❶ 最简单的勾股定理的证明方法是什么
简单的勾股定理的证明方法如下:
拓展资料:
勾股定理是一个基本的几何定理,指直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。中国古代称直角三角形为勾股形,并且直角边中较小者为勾,另一长直角边为股,斜边为弦,所以称这个定理为勾股定理,也有人称商高定理。
勾股定理现约有500种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,也是数形结合的纽带之一。在中国,商朝时期的商高提出了“勾三股四玄五”的勾股定理的特例。在西方,最早提出并证明此定理的为公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯学派,他用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和。
参考资料:勾股定理_网络
❷ 勾股定理的证明方法有哪些呀
图一
在图一中,D ABC 为一直角三角形,其中 Ð A 为直角。我们在边 AB、BC 和 AC 之上分别画上三个正方形 ABFG、BCED 和 ACKH。过 A 点画一直线 AL 使其垂直于 DE 并交 DE 于 L,交 BC 于 M。不难证明,D FBC 全等于 D ABD(S.A.S.)。所以正方形 ABFG 的面积 = 2 ´ D FBC 的面积 = 2 ´ D ABD 的面积 = 长方形 BMLD 的面积。类似地,正方形 ACKH 的面积 = 长方形 MCEL 的面积。即正方形 BCED 的面积 = 正方形 ABFG 的面积 + 正方形 ACKH 的面积,亦即是 AB2 + AC2 = BC2。由此证实了勾股定理。
这个证明巧妙地运用了全等三角形和三角形面积与长方形面积的关系来进行。不单如此,它更具体地解释了,“两条直角边边长平方之和”的几何意义,这就是以 ML 将正方形分成 BMLD 和 MCEL 的两个部分!
这个证明的另一个重要意义,是在于它的出处。这个证明是出自古希腊大数学欧几里得之手。
欧几里得(Euclid of Alexandria)约生于公元前 325 年,卒于约公元前 265 年。他曾经在古希腊的文化中心亚历山大城工作,并完成了着作《几何原本》。《几何原本》是一部划时代的着作,它收集了过去人类对数学的知识,并利用公理法建立起演绎体系,对后世数学发展产生深远的影响。而书中的第一卷命题 47,就记载着以上的一个对勾股定理的证明。
证明二
图二
图二中,我们将4个大小相同的直角三角形放在一个大正方形之内,留意大正方形中间的浅黄色部分,亦都是一个正方形。设直角三角形的斜边长度为 c,其余两边的长度为 a 和 b,则由于大正方形的面积应该等于 4 个直角三角形和中间浅黄色正方形的面积之和,所以我们有
(a + b)2 = 4(1/2 ab) + c2
展开得 a2 + 2ab + b2 = 2ab + c2
化简得 a2 + b2 = c2
由此得知勾股定理成立。
证明二可以算是一个非常直接了当的证明。最有趣的是,如果我们将图中的直角三角形翻转,拼成以下的图三,我们依然可以利用相类似的手法去证明勾股定理,方法如下:
图三
由面积计算可得 c2 = 4(1/2 ab) + (b - a)2
展开得 = 2ab + b2 - 2ab + a2
化简得 c2 = a2 + b2(定理得证)
图三的另一个重要意义是,这证明最先是由一个中国人提出的!据记载,这是出自三国时代(即约公元 3 世纪的时候)吴国的赵爽。赵爽为《周髀算经》作注释时,在书中加入了一幅他称为“勾股圆方图”(或“弦图”)的插图,亦即是上面图三的图形了。
证明三
图四
图四一共画出了两个绿色的全等的直角三角形和一个浅黄色的等腰直角三角形。不难看出,整个图就变成一个梯形。利用梯形面积公式,我们得到∶
1/2(a + b)(b + a) = 2(1/2 ab) + 1/2 c2
展开得 1/2 a2 + ab + 1/2 b2 = ab + 1/2 c2
化简得 a2 + b2 = c2(定理得证)
有一些书本对证明三十分推祟,这是由于这个证明是出自一位美国总统之手!
在 1881 年,加菲(James A. Garfield; 1831 - 1881)当选成为美国第 20 任总统,可惜在当选后 5 个月,就遭行刺身亡。至于勾股定理的有关证明,是他在 1876 年提出的。
我个人觉得证明三并没有甚么优胜之处,它其实和证明二一样,只不过它将证明二中的图形切开一半罢了!更何况,我不觉得梯形面积公式比正方形面积公式简单!
