例 2
如图,在三角形 $ABC$ 中,$D$ 是 $BC$ 边上的中点,$E$ 是 $AB$ 边上的一个三等分点,且 $E$ 更靠近点 $B$,那么三角形 $EBD$ 和三角形 $ABC$ 的面积之比是多少?

我的思考
三角形 $ABC$ 和三角形 $EBD$ 有什么共同的特征吗?
能用上面的“等高模型”来解决问题吗?
我的尝试
如图,连接 $AD$,在三角形 $ABC$ 中,由“等高模型”可知,三角形 $ABD$ 与三角形 $ABC$ 的面积之比是(

我的发现
对于 $2$ 个(或多个)有一个顶点相同,且该顶点所在的两边分别在同两条直线上的三角形,这 $2$ 个(或多个)三角形的面积之比等于该顶点所在两边长度的乘积之比,对于这样的一组三角形,我们称之为“比例模型”。
如图,在三角形 $ABC$ 中,$D$ 是 $BC$ 边上的中点,$E$ 是 $AB$ 边上的一个三等分点,且 $E$ 更靠近点 $B$,那么三角形 $EBD$ 和三角形 $ABC$ 的面积之比是多少?
我的思考
三角形 $ABC$ 和三角形 $EBD$ 有什么共同的特征吗?
能用上面的“等高模型”来解决问题吗?
我的尝试
如图,连接 $AD$,在三角形 $ABC$ 中,由“等高模型”可知,三角形 $ABD$ 与三角形 $ABC$ 的面积之比是(
1
):(2
);同理,在三角形 $ABD$ 中,三角形 $EBD$ 与三角形 $ABD$ 的面积之比是(1
):(3
)。因此三角形 $EBD$ 和三角形 $ABC$ 的面积之比是(1
):(6
)。我的发现
对于 $2$ 个(或多个)有一个顶点相同,且该顶点所在的两边分别在同两条直线上的三角形,这 $2$ 个(或多个)三角形的面积之比等于该顶点所在两边长度的乘积之比,对于这样的一组三角形,我们称之为“比例模型”。
答案:例 2 我的尝试 1 2 1 3 1 6 连接 EC,则
三角形 BEC 与三角形 ABC 的面积之比是 1:3,三角
形 EBD 与三角形 BEC 的面积之比是 1:2,所以三角
形 EBD 和三角形 ABC 的面积之比是 1:6
三角形 BEC 与三角形 ABC 的面积之比是 1:3,三角
形 EBD 与三角形 BEC 的面积之比是 1:2,所以三角
形 EBD 和三角形 ABC 的面积之比是 1:6
解析:
连接 $ EC $。
因为 $ E $ 是 $ AB $ 边上靠近 $ B $ 的三等分点,所以 $ BE = \frac{1}{3}AB $。由于 $ △ BEC $ 和 $ △ ABC $ 等高,故 $ S_{△ BEC} = \frac{1}{3}S_{△ ABC} $,即 $ S_{△ BEC} : S_{△ ABC} = 1:3 $。
因为 $ D $ 是 $ BC $ 边上的中点,所以 $ BD = \frac{1}{2}BC $。由于 $ △ EBD $ 和 $ △ EBC $ 等高,故 $ S_{△ EBD} = \frac{1}{2}S_{△ BEC} $,即 $ S_{△ EBD} : S_{△ BEC} = 1:2 $。
因此,$ S_{△ EBD} = \frac{1}{2}S_{△ BEC} = \frac{1}{2} × \frac{1}{3}S_{△ ABC} = \frac{1}{6}S_{△ ABC} $,所以 $ S_{△ EBD} : S_{△ ABC} = 1:6 $。
答案:$ 1:6 $
设共同顶点为$A$,将顶点$A$相连接的两边分别记为$a_1,a_2$($a_1$在一条直线上,$a_2$在另一条直线上)的两组三角形$△ ABC$和$△ ADE$。
设$a_1$为$AB$与$AD$中的边($AB$和$AD$在同一条直线上,且$B$和$D$为不同点),长度分别为$AB = m_1$,$AD = m_2$;
$a_2$为$AC$与$AE$中的边($AC$和$AE$在同一条直线上,且$C$和$E$为不同点),长度分别为$AC = n_1$,$AE = n_2$。
过点$B$作$AC$的平行线交$AE$(或其延长线)于点$F$(当$AC$与$AE$在同侧时),或过点$B$作$AC$反向延长线的平行线交$AE$的反向延长线于点$F$(当$AC$与$AE$在异侧时)。
因为$BF// AC$,所以$△ ABF$与$△ ADE$(或相关三角形)相似(根据相似三角形的判定定理,平行于三角形一边的直线和其他两边相交,所构成的三角形与原三角形相似)。
根据相似三角形的性质:
对于$△ ABC$,其面积$S_{△ ABC}=\frac{1}{2}× AB× AC×\sin∠ BAC=\frac{1}{2}m_1n_1\sin∠ BAC$。
