菱形是一种特殊的
平行四边形,定义为有一组邻边长度相等的平行四边形。在对几何图形的分析中,菱形的性质有助于解决各种几何问题。
定义
有一组邻边相等的平行四边形是菱形。
如果平行四边形满足,则四边形是菱形。
性质
性质定理:边
证明:设菱形,由定义知四边形是平行四边形,且
由平行四边形的性质可知
故而可得,该性质得证。
性质定理:对角线
菱形的对角线相互
垂直平分,且每条
对角线都平分菱形的一组
对角。
证明:设菱形,由是平行四边形可知对角线、互相平分,并设其相交于 。那么点为线段的中点。
由菱形的定义可知,则由
等腰三角形的性质可知。故可得、, 相互垂直平分。
由可知,而由平行四边形对边平行可知。因而,即平分。同理可知平分,平分和。
故而该性质定理得证。
判定
判定定理1
对角线垂直的平行四边形是菱形。
证明:由平行四边形性质可知对角线、互相平分。而由可知、互相垂直平分,故有。
由菱形定义即知四边形是菱形。该判定定理得证。
判定定理2
四条边相等的四边形是菱形。
证明:由,,可由平行四边形的判定定理得知四边形是平行四边形。而,则可由菱形的定义得四边形是菱形。该判定定理得证。
判定定理3
对角线垂直且每条对角线都平分一组对角的四边形是菱形。
证明:如图,在和中有
则(判定依据为ASA)。故而。同理可知,则由判定定理2可知四边形ABCD是菱形。该判定定理得证。
应用举例
例1 在矩形中,点在边上,与关于直线对称,点的对称点在边上,过点作,交、于点、。
(1) 连接,求证:四边形是菱形;
(2) 作平分,交于点,请写出线段,,之间的数量关系,并证明.
解:
(1) 证明:由对称性可得
由可得,故而有,则,于是
从而可知四边形是平行四边形。而,说明是菱形,得证。
(2),证明如下:
连接则有:
由与关于直线对称可知, ,则由可知。
在中,,都是角平分线,故点为的内心。则由三角形内心的性质可知。故而。
由对称性可知,则由勾股定理可知
原命题得证。
例2 平面内有一圆形
磁场,圆心在坐标原点。一带电粒子沿x轴正方向入射,其偏转半径与磁场半径相同。求证其出射点一定是磁场边界与y轴的交点。
解:由带电粒子在磁场中的偏转规律可知,其偏转中心满足与入射方向垂直,即。又由偏转半径与磁场半径相同,即可知四边形是平行四边形。
再由可知四边形是菱形,,带电粒子偏转时必然经过点,故粒子从点出射。