又,如果从一个老师的角度来看,证明二和证明三都有一个共同的缺点,它就是需要到恒等式 (a ± b)2 = a2 ± 2ab + b2 了。虽然这个恒等式一般都包括在中二的课程之中,但有很多学生都未能完全掌握,由于以上两个证明都使用了它,往往在教学上会出现学生不明白和跟不上等问题。
证明四
(a) (b) (c)
图五
证明四是这样做的:如图五(a),我们先画一个直角三角形,然后在最短的直角边旁向三角形那一边加上一个正方形,为了清楚起见,以红色表示。又在另一条直角边下面加上另一个正方形,以蓝色表示。接着,以斜边的长度画一个正方形,如图五(b)。我们打算证明红色和蓝色两个正方形面积之和,刚好等于以斜边画出来的正方形面积。
留意在图五(b)中,当加入斜边的正方形后,红色和蓝色有部分的地方超出了斜边正方形的范围。现在我将超出范围的部分分别以黄色、紫色和绿色表示出来。同时,在斜边正方形内,却有一些部分未曾填上颜色。现在依照图五(c)的方法,将超出范围的三角形,移入未有填色的地方。我们发现,超出范围的部分刚好填满未曾填色的地方!由此我们发现,图五(a)中,红色和蓝色两部分面积之和,必定等于图五(c)中斜边正方形的面积。由此,我们就证实了勾股定理。
这个证明是由三国时代魏国的数学家刘徽所提出的。在魏景元四年(即公元 263 年),刘徽为古籍《九章算术》作注释。在注释中,他画了一幅像图五(b)中的图形来证明勾股定理。由于他在图中以“青出”、“朱出”表示黄、紫、绿三个部分,又以“青入”、“朱入”解释如何将斜边正方形的空白部分填满,所以后世数学家都称这图为“青朱入出图”。亦有人用“出入相补”这一词来表示这个证明的原理。
在历史上,以“出入相补”的原理证明勾股定理的,不只刘徽一人,例如在印度、在阿拉伯世界、甚至乎在欧洲,都有出现过类似的证明,只不过他们所绘的图,在外表上,或许会和刘徽的图有些少分别。下面的图六,就是将图五(b)和图五(c)两图结合出来的。留意我经已将小正方形重新画在三角形的外面。看一看图六,我们曾经见过类似的图形吗?
图六
其实图六不就是图一吗?它只不过是将图一从另一个角度画出罢了。当然,当中分割正方形的方法就有所不同。
顺带一提,证明四比之前的证明有一个很明显的分别,证明四没有计算的部分,整个证明就是单靠移动几块图形而得出。我不知道大家是否接受这些没有任何计算步骤的“证明”,不过,我自己就非常喜欢这些“无字证明”了。
图七
在多种“无字证明”中,我最喜欢的有两个。图七是其中之一。做法是将一条垂直线和一条水平线,将较大直角边的正方形分成 4 分。之后依照图七中的颜色,将两个直角边的正方形填入斜边正方形之中,便可完成定理的证明。
事实上,以类似的“拼图”方式所做的证明非常之多,但在这裏就未有打算将它们一一尽录了。
另一个“无字证明”,可以算是最巧妙和最简单的,方法如下:
证明五
(a) (b)
图八
图八(a)和图二一样,都是在一个大正方形中,放置了4个直角三角形。留意图中浅黄色部分的面积等于 c2。现在我们将图八(a)中的 4 个直角三角形移位,成为图八(b)。明显,图八(b)中两个浅黄色正方形的面积之和应该是 a2 + b2。但由于(a)、(b)两图中的大正方形不变,4 个直角三角形亦相等,所以余下两个浅黄色部的面积亦应该相等,因此我们就得到 a2 + b2 = c2,亦即是证明了勾股定理。
对于这个证明的出处,有很多说法:有人说是出自中国古代的数学书;有人相信当年毕达哥拉斯就是做出了这个证明,因而宰杀了一百头牛来庆祝。总之,我觉得这是众多证明之中,最简单和最快的一个证明了。
不要看轻这个证明,它其实包含着另一个意义,并不是每一个人都容易察觉的。我现在将上面两个图“压扁”,成为图九:
(a) (b)
图九
图九(a)中间的浅黄色部分是一个平行四边形,它的面积可以用以下算式求得:mn sin(a + b),其中 m 和 n 分别是两个直角三角形斜边的长度。而图九(b)中的浅黄色部分是两个长方形,其面积之和是:(m cos a)(n sin b) + (m sin a)(n cos b)。正如上面一样,(a)、(b)两图浅黄色部分的面积是相等的,所以将两式结合并消去共有的倍数,我们得:sin(a + b) = sin a cos b + sin b cos a,这就是三角学中最重要的复角公式!原来勾股定理和这条复角公式是来自相同的证明的!
在证明二中,当介绍完展开 (a + b)2 的方法之后,我提出了赵爽的“弦图”,这是一个展开 (a - b)2 的方法。而证明五亦有一个相似的情况,在这裏,我们除了一个类似 (a + b) 的“无字证明”外,我们亦有一个类似 (a - b) 的“无字证明”。这方法是由印度数学家婆什迦罗(Bhaskara; 1114 - 1185)提出的,见图十。
(a) (b)
图十
证明六
图十一
图十一中, 我们将中间的直角三角形 ABC 以 CD 分成两部分,其中 Ð C 为直角,D 位于 AB 之上并且 CD ^ AB。设 a = CB,b = AC,c = AB,x = BD,y = AD。留意图中的三个三角形都是互相相似的,并且 D DBC ~ D CBA ~ D DCA,所以
= 和 =
由此得 a2 = cx 和 b2 = cy
将两式结合,得 a2 + b2 = cx + cy = c(x + y) = c2。定理得证。
证明六可以说是很特别的,因为它是本文所有证明中,唯一一个证明没有使用到面积的概念。我相信在一些旧版的教科书中,也曾使用过证明六作为勾股定理的证明。不过由于这个证明需要相似三角形的概念,而且又要将两个三角形翻来覆去,相当复杂,到今天已很少教科书采用,似乎已被人们日渐淡忘了!