对于$△ ADE$,其面积$S_{△ ADE}=\frac{1}{2}× AD× AE×\sin∠ DAE$,由于$∠ BAC = ∠ DAE$(对顶角相等),所以$S_{△ ADE}=\frac{1}{2}m_2n_2\sin∠ BAC$。
则$\frac{S_{△ ABC}}{S_{△ ADE}}=\frac{\frac{1}{2}m_1n_1\sin∠ BAC}{\frac{1}{2}m_2n_2\sin∠ BAC}=\frac{m_1n_1}{m_2n_2}$,即这$2$个三角形的面积之比等于该顶点所在两边长度的乘积之比。
当有多个三角形时,同理可证,对于多个有一个顶点相同,且该顶点所在的两边分别在同两条直线上的三角形$△ A_1B_1C_1,△ A_1B_2C_2,···,△ A_1B_nC_n$,设$A_1B_i = m_i$,$A_1C_i = n_i$($i = 1,2,···,n$),则$\frac{S_{△ A_1B_1C_1}}{S_{△ A_1B_2C_2}···}=\frac{m_1n_1}{m_2n_2}$(两两相比时满足此比例关系)。
因为 $ E $ 是 $ AB $ 边上靠近 $ B $ 的三等分点,所以 $ BE = \frac{1}{3}AB $。由于 $ △ BEC $ 和 $ △ ABC $ 等高,故 $ S_{△ BEC} = \frac{1}{3}S_{△ ABC} $,即 $ S_{△ BEC} : S_{△ ABC} = 1:3 $。
因为 $ D $ 是 $ BC $ 边上的中点,所以 $ BD = \frac{1}{2}BC $。由于 $ △ EBD $ 和 $ △ EBC $ 等高,故 $ S_{△ EBD} = \frac{1}{2}S_{△ BEC} $,即 $ S_{△ EBD} : S_{△ BEC} = 1:2 $。
因此,$ S_{△ EBD} = \frac{1}{2}S_{△ BEC} = \frac{1}{2} × \frac{1}{3}S_{△ ABC} = \frac{1}{6}S_{△ ABC} $,所以 $ S_{△ EBD} : S_{△ ABC} = 1:6 $。
答案:$ 1:6 $
设共同顶点为$A$,将顶点$A$相连接的两边分别记为$a_1,a_2$($a_1$在一条直线上,$a_2$在另一条直线上)的两组三角形$△ ABC$和$△ ADE$。
设$a_1$为$AB$与$AD$中的边($AB$和$AD$在同一条直线上,且$B$和$D$为不同点),长度分别为$AB = m_1$,$AD = m_2$;
$a_2$为$AC$与$AE$中的边($AC$和$AE$在同一条直线上,且$C$和$E$为不同点),长度分别为$AC = n_1$,$AE = n_2$。
过点$B$作$AC$的平行线交$AE$(或其延长线)于点$F$(当$AC$与$AE$在同侧时),或过点$B$作$AC$反向延长线的平行线交$AE$的反向延长线于点$F$(当$AC$与$AE$在异侧时)。
因为$BF// AC$,所以$△ ABF$与$△ ADE$(或相关三角形)相似(根据相似三角形的判定定理,平行于三角形一边的直线和其他两边相交,所构成的三角形与原三角形相似)。
根据相似三角形的性质:
对于$△ ABC$,其面积$S_{△ ABC}=\frac{1}{2}× AB× AC×\sin∠ BAC=\frac{1}{2}m_1n_1\sin∠ BAC$。
对于$△ ADE$,其面积$S_{△ ADE}=\frac{1}{2}× AD× AE×\sin∠ DAE$,由于$∠ BAC = ∠ DAE$(对顶角相等),所以$S_{△ ADE}=\frac{1}{2}m_2n_2\sin∠ BAC$。
则$\frac{S_{△ ABC}}{S_{△ ADE}}=\frac{\frac{1}{2}m_1n_1\sin∠ BAC}{\frac{1}{2}m_2n_2\sin∠ BAC}=\frac{m_1n_1}{m_2n_2}$,即这$2$个三角形的面积之比等于该顶点所在两边长度的乘积之比。
当有多个三角形时,同理可证,对于多个有一个顶点相同,且该顶点所在的两边分别在同两条直线上的三角形$△ A_1B_1C_1,△ A_1B_2C_2,···,△ A_1B_nC_n$,设$A_1B_i = m_i$,$A_1C_i = n_i$($i = 1,2,···,n$),则$\frac{S_{△ A_1B_1C_1}}{S_{△ A_1B_2C_2}···}=\frac{m_1n_1}{m_2n_2}$(两两相比时满足此比例关系)。
如图,在三角形 $ABC$ 中,点 $D$ 是 $AB$ 的三等分点,$AD = 2BD$,$E$ 是 $BC$ 边的中点。设三角形 $ADF$ 的面积为 $S_1$,三角形 $CEF$ 的面积为 $S_2$,若三角形 $ABC$ 的面积是 $24$ 平方厘米,求 $S_1 - S_2$ 的值。

