比、比例、相似與畢氏定理

相似形(similar figures)

兩個圖形相似,是指其中一個是另一個按比例放大或縮小的副本——形狀相同,大小可能不同。想想一張照片和它的放大版,或一輛模型車和真車。小圖形中的每個角都和大圖形中對應的角相等,而每一段長度都被同一個固定的倍率拉長(或縮小)。沒有任何地方被彎折、扭曲,或在某個方向上被拉得比別處多。

精確地說,兩個多邊形相似,當且僅當(1)對應角相等,且(2)對應邊成比例——所有對應邊的比都約成同一個共同的數,叫做相似比(scale factor)。兩個條件缺一不可:正方形和非正方形的長方形所有角都是直角,但邊的比不相等(不相似);而正方形和菱形可以有相等的邊比,但角不相等(不相似)。圖形相似時我們寫成 ABCD ~ A'B'C'D',字母的順序告訴你哪些部分是對應的。全等是相似比恰好等於 1 的特例。

相似正是地圖、藍圖、比例模型與照片放大之所以可信的原因:大小改變了,形狀卻被忠實地保留。它也是間接測量的引擎——用影子量一棵高樹,或用視線三角形量一條河的寬度——因為相似圖形的對應部分不論真實物體多大都保持成比例。

一張 4×6 的照片放大成 8×12 是相似的:每個角仍是 90 度,每段長度都加倍,所以相似比是 2。但把 4×6 的照片裁成 4×4 就和原圖不相似——邊的比改變了。

角相等再加上共同的長度比,才是「形狀相同、大小不同」真正的意思。

只有對三角形而言,角相等會自動逼出邊成比例(這就是 AA 判別法),所以可以省去檢查邊的步驟。對四邊以上的圖形,你真的需要兩個條件都成立——正方形對菱形這樣的反例顯示,光靠角是不夠的。

又稱
similar shapes相似圖形