可是,如果大家细心地想想,又会发现这个证明其实和证明一(即欧几里得的证明)没有分别!虽然这个证明没有提及面积,但 a2 = cx 其实就是表示 BC 上正方形的面积等于由 AB 和 BD 两边所组成的长方形的面积,这亦即是图一中黄色的部分。类似地,b2 = cy 亦即是图一中深绿色的部分。由此看来,两个证明都是依据相同的原理做出来的!
证明七
(a) (b) (c)
图十二
在图十二(a)中,我们暂时未知道三个正方形面积之间有甚么直接的关系,但由于两个相似图形面积之比等于它们对应边之比的平方,而任何正方形都相似,所以我们知道面积 I : 面积 II : 面积 III = a2 : b2 : c2。
不过,细心地想想就会发现,上面的推论中,“正方形”的要求是多余的,其实只要是一个相似的图形,例如图十二(b)中的半圆,或者是图十二(c)中的古怪形状,只要它们互相相似,那么面积 I : 面积 II : 面积 III 就必等于 a2 : b2 : c2了!
在芸芸众多的相似图形中,最有用的,莫过于与原本三角形相似的直角三角形了。
❸ 初二勾股定理的证明方法怎么证明
以下证明为加菲尔德证法法:
大正方形的面积等于中间正方形的面积加上四个三角形的面积,即:
1、最早记载:
在中国,《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又有称之为商高定理;三国时代的蒋铭祖对《蒋铭祖算经》内的勾股定理作出了详细注释。
2、日常应用:
家装时,工人为了判断一个墙角是否标准直角.可以分别在墙角向两个墙面量出30cm,40cm并标记在一个点,然后量这两点间距离是否是50cm.如果超出一定误差,则说明墙角不是直角。
❹ 勾股定理的最简单的证明方法是什么
简单的勾股定理的证明方法如下:
拓展资料:
勾股定理的使用方法:
1、确保三角形是直角三角形。 勾股定理只适用于直角三角形中,所以,在应用定理之前,你需要先确定三角形是否是直角三角形,这一点非常重要。幸好,区分直接三角形和别的三角形的方法只有一个,那就是看一个三角形中是否有一个90度的角。
2、确定变量a,b,c对应的三角形的边。在勾股定理中,a,b表示直角三角形的两条直角边,而c用来表示斜边,即直角对应的那条最长的边。所以,先给两条直角边分别标注上a,b(具体的对应关系没有要求),而斜边标注上c。
3、确定你所要求的边。使用勾股定理可以求出直角三角形的任意一条边的长度,但前提是知道另外两条边的长度。先确定哪一条边的长度是未知的——a,b或者c。
4、代入。将两条已知边的长度带入到公式a2 + b2 = c2中,其中a和b对应的是两直角边的长度,而c代表斜边长度。在上面的例子中,我们知道一条直角边和斜边的长度(3和5),然后将3和5代入到公式中,有32 + b2 = 2。
5、计算平方。首先,计算两条已知边长度的平方值。或者,你也可以先不计算出来,然后保留平方,带到式子中直接计算平方和。在上述例子中,3和5的平方分别是9和25,所以方程可以改写为9 + b2 = 25。
6、将未知变量移到等号一边。如果有必要的话,运用基本的代数操作,将未知变量移动到等号一侧,而将已知变量移动到等号的另一侧。如果你要求的是斜边长,那么就不需要再移动变量了。在上述例子中,方程式是9 + b2 = 25。两边同时减去9,等式变为b2= 16。
7、求开方。现在等式两边一边是数字,另一边是变量,然后同时求两边的平方根。在上述例子中b2 = 16,两边同时求平方根,有b = 4。因此,未知边的长度就是4。
❺ 初二勾股定理证明,要带图的。三种方法!
勾股定律证明的三种方法如下:
【方法1】
(5)勾股定理如何证明大小的方法扩展阅读:
在我国数学上,早就有勾3股4弦5的说法,这是勾股定律的一个特例,勾3a,股4a,弦5a都符合勾股定律。
在平面上的一个直角三角形中,两个直角边边长的平方加起来等于斜边长的平方。如果设直角三角形的两条直角边长度分别是a和b,斜边长c,存在下面这个关系:a²+b²=c²
勾股定理现约有500种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,也是数形结合的纽带之一。
在中国,商朝时期的商高提出了“勾三股四弦五”的勾股定理的特例。在西方,最早提出并证明此定理的为公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯学派,他用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和。
❻ 勾股定理的5种证明方法
1、做8个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b,斜边长为c,再做三个边长分别为a、b、c的正方形,把它们像上图那样拼成两个正方形.
从下图可以看到,这两个正方形的边长都是a + b,所以面积相等. 即a的平方加b的平方,加4乘以二分之一ab等于c的平方,加4乘以二分之一ab,整理得a的平方加b的平方等于c的平方。
❼ 勾股定理的证明方法 带图!!!