答案:拓展实践
$ S_{1}-S_{2}=(S_{1}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )-(S_{2}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )=$ 三角形 $ ABE $ 的面积 $ -$ 三角形 $ CBD $ 的面积,三角形 $ CBD $ 的面积 $ =\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,三角形 $ ABE $ 的面积 $ =\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,$ S_{1}-S_{2}=\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ -\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ =\frac{1}{6}×24=4 $(平方厘米)。
提示:由题图可知,$ S_{1}-S_{2}=(S_{1}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )-(S_{2}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )=$ 三角形 $ ABE $ 的面积 $ -$ 三角形 $ CBD $ 的面积。因为 $ AD=2BD $,点 $ E $ 为 $ BC $ 的中点,所以三角形 $ CBD $ 的面积 $ =\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,三角形 $ ABE $ 的面积 $ =\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,所以 $ S_{1}-S_{2}=\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ -\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ =\frac{1}{6}×24=4 $(平方厘米)。
$ S_{1}-S_{2}=(S_{1}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )-(S_{2}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )=$ 三角形 $ ABE $ 的面积 $ -$ 三角形 $ CBD $ 的面积,三角形 $ CBD $ 的面积 $ =\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,三角形 $ ABE $ 的面积 $ =\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,$ S_{1}-S_{2}=\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ -\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ =\frac{1}{6}×24=4 $(平方厘米)。
提示:由题图可知,$ S_{1}-S_{2}=(S_{1}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )-(S_{2}+$ 四边形 $ DBEF $ 的面积 $ )=$ 三角形 $ ABE $ 的面积 $ -$ 三角形 $ CBD $ 的面积。因为 $ AD=2BD $,点 $ E $ 为 $ BC $ 的中点,所以三角形 $ CBD $ 的面积 $ =\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,三角形 $ ABE $ 的面积 $ =\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积,所以 $ S_{1}-S_{2}=\frac{1}{2}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ -\frac{1}{3}×$ 三角形 $ ABC $ 的面积 $ =\frac{1}{6}×24=4 $(平方厘米)。