相似应用题

📘 相似·
⭐⭐⭐
·测量、实际问题

🎯 学习目标

  • 理解相似三角形在实际测量问题中的应用
  • 能根据实际情境构建相似三角形模型并列比例式求解
  • 掌握利用影子、标杆等方法间接测量不可达物体高度或距离的技巧

📚 核心概念

相似应用题主要利用相似三角形的性质解决生活中的测量问题。当两个三角形相似时,它们的对应角相等,对应边成比例。也就是说,如果 ABCDEF\triangle ABC \sim \triangle DEF,那么:

ABDE=BCEF=ACDF\frac{AB}{DE} = \frac{BC}{EF} = \frac{AC}{DF}

在实际问题中,我们常借助阳光下物体与其影子形成的直角三角形,或者使用标杆(已知高度的杆子)来构造一对相似三角形。例如,一根1.5米高的标杆在同一时刻的影长是2米,而一棵树的影长是8米,由于太阳光线可视为平行光,标杆与树和各自的影子构成的两个直角三角形是相似的,因此可以列出比例式求出树高。

关键是识别哪两个三角形相似,并正确对应边。通常涉及垂直物体(如旗杆、建筑物)与水平地面构成的直角三角形,在同一光源(如太阳)照射下,这些三角形彼此相似。

📝 关键公式

  • 相似三角形对应边成比例:若 ABCABC\triangle ABC \sim \triangle A'B'C',则 ABAB=BCBC=ACAC\frac{AB}{A'B'} = \frac{BC}{B'C'} = \frac{AC}{A'C'}

    • 示例:若 ABCDEF\triangle ABC \sim \triangle DEF,且 AB=6AB = 6DE=3DE = 3EF=4EF = 4,则 63=BC4\frac{6}{3} = \frac{BC}{4},解得 BC=8BC = 8
  • 影子测高公式物体高度物体影长=参照物高度参照物影长\frac{\text{物体高度}}{\text{物体影长}} = \frac{\text{参照物高度}}{\text{参照物影长}}

    • 示例:标杆高1.2 m,影长1.5 m;树影长6 m,则树高 hh 满足 h6=1.21.5\frac{h}{6} = \frac{1.2}{1.5},解得 h=4.8h = 4.8 m。

💡 经典例题

例题1(基础):小明想测量学校旗杆的高度。他在同一时间立了一根1.6米高的竹竿,测得竹竿影长为2米,旗杆影长为10米。求旗杆的高度。

解题步骤

  1. 分析:太阳光线平行,竹竿与旗杆都垂直于地面,因此它们与各自影子构成的两个直角三角形相似。
  2. 设旗杆高度为 hh 米。
  3. 根据相似三角形对应边成比例:
h10=1.62 \frac{h}{10} = \frac{1.6}{2}
  1. 解方程:h=10×1.62=8h = 10 \times \frac{1.6}{2} = 8
  2. 答:旗杆高8米。

例题2(进阶):如图,小华站在离一棵大树15米远的地方,他身高1.5米,眼睛到头顶10厘米。他刚好能通过一面竖直放置在地面上的镜子看到树顶。镜子放在他脚前3米处。求树的高度。(假设光线反射角等于入射角)

解题步骤

  1. 分析:根据光的反射定律,入射角=反射角,可得两个直角三角形相似:一个是小华眼睛到镜子的线段与地面构成的三角形,另一个是树顶到镜子的线段与地面构成的三角形。
  2. 小华眼睛高度为 1.50.1=1.41.5 - 0.1 = 1.4 米(因为眼睛在头顶下方10 cm)。
  3. 镜子到小华脚的距离是3米,到树的距离是 153=1215 - 3 = 12 米。
  4. 设树高为 HH 米,则:
H12=1.43 \frac{H}{12} = \frac{1.4}{3}
  1. 解得:H=12×1.43=5.6H = 12 \times \frac{1.4}{3} = 5.6
  2. 答:树高5.6米。

⚠️ 易错点

  • 混淆对应边:在列比例式时,未将相似三角形的对应边正确配对。应先明确哪个角对应哪个角,再写边的比例。
  • 忽略单位统一:题目中可能同时出现米和厘米,需先统一单位再计算。
  • 误用非相似图形:并非所有看起来“形状一样”的图形都相似,必须满足对应角相等或符合相似判定条件(如AA)。
  • 忽略实际情境限制:例如在镜子问题中,忘记眼睛高度不是身高,或算错镜子到物体的距离。
  • 直接用长度相加代替比例:比如认为“影子长几倍,物体就高几倍”是对的,但若参照物与目标不在同一时刻或不同光源下,就不成立。

💡 例题

1

一根电线杆由一根钢缆支撑,钢缆从电线杆顶端延伸到离杆底3米远的地面上一点。小丽从电线杆底部朝钢缆接地位置方向走了2.5米时,她的头顶刚好碰到钢缆。小丽身高1.5米。这根电线杆高多少米?

第一步:画出示意图(不按比例):[asy] pair A,B,C,D,E;

A=(0,0); B=(0,4.5); C=(6,0); D=(5,0); E=(5,0.75);

draw(A--B--C--cycle); draw(D--E);

label("A",A,W); label("B",B,W); label("C",C+(0.4,0)); label("D",D, NW); label("E",E+(0.3,0.2)); [/asy] 其中,ABAB是电线杆,CC是钢缆在地面的固定点。关键在于:电线杆竖直,所以△ABC是直角三角形。小丽站在点DD,头顶接触钢缆于点E,E,,所以△DEC也是直角三角形。又因∠C为公共角、∠BAC=∠EDC=90°,由AA相似准则得△ABC ∼ △DEC。

第二步:根据题意,AC=3 m,DC=3 m − 2.5 m = 0.5 m,DE=1.5 m。要求AB的长度。

第三步:由相似三角形对应边成比例:

ABAC=DEDCAB3m=1.5m0.5m=3AB=33m=9 米。\begin{aligned} \frac{AB}{AC} &= \frac{DE}{DC} \\ \frac{AB}{3\text{m}} &= \frac{1.5\text{m}}{0.5\text{m}} = 3 \\ AB &= 3 \cdot 3\text{m} = \boxed{9}\text{ 米}。 \end{aligned}
2

同一时刻,一棵21英尺高的树投下24英尺长的影子,杰克家的房子投下56英尺长的影子。杰克家房子的高度是多少英尺?(结果取最接近的整数)

影长之比是5624=73\frac{56}{24}=\frac{7}{3}

这个比值也等于实际高度之比,设房子高度为hh

h21=73h=49\frac{h}{21}=\frac{7}{3}\Rightarrow h=\boxed{49}

✏️ 练习

1

一个等腰三角形的两条边长分别是10英寸和20英寸。如果一个与它相似的三角形的最短边是50英寸,那么这个较大三角形的周长是多少?