勾股定理的证明方法如下,共5种方法:
❽ 求勾股定理的多种证明方法,要带图带解释
勾股定理的证明方法
勾股定理是初等几何中的一个基本定理。这个定理有十分悠久的历史,两千多年来,人们对勾股定理的证明颇感兴趣,因为这个定理太贴近人们的生活实际,以至于古往今来,下至平民百姓,上至帝王总统都愿意探讨和研究它的证明.下面结合几种图形来进行证明。
一、传说中毕达哥拉斯的证法(图1)
左边的正方形是由1个边长为的正方形和1个边长为的正方形以及4个直角边分别为、,斜边为的直角三角形拼成的。右边的正方形是由1个边长为的正方形和4个直角边分别为、,斜边为的直角三角形拼成的。因为这两个正方形的面积相等(边长都是),所以可以列出等式,化简得。
在西方,人们认为是毕达哥拉斯最早发现并证明这一定理的,但遗憾的是,他的证明方法已经失传,这是传说中的证明方法,这种证明方法简单、直观、易懂。
二、赵爽弦图的证法(图2)
第一种方法:边长为的正方形可以看作是由4个直角边分别为、,斜边为 的直角三角形围在外面形成的。因为边长为的正方形面积加上4个直角三角形的面积等于外围正方形的面积,所以可以列出等式,化简得。
第二种方法:边长为的正方形可以看作是由4个直角边分别为、,斜边为 的
角三角形拼接形成的(虚线表示),不过中间缺出一个边长为的正方形“小洞”。
因为边长为的正方形面积等于4个直角三角形的面积加上正方形“小洞”的面积,所以可以列出等式,化简得。这种证明方法很简明,很直观,它表现了我国古代数学家赵爽高超的证题思想和对数学的钻研精神,是我们中华民族的骄傲。
三、美国第20任总统茄菲尔德的证法(图3)
这个直角梯形是由2个直角边分别为、,斜边为 的直角三角形和1个直角边为
的等腰直角三角形拼成的。因为3个直角三角形的面积之和等于梯形的面积,所以可以列出等式,化简得。这种证明方法由于用了梯形面积公式和三角形面积公式,从而使证明更加简洁,它在数学史上被传为佳话。
勾股定理
定理:
如果直角三角形两直角边分别为a,b,斜边为c,那么 a^2+b^2=c^2; 即直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方。
古埃及人利用打结作RT三角形
如果三角形的三条边a,b,c满足a^2+b^2=c^2,如:一条直角边是3,另一条直角边是4,斜边就是3×3+4×4=X×X,X=5。那么这个三角形是直角三角形。(称勾股定理的逆定理) 勾股定理的来源:
毕达哥拉斯树
毕达哥拉斯树是一个基本的几何定理,传统上认为是由古希腊的毕达哥拉斯所证明。据说毕达哥拉斯证明了这个定理后,即斩了百头牛作庆祝,因此又称“百牛定理”。在中国,《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又有称之为商高定理;三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明[1]。法国和比利时称为驴桥定理,埃及称为埃及三角形。我国古代把直角三角形中较短的直角边叫做勾,较长的直角边叫做股,斜边叫做弦。 常用勾股数3 4 5;6 8 10;5 12 13;8 15 17
毕达哥拉斯
有关勾股定理书籍 《数学原理》人民教育出版社 《探究勾股定理》同济大学出版社 《优因培教数学》北京大学出版社 《勾股书籍》 新世纪出版社 《九章算术一书》 《优因培揭秘勾股定理》江西教育出版社 《几何原本》 (原着:欧几里得)人民日报出版社 毕达哥拉斯树 毕达哥拉斯树是由毕达哥拉斯根据勾股定理所画出来的一个可以无限重复的图形。又因为重复数次后的形状好似一棵树,所以被称为毕达哥拉斯树。 直角三角形两个直角边平方的和等于斜边的平方。 两个相邻的小正方形面积的和等于相邻的一个大正方形的面积。 利用不等式a^2+b^2≥2ab可以证明下面的结论: 三个正方形之间的三角形,其面积小于等于大正方形面积的四分之一,大于等于一个小正方形面积的二分之一。
[编辑本段]最早的勾股定理应用
从很多泥板记载表明,巴比伦人是世界上最早发现“勾股定理”的,这里只举一例。例如公元前1700年的一块泥板(编号为BM85196)上第九题,大意为“有一根长为5米的木梁(AB)竖直靠在墙上,上端(A)下滑一米至D。问下端(C)离墙根(B)多远?”他们解此题就是用了勾股定理,如图 设AB=CD=l=5米,BC=a,AD=h=1米,则BD=l-h=5-1米=4米 ∴a=√[l-(l-h)]=√[5-(5-1)]=3米,∴三角形BDC正是以3、4、5为边的勾股三角形。
[编辑本段]《周髀算经》中勾股定理的公式与证明
《周髀算经》算经十书之一。约成书于公元前二世纪,原名《周髀》,它是我国最古老的天文学着作,主要阐明当时的盖天说和四分历法。唐初规定它为国子监明算科的教材之一,故改名《周髀算经》。 首先,《周髀算经》中明确记载了勾股定理的公式:“若求邪至日者,以日下为句,日高为股,句股各自乘,并而开方除之,得邪至日”(《周髀算经》上卷二) 而勾股定理的证明呢,就在《周髀算经》上卷一[2] —— 昔者周公问于商高曰:“窃闻乎大夫善数也,请问昔者包牺立周天历度——夫天可不阶而升,地不可得尺寸而度,请问数安从出?”
