比、比例、相似與畢氏定理

比例的性質(properties of proportions)

一旦你知道兩個比相等,你就能用幾種合法的方式重排這個比例,而它仍然成立。這些重排很實用,因為你一開始拿到的形式往往不是某個題目所需要的形式。它們全都源自同一個事實 a/b = c/d,但每一個都有值得認識的古典名稱。

從 a/b = c/d 出發(各項都不為零)。更比(交換內項):a/c = b/d。反比(兩邊取倒數):b/a = d/c。合比性質(componendo,兩邊各加 1 後合併):(a + b)/b = (c + d)/d。分比性質(dividendo):(a - b)/b = (c - d)/d。把後兩者結合得到 (a + b)/(a - b) = (c + d)/(c - d)。每一個都只是對一個真等式做代數——例如更比就是把 a/b = c/d 交叉相乘成 a·d = b·c,再除以 c·d 所得到的。

這些性質在幾何證明中大放光彩。當一條線把三角形的兩邊按比例分割時,你常會得到像 AD/DB = AE/EC 這樣的比;合比性質把它轉成 AD/AB = AE/AC,也就是把每一段拿來跟整條邊比,而不是跟另一段比——這正是分點線段定理所需要的形式。掌握這些變換,讓你能在「部分對部分」與「部分對全體」之間滑動,而不必每次都從頭推導。

已知 AD/DB = 2/3,由合比性質得 AD/AB = AD/(AD + DB) = 2/(2 + 3) = 2/5。所以標記的那一段是整條邊的五分之二,雖然它是另一段的三分之二。

合比性質把部分對部分的比轉換成部分對全體的比。

這些是你可以套用的等式,不是你可以隨意發明的新比。常見的錯誤是把比例「橫向相加」成 a/b = c/d 推出 (a + c)/(b + d)——這一個剛好成立,但學習者常記錯哪些組合是合法的;不確定時就退回交叉相乘,它從不說謊。

又称
proportion manipulationsalternation, inversion, addition properties更比、反比、合比