相似:形状相同、大小不同
相似是「角对应相等且边对应成比例」,两条缺一不可。长度按 k 放大,面积就按 k² 放大——这一步是最常错的地方。
6 分钟思维方法: 不变量
找一个怎么变都不变的量,用它锁死结论
这一片为什么存在
复印机上有个按钮叫「放大 141%」,为什么偏偏是这个奇怪的数字?因为它要的是纸面面积翻倍,而边长只能放大 √2 ≈ 1.41 倍。141% 听上去像「多了 41%」,实际纸面多了整整一倍。长度和面积不是同一把尺子——这一片就是要把这两把尺子分开。
内容
相似的直觉只有一句话:同一个形状,被均匀地放大或缩小。重点全在「均匀」两个字上。
想象你用投影仪把一张图打到墙上。图上任何一段线,长度都乘同一个数;任何一个角,度数一点没变。这就是相似。反过来,如果你只把图片的宽度拉宽、高度不动,长度确实变了,但拉的不是同一个数,角也跟着歪了——那不叫相似,那叫变形。
所以「长得像」不是数学说法。两个人长得像,没法量;两个图形相似,可以量,而且量出来的比值必须处处相同。
那两个条件真的都需要吗?各看一个反例。
正方形和菱形:正方形四条边 1、1、1、1,菱形四条边 2、2、2、2,边处处成比例,比值都是 2。但菱形是压扁的,角是 60° 和 120°,正方形是 90°。它们不相似。边成比例,不够。
正方形和长方形:四个角全是 90°,角对应相等。但正方形 2×2、长方形 2×5,边不成比例。它们也不相似。角相等,同样不够。
最后是面积,这里几乎人人都会摔一跤。把一个三角形的边长全部放大到 2 倍,新三角形里能装下几个原来的?不是 2 个,是 4 个——你可以画出来:把大三角形的三条边各取中点连起来,正好切成 4 个和原来一模一样的小三角形。放大到 3 倍就是 9 个。
原因很朴素:面积是「长 × 宽」这种两个长度方向的乘积。两个方向各乘了同一个数,乘积就乘了它的平方。
现在把话说死。
设两个多边形 ABCD… 与 A′B′C′D′…,字母按对应顺序写。称它们相似,当且仅当两条同时成立:
(1) 对应角相等:∠A = ∠A′,∠B = ∠B′,依此类推。
(2) 对应边成比例:A′B′/AB = B′C′/BC = … = k。
这里的 k 是一个正数,叫相似比。k > 1 是放大,k < 1 是缩小,k = 1 就退化成全等。撇号只是记号,A′ 读作「A 撇」,表示 A 在新图形里的对应点。
记法写成 △ABC ∽ △A′B′C′。符号 ∽ 读作「相似于」。字母的书写顺序本身就在声明对应关系:A 配 A′,B 配 B′。顺序写错,结论就错。
三角形有个省力的特例:只要两组角对应相等(记作 AA),第三组角自动相等,边也自动成比例。所以判定三角形相似,查角就够了。四边形及以上没有这个便宜,两条都得查。
由 k 直接推出三个结论:
周长比 = k。
面积比 = k²。
体积比 = k³(针对相似的立体图形)。
只有第一条是 k 的一次方。后两条的指数,等于那个量用到了几个长度方向。
跟着做一遍
两个三角形相似。小的三边是 3、4、5,面积是 6。大的最长边是 15。求大三角形的另外两条边和它的面积——先自己动手,再看下面。
- 对应边要配对:小三角形的最长边 5 对上大三角形的最长边 15。所以 k = 15 / 5 = 3。
- 另外两条边各乘 k:3 × 3 = 9,4 × 3 = 12。大三角形是 9、12、15。
- 顺手验一下角有没有保住:9² + 12² = 81 + 144 = 225 = 15²。仍是直角三角形,对应角确实没变。
- 面积先按最常见的错法算一遍:6 × 3 = 18。记住这个数。
- 正确做法:面积比是 k² = 3² = 9,所以面积 = 6 × 9 = 54。
- 独立验算一次,完全不用相似:大三角形的两条直角边是 9 和 12,面积 = 9 × 12 / 2 = 54。对上了。
- 54 和 18 差了 3 倍,正好是漏掉的那一个 k。错法丢掉的,就是第二个长度方向。
结果
k = 3;大三角形三边是 9、12、15;面积是 54,不是 18。边长乘 3,面积乘 9。把这组数记住:下次算面积,手要伸向 k²,不是 k。