商高曰:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一。故折矩,以为句广三,股修四,径隅五。既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五。两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所生也。” 周公对古代伏羲(包牺)构造周天历度的事迹感到不可思议(天不可阶而升,地不可得尺寸而度),就请教商高数学知识从何而来。于是商高以勾股定理的证明为例,解释数学知识的由来。
《周髀算经》证明步骤
“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一。”:解释发展脉络——数之法出于圆(圆周率三)方(四方),圆出于方(圆形面积=外接正方形*圆周率/4),方出于矩(正方形源自两边相等的矩),矩出于九九八十一(长乘宽面积计算依自九九乘法表)。 “故折矩①,以为句广三,股修四,径隅五。”:开始做图——选择一个 勾三(圆周率三)、股四(四方) 的矩,矩的两条边终点的连线应为5(径隅五)。 “②既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五。”:这就是关键的证明过程——以矩的两条边画正方形(勾方、股方),根据矩的弦外面再画一个矩(曲尺,实际上用作直角三角),将“外半其一矩”得到的三角形剪下环绕复制形成一个大正方形,可看到其中有 边长三勾方、边长四股方、边长五弦方 三个正方形。 “两矩共长③二十有五,是谓积矩。”:此为验算——勾方、股方的面积之和,与弦方的面积二十五相等——从图形上来看,大正方形减去四个三角形面积后为弦方,再是 大正方形 减去 右上、左下两个长方形面积后为 勾方股方之和。因三角形为长方形面积的一半,可推出 四个三角形面积 等于 右上、左下两个长方形面积,所以 勾方+股方=弦方。 注意: ① 矩,又称曲尺,L型的木匠工具,由长短两根木条组成的直角。古代“矩”指L型曲尺,“矩形”才是“矩”衍生的长方形。 ② “既方之,外半其一矩”此句有争议。清代四库全书版定为“既方其外半之一矩”,而之前版本多为“既方之外半其一矩”。经陈良佐[3]、李国伟[4]、李继闵[5]、曲安京[1]等学者研究,“既方之,外半其一矩”更符合逻辑。 ③ 长指的是面积。古代对不同维度的量纲比较,并没有发明新的术语,而统称“长”。赵爽注称:“两矩者, 句股各自乘之实。共长者, 并实之数。 由于年代久远,周公弦图失传,传世版本只印了赵爽弦图(造纸术在汉代才发明)。所以某些学者误以为商高没有证明(只是说了一段莫名其妙的话),后来赵爽才给出证明。 其实不然,摘录赵爽注释《周髀算经》时所做的《句股圆方图》[2]——“句股各自乘, 并之为弦实, 开方除之即弦。案: 弦图又可以句股相乘为朱实二, 倍之为朱实四, 以句股之差自相乘为中黄实, 加差实亦成弦实。”
赵爽弦图
注意“案”中的“弦图又可以”、“亦成弦实”,“又”“亦”二字表示赵爽认为勾股定理还可以用另一种方法证明,于是他给出了新的证明。 下为赵爽证明——
青朱出入图
三角形为直角三角形,以勾a为边的正方形为朱方,以股b为边的正方形为青方。以盈补虚,将朱方、青方并成弦方。依其面积关系有a^2+b^2=c^2.由于朱方、青方各有一部分在玄方内,那一部分就不动了。 以勾为边的的正方形为朱方,以股为边的正方形为青方。以盈补虚,只要把图中朱方(a2)的I移至I′,青方的II移至II′,III移至III′,则刚好拼好一个以弦为边长的正方形(c……2 ).由此便可证得a^+b^2=c^2;
。 如下: 解:在网格内,以两个直角边为边长的小正方形面积和,等于以斜边为边长的的正方形面积。 勾股定理的内容:直角三角形两直角边a、b的平方和等于斜边c的平方, a的平方+b的平方=c的平方; 说明:我国古代学者把直角三角形的较短直角边称为“勾”,较长直角边为“股”,斜边称为“弦”,所以把这个定理称为“勾股定理”。勾股定理揭示了直角三角形边之间的关系。 举例:如直角三角形的两个直角边分别为3、4,则斜边c的平方;= a的平方+b的平方=9+16=25即c=5 则说明斜边为5。
[编辑本段]勾股定理的5种证明方法
这个定理有许多证明的方法,其证明的方法可能是数学众多定理中最多的。路明思(Elisha Scott Loomis)的 Pythagorean Proposition( 《毕达哥拉斯命题》)一书中总共提到367种证明方式。 有人会尝试以三角恒等式(例如:正弦和余弦函数的泰勒级数)来证明勾股定理,但是,因为所有的基本三角恒等式都是建基于勾股定理,所以不能作为勾股定理的证明(参见循环论证)。
【证法1】(梅文鼎证明)
