聂虎看着这道题,眉头微微蹙起。三角形的中线交于一点,这个结论他在孙爷爷给他看的一本残破的《九章算术》注疏里似乎见过描述,但没有证明。这道题用的是字母和符号,表述方式很“新学”,但他能看懂意思。
他盯着图形,脑中飞快地回忆着这几天囫囵吞枣看过的几何知识。中点,连线……平行?比例?他尝试着在脑中构建图形,寻找其中的关系。忽然,他想起下午刚刚弄懂的那种“追及问题”的思路转换——直接设未知,用已知表示关系。
既然d是bc中点,那么从b到d和从d到c的距离相等,如果以b为起点,c为终点,设bc长度为a,那么bd=dc=a/2。但这似乎对证明三条线交于一点没什么直接帮助……
他又想到另一个思路。既然要证明交于一点,是否可以先假设两条中线,比如ad和be,交于点g,然后证明点g也在cf上?或者,证明g到各顶点的距离有某种关系?
他拿过自己的草稿纸和笔,对苏晓柔说:“苏同学,我试试看,不一定对。”苏晓柔有些惊讶,但随即点了点头,好奇地看着他。
聂虎在纸上重新画了一个三角形abc,标出中点d、e、f。他先假设ad和be交于点g。然后,他尝试用“坐标”的思路——这是他在一本更深的数学书上看到的模糊概念,还不甚理解,但隐约觉得可以用来描述点的位置。如果把a点当作原点,ab方向作为一条数轴……不行,太复杂,而且他不熟悉。
他换了个思路。既然d是bc中点,那么向量bd=向量dc?不,方向相反。他卡住了。
苏晓柔见他眉头紧锁,时而画图,时而演算,时而又停笔沉思,完全沉浸其中,与平时沉默寡言的样子判若两人。她注意到,聂虎的草稿纸上,除了几何图形和算式,还有一些奇怪的、类似标记方位和力道的符号,似乎是他自己独特的思考方式。
“要不要看看我的思路?”苏晓柔轻声开口,用铅笔指着自己草稿纸上的一行式子,“我是想,连接de,因为d、e都是中点,所以de平行于ab,且等于ab的一半。然后,如果ad和be交于g,可以尝试证明三角形agb和三角形dge相似,或者通过面积来证……”
聂虎听着苏晓柔的思路,眼睛渐渐亮了起来。平行!相似三角形!这些概念他这几天刚在《几何初步》里看到过,虽然还不熟练,但苏晓柔一点拨,他立刻有了方向。
“平行……相似……”聂虎喃喃自语,手指在草稿纸上快速划动,“de平行ab,所以角g·de=角gab,角ged=角gba……那么三角形g·de和三角形gab相似!相似比是1:2,因为de是ab的一半!所以,ag=2*g·d,bg=2*ge!”
他越说越快,思路如同开闸的洪水,汹涌而出:“同理,如果连接ef,ef平行于bc,且等于bc的一半,那么be和cf的交点,如果也叫g',同样可以证明g'b=2*g'e,g'c=2*g'f。而ad和be的交点g,满足bg=2*ge。那么,如果g和g'是同一点,就需要bg=2*ge且bg'=2*g'e同时成立,这要求e到b的距离和比例一致……等等,我好像绕进去了……”
聂虎停了下来,眉头又皱紧了。相似三角形能推出比例关系,但怎么证明那个交点就是同一点呢?
苏晓柔眼睛却亮了。她没想到聂虎这么快就能想到相似三角形,而且推导出了关键的比例关系。虽然最后卡住了,但这个思路已经非常接近标准解法之一了。她拿起笔,在聂虎的草稿纸上接着写下去:“不用绕。既然三角形g·de和gab相似,且de平行于ab,那么对应点的连线是共点的……或者说,我们可以用同一法。假设ad和be交于g,连接cg并延长交ab于f',我们只需要证明f'就是ab的中点f。利用相似和比例,可以证明af'=f'b。所以f'就是f,因此cf也经过g。这就证明了三条中线交于一点。”
她一边说,一边流畅地写下证明步骤。虽然有些术语聂虎还不甚明了,但整体的逻辑链条,他却看懂了。利用相似三角形推出比例,再反推中点,环环相扣,严谨而优美。
“原来如此……同一法……”聂虎看着苏晓柔清晰的演算,心中有种豁然开朗的感觉,同时也感到深深的震撼。这道题,苏晓柔不仅会做,而且思路清晰,表述严谨。而自己,虽然摸索到了一点边,却远远不及。这就是差距,实实在在的差距。
“苏同学,你真厉害。”聂虎由衷地赞叹道,语气里没有丝毫嫉妒或自卑,只有纯粹的佩服和求知的渴望,“这个‘同一法’,还有相似三角形的运用,我还没完全掌握。你能再给我讲讲,这里,为什么de一定平行于ab,且等于ab的一半吗?我记得书上有个‘中位线定理’,是不是就是这个?”
苏晓柔看着聂虎清澈而专注的眼睛,那里面没有丝毫的虚伪或掩饰,只有对弄懂问题的迫切。她的脸颊微微有些发热,不是因为异性的注视,而是因为一种被认真对待、被真诚请教的满足感。她点点头,拿起笔,在草稿纸上重新画了一个清晰的三角形,开始耐心地讲解起来:“是的,这就是三角形中位线定理。你看,连接三角形两边中点的线段,叫做中位线。它的性质就是平行于第三边,并且等于第三边的一半。证明可以用相似,也可以连接顶点构造平行四边形……”
昏黄的灯光下,少女清润的讲解声和少年偶尔的提问声,交织在一起。窗外的天色彻底暗了下来,图书馆里越发安静,只有笔尖划过纸张的沙沙声,和两人低声的探讨。那些嘲讽、那些冲突、那些潜在的危险,似乎都被隔绝在这方小小的、堆满书籍的天地之外。此刻,只有一道题,两种思维的交汇,和一种名为“求知”的纯粹光芒,在默默闪耀。