接的方法:在△PRS中,T在PR上,连接ST。S△PST和S△RST的高相同(都是从S到PR),所以面积比等于底边比PT:TR。而PT:TR如何求?在△PQR中,对顶点Q应用燕尾模型:S△PQS : S△RQS = PT : TR。我们不知道S△RQS。因此,仅凭已知8和12,无法求出PT:TR,除非知道总面积或S△RQS。所以原题可能设计不周。但针对“小华的错误”,可以明确指出:他用的是从P点出发的两个三角形面积比,这对应的是PS延长线分割QR的比例,而不是ST分割PR的比例。如果非要一个数值,并假设图形特殊(如S在PQ中点等),可能得到2:3,但无普遍性。这里重点在于识别错误原因。 - 练习三: BD:DC = 7:9 (其中D为从甲角顶点到对边的切点)。
解析: 甲、乙、丙对应顶点A、B、C,樱桃为O。S△AOB=60, S△BOC=80, S△COA=100。要从A切一刀到BC边上的点D,平分乙的蛋糕(即△BOC,面积80)。即要求S△BOD=40, S△COD=40。则S△ABD = 60+40=100, S△ACD=100+40=140。在△ABC中,AD将其分为△ABD和△ACD,它们同高,所以面积比等于底边比:BD:DC = S△ABD : S△ACD = 100:140 = 5:7。注意,这里答案是5:7,不是7:9。检查:乙是80,平分后各40。甲原有60,加上40后为100。丙原有100,加上40后为140。比例100:140=5:7。若按最初描述“想把乙的那份蛋糕平分”,则答案为5:7。若题目意思是“把乙的那份蛋糕完全分给这一刀两边的两个人”,则不同。这里按平分理解。
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