作四个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b ,斜边长为c. 把它们拼成如图那样的一个多边形,使D、E、F在一条直线上. 过C作AC的延长线交DF于点P. ∵ D、E、F在一条直线上, 且RtΔGEF ≌ RtΔEBD, ∴ ∠EGF = ∠BED, ∵ ∠EGF + ∠GEF = 90°, ∴ ∠BED + ∠GEF = 90°, ∴ ∠BEG =180°―90°= 90° 又∵ AB = BE = EG = GA = c, ∴ ABEG是一个边长为c的正方形. ∴ ∠ABC + ∠CBE = 90° ∵ RtΔABC ≌ RtΔEBD, ∴ ∠ABC = ∠EBD. ∴ ∠EBD + ∠CBE = 90° 即 ∠CBD= 90° 又∵ ∠BDE = 90°,∠BCP = 90°, BC = BD = a. ∴ BDPC是一个边长为a的正方形. 同理,HPFG是一个边长为b的正方形. 设多边形GHCBE的面积为S,则 , ∴ BDPC的面积也为S,HPFG的面积也为S由此可推出:a^2+b^2=c^2
【证法2】(项明达证明)
作两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a) ,斜边长为c. 再做一个边长为c的正方形. 把它们拼成如图所示的多边形,使E、A、C三点在一条直线上. 过点Q作QP‖BC,交AC于点P. 过点B作BM⊥PQ,垂足为M;再过点 F作FN⊥PQ,垂足为N. ∵ ∠BCA = 90°,QP‖BC, ∴ ∠MPC = 90°, ∵ BM⊥PQ, ∴ ∠BMP = 90°, ∴ BCPM是一个矩形,即∠MBC = 90°. ∵ ∠QBM + ∠MBA = ∠QBA = °, ∠ABC + ∠MBA = ∠MBC = 90°, ∴ ∠QBM = ∠ABC, 又∵ ∠BMP = 90°,∠BCA = 90°,BQ = BA = c, ∴ RtΔBMQ ≌ RtΔBCA. 同理可证RtΔQNF ≌ RtΔAEF.即a^2+b^2=c^2
【证法3】(赵浩杰证明)
作两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a) ,斜边长为c. 再做一个边长为c的正方形. 把它们拼成如图所示的多边形. 分别以CF,AE为边长做正方形FCJI和AEIG, ∵EF=DF-DE=b-a,EI=b, ∴FI=a, ∴G,I,J在同一直线上, ∵CJ=CF=a,CB=CD=c, ∠CJB = ∠CFD = 90°, ∴RtΔCJB ≌ RtΔCFD , 同理,RtΔABG ≌ RtΔADE, ∴RtΔCJB ≌ RtΔCFD ≌ RtΔABG ≌ RtΔADE ∴∠ABG = ∠BCJ, ∵∠BCJ +∠CBJ= 90°, ∴∠ABG +∠CBJ= 90°, ∵∠ABC= 90°, ∴G,B,I,J在同一直线上, 所以a^2+b^2=c^2
【证法4】(欧几里得证明)
作三个边长分别为a、b、c的正方形,把它们拼成如图所示形状,使H、C、B三点在一条直线上,连结 BF、CD. 过C作CL⊥DE, 交AB于点M,交DE于点L. ∵ AF = AC,AB = AD, ∠FAB = ∠GAD, ∴ ΔFAB ≌ ΔGAD, ∵ ΔFAB的面积等于, ΔGAD的面积等于矩形ADLM 的面积的一半, ∴ 矩形ADLM的面积 =. 同理可证,矩形MLEB的面积 =. ∵ 正方形ADEB的面积 = 矩形ADLM的面积 + 矩形MLEB的面积 ∴ 即a的平方+b的平方=c的平方
【证法5】欧几里得的证法
《几何原本》中的证明 在欧几里得的《几何原本》一书中提出勾股定理由以下证明后可成立。 设△ABC为一直角三角形,其中A为直角。从A点划一直线至对边,使其垂直于对边上的正方形。此线把对边上的正方形一分为二,其面积分别与其余两个正方形相等。 在正式的证明中,我们需要四个辅助定理如下: 如果两个三角形有两组对应边和这两组边所夹的角相等,则两三角形全等。(SAS定理) 三角形面积是任一同底同高之平行四边形面积的一半。 任意一个正方形的面积等于其二边长的乘积。 任意一个四方形的面积等于其二边长的乘积(据辅助定理3)。 证明的概念为:把上方的两个正方形转换成两个同等面积的平行四边形,再旋转并转换成下方的两个同等面积的长方形。 其证明如下: 设△ABC为一直角三角形,其直角为CAB。 其边为BC、AB、和CA,依序绘成四方形CBDE、BAGF和ACIH。 画出过点A之BD、CE的平行线。此线将分别与BC和DE直角相交于K、L。 分别连接CF、AD,形成两个三角形BCF、BDA。 ∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A 和 G 都是线性对应的,同理可证B、A和H。 ∠CBD和∠FBA皆为直角,所以∠ABD等于∠FBC。 因为 AB 和 BD 分别等于 FB 和 BC,所以△ABD 必须相等于△FBC。 因为 A 与 K 和 L是线性对应的,所以四方形 BDLK 必须二倍面积于△ABD。 因为C、A和G有共同线性,所以正方形BAGF必须二倍面积于△FBC。 因此四边形 BDLK 必须有相同的面积 BAGF = AB^2。 同理可证,四边形 CKLE 必须有相同的面积 ACIH = AC^2。 把这两个结果相加, AB^2+ AC^2; = BD×BK + KL×KC 由于BD=KL,BD×BK + KL×KC = BD(BK + KC) = BD×BC 由于CBDE是个正方形,因此AB^2 + AC^2= BC^2。 此证明是于欧几里得《几何原本》一书第1.47节所提出的
利用相似三角形的证法
利用相似三角形证明
有许多勾股定理的证明方式,都是基于相似三角形中两边长的比例。
设ABC为一直角三角形, 直角于角C(看附图). 从点C画上三角形的高,并将此高与AB的交叉点称之为H。此新三角形ACH和原本的三角形ABC相似,因为在两个三角形中都有一个直角(这又是由于“高”的定义),而两个三角形都有A这个共同角,由此可知第三只角都是相等的。同样道理,三角形CBH和三角形ABC也是相似的。这些相似关系衍生出以下的比率关系:
因为
所以
可以写成
综合这两个方程式,我们得到
换句话说:
一、达纲要求:
1、理解余角的概念,掌握同角或等角相等,直角三角形两锐角互余等性质,会用它们进行有关论证和计算。
2、了解逆命题和逆命定理的概念,原命题成立它的逆命题不一定成立,会识别两个互逆命题。
3、掌握勾股定理,会用勾股定理由直角三角形两边长求第三边长;会用勾股定理的逆定理判定直角三角形。
4、初步掌握根据题设和有关定义、公理、定理进行推理论证。
5、通过介绍我国古代数学关于勾股定理的研究,对学生进行爱国主义教育。
二、重点提示
1、重点 勾股定理及其应用
2、难点 勾股定理及其逆定理的证明
3、关键点 灵活运用勾股定理及其逆定理进行证题和计算
三、方法技巧
1、勾股定理是直角三角形三边存在的一种特殊关系,它的证明方法很多,用面积法证明比较简捷,用面积法证题是一种重要的证题方法,涉及到距离或垂线段时运用面积法解题较方便。
2、勾股定理的应用非常广泛,在进行几何计算时,常常要用到代数知识的方法,有的几何题为了应用勾股定理,可以作高(或垂线段)构造直角三角形。
3、勾股定理的逆定理的证明方法比较特殊,这种证题思路和方法值得学习借鉴,勾股定理的逆定理是判定是否直角三角形的重要依据,它可以通过边的长度关系,确定角的大小,因而在应用时,有一定的技巧,解题的思路有时更为特殊。
四、典型考题示范
例1.若ΔABC的三外角的度数之比为3:4:5,最长边AB与最小边BC的关系是______。
分析:因为三角形三个外角与三内角互补,三角形的内角和为180°,所以三外角的和为360°,这样三个外角的度数分别为90°,120°,150°,因而三角形之内角的度数分别为90°,60°,30°,因而三角形是含30°角的直角三角形,应用直角三角形,应用直角三角形的性质可以找到最长边与最短边的关系。
解:设三角形的三个外角分别为3α,4α,5α,则有3α+4α+5α=360°,
∴α=30°3α=90° 4α=120° 5α=150°
故三角形三个角度数为∠C=180°-90°=90°,∠B=180°-120°=60°,∠A=180°-150°=30°,∴ΔABC为含30°的直角三角形。
∴AB=2BC(直角三角形中,30°角所对的直角边等于斜边的一半)
填 AB=2BC
评注:本题应用勾股定理可以找到三边的关系,若已知一条边的长,可以求其余两边长。
例2.如图3-180,ΔABC中∠B=90°,两直角边AB=7,BC=24,在三角形内有一点P到各边的距离相等,则这个距离是( )
A. 1 B.3 C.6 D. 非以上答案
分析:因为P点到各边的距离都相等,因此可以考虑用面积法求这个距离,由∠B=90°,AB=7,BC=24,由勾股定理可以求出AC的长,所以用面积公式可以求出P点到各边的距离,为此要连结PA、PB、PC。 图3-180
解:由勾股定理得,AC2=AB2+BC2=72+242=252, ∴AC=25,设P点到各边的距离为r,连结PA、PB、PC,依三角形的面积关系有SΔABP+SΔBCP+SΔACP=SΔABC
即
得(7+24+25)r=7×24,∴r=3
评注:涉及到垂线段的问题,常可联系到某一三角形的高,从而根据面积关系和面积公式得到关于垂线段的方程,通过解方程,求垂线段的长。用面积法求直角三角形中有关线段的长是各地中考命题的热点。
例3.如图在四边形ABCD中,AB=2,CD=1,∠A=60°,∠B=∠D=90°,求四边形ABCD的面积。
分析:要求四边形的面积可以将四边形转化为三角形通过先求三角形的面积,再求四边形的面积,为了便于利用已知边和角,在作辅助线时,尽量保持已知边和已知角,为此连结四边形的对角线的方法和作AB、DC的延长线均不可取,作BC的延长线与AD的延长线相交于点E,即保留了已知边和已知角,又得到了两个含30°角的直角三角形,使问题变得简单易解。
解:作BC的延长线交AD的延长线于点E
∵∠B=90°,∠A=60°,∴∠E=30°
在RtΔCDE中,∠CDE=90°,CD=1
∴CE=2,
在RtΔABE中,∠ABE=90°,AB=2,∠A=60°
∴AE=4,
又∵S四边形ABCD=SΔABE-SΔCDE
评注:本题解答的关键是构造特殊的直线三角形,并且这些特殊三角形以已知线段为边。
五、错例剖析
[例1]已知等腰三角形的底角等于15°,腰长等于2a,求腰上的高。
已知如图3-189,ΔABC中,AB=AC=2a,∠ABC=∠ACB=15°,BD是高,求BD的长。
错解:∵∠BAB=∠ABC+∠ACB
∴∠DAB=15°+15°=30°
又∵BD是高,∴在RtΔABD中,AD=AB=a 图3-189
由勾股定理得:
剖析:解析几何问题时,画图很重要,画得准确、规范,可以利用图形的直观,对解题有帮助作用,画得不准则容易造成错觉,本题就是由于作图的不准,误认为∠DBA=30°
改正:如图3-190
∵∠DAB=∠ABC+∠C,∴DAB=15°×2=30°
∵BD是高,∴RtΔABD中,BD=AB=a 图3-190
[例2]若直角在角形的两条边长为6cm,8cm,则第三边长为_____cm。
错解:设第三边长为xcm,由勾股定理得:
62+82=x2,即第三边长为10cm。
剖析:题目中没有已知第三边是斜边还是直角边,需要讨论,这里误认为是斜边,所以,解答不完全。
改正:设第三边长为xcm
若第三边长为斜边,由勾股定理得
若第三边长为直角边,则8cm长的边必是斜边,由勾股定理得
[例3]已知在ΔABC中,三条边长分别为a, b, c,且a=n,,(n为大于2的偶数),
求证:ΔABC是直角三角形。
错误:由勾股定理,得a2+b2=c2
a2+b2=
∴ABC是直角三角形。
剖析:根据三角形的边的关系,判定是否直角三角形,可以用勾股定理的逆定理来解决,这里错误地应用了勾股定理,首先就把ΔABC当成了直角三角形。
改正:a2+b2=
∴ΔABC是直角三角形(勾股定理的逆定理)
[例4]在ΔABC中,已知∠C=90°,AB=10,∠A=45°,求BC的长。
错解:∵∠C=90°,∠A=45°∴∠B=90°,∠A=45°
∴∠A=∠B ∴BC=AC(等角对等边)
在RtΔABC中,由勾股定理,得AC2+BC2=AB2,即2BC2=AB2
∴2BC=10,∴BC=5
部析:上述解答中,“将2BC2=AB2”中的指数约去,这一步显然是错误的。
改正:∵∠C=90°,∠A=45°,∴∠B=90°-45°=45°
∴∠A=∠B,AC=BC(等角对等边)
在RtΔABC中,由勾股定理,得AC2+BC2=AB2,即2BC2=AB2,
❾ 勾股定理的证明方法
勾股定理的证明方法如下:
求证:勾股定理,即直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。
证明:分两种情况来讨论,即两条直角边长度不相等与相等。
两条直角边长度不相等。
如图,分别设直角三角形的边长为a、b、c,(a<b,c为斜边)。
将四个同样大小的三角形拼成右图形式,则:
则右图正方形的面积为四个直角三角形的面积之和。
得:c^2=4*(aa/2)=2a^2=a^2+a^2
即a^2+a^2=c^2,原命题得证。
所以,直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。
❿ 勾股定理的十六种证明方法
加菲尔德证法、加菲尔德证法变式、青朱出入图证法、欧几里得证法、毕达哥拉斯证法、华蘅芳证法、赵爽弦图证法、百牛定理证法、商高定理证法、商高证法、刘徽证法、绉元智证法、梅文鼎证法、向明达证法、杨作梅证法、李锐证法
例,如下图:
设△ABC为一直角三角形,其中A为直角。从A点划一直线至对边,使其垂直于对边。延长此线把对边上的正方形一分为二,其面积分别与其余两个正方形相等。
设△ABC为一直角三角形,其直角为∠CAB。
其边为BC、AB和CA,依序绘成四方形CBDE、BAGF和ACIH。
画出过点A之BD、CE的平行线,分别垂直BC和DE于K、L。
分别连接CF、AD,形成△BCF、△BDA。
∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A和G共线,同理可证B、A和H共线。
∠CBD和∠FBA都是直角,所以∠ABD=∠FBC。
因为AB=FB,BD=BC,所以△ABD≌△FBC。
因为A与K和L在同一直线上,所以四边形BDLK=2△ABD。
因为C、A和G在同一直线上,所以正方形BAGF=2△FBC。
因此四边形BDLK=BAGF=AB²。
同理可证,四边形CKLE=ACIH=AC²。
把这两个结果相加,AB²+AC²=BD×BK+KL×KC
由于BD=KL,BD×BK+KL×KC=BD(BK+KC)=BD×BC
由于CBDE是个正方形,因此AB²+AC²=BC²,即a²+b²=c²。
性质:
1、勾股定理的证明是论证几何的发端;
2、勾股定理是历史上第一个把数与形联系起来的定理,即它是第一个把几何与代数联系起来的定理;
3、勾股定理导致了无理数的发现,引起第一次数学危机,大大加深了人们对数的理解;
4、勾股定理是历史上第—个给出了完全解答的不定方程,它引出了费马大定理;
5、勾股定理是欧氏几何的基础定理,并有巨大的实用价值,这条定理不仅在几何学中是一颗光彩夺目的明珠,被誉为“几何学的基石”,而且在高等数学和其他科学领域也有着广泛的应用。1971年5月15日,尼加拉瓜发行了一套题为“改变世界面貌的十个数学公式”邮票,这十个数学公式由着名数学家选出的,勾股定理是其中之首。