勾股定理及各种证明方法
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勾股定理(毕达哥拉斯定理)
勾股定理是一个初等几何定理,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。
勾股定理是余弦定理的一
个特例。
勾股定理约有400种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。
“勾三股四弦五”是勾股定理最基本的公式。
勾股数组方程a2 + b2= c2的正整数组(a, b, c)。
(3,4,5)
就是勾股数。
也就是说,设直角三角形两直角边为a和b,斜边为c,那么a2+b2=c2,即
直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方。
勾股定理
命题1如果直角三角形的两条直角边长分别为a,b,斜边长为c,那么。
勾股定理的逆定理
命题2如果三角形的三边长a,b,c满足,那么这个三角形是直角三角形。
【证法1】(赵爽证明)
以a、b为直角边(b>a),以c为斜边作四个全等的直角三角形,则每个直角三角形的面
1
积等于丄ab.把这四个直角三角形拼成如图所示形状.
2
•/ Rt △ DAH B Rt △ ABE,「. / HDA = / EAB.
•/ / HAD + / HAD = 90o,「. / EAB + / HAD = 90o,
••• ABCD是一个边长为c的正方形,它的面积等于c2.
•/ EF = FG =GH =HE = b —a , / HEF = 90o.
• EFGH是一个边长为b—a的正方形,它的面积等于
【证法2】(课本的证明)
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.从图上可以看到,这两个正
方形的边长都是a + b,所以面积相等.
即,整理得.
【证法3】(1876年美国总统Garfield 证明)以a、b为直角边,以c为斜边作两个全等的直角三角形,则每个直角三角形的面积等于.把这两个直角三角形拼成如图所示形状,
使A E、B三点在一条直线上.
•/ Rt △ EAD也Rt △ CBE/. / ADE = / BEC.
•/ / AED + / ADE = 90o, • / AED + / BEC = 90o. • / DEC = 180o— 90o= 90o.
• △ DEC是一个等腰直角三角形,它的面积等于
.又T / DAE = 90o, / EBC = 90o, •
AD// BC;.
ABCD是一个直角梯形,它的面积等于
【趣闻】:在1876年一个周末的傍晚,在美国华盛顿的郊外,有一位中年人正在散步,欣赏黄昏的美景,他就是当时美国俄亥俄州共和党议员伽菲尔德。
他走着走着,突然发现附近的一个小石
凳上,有两个小孩正在聚精会神地谈论着什么,时而大声争论,时而小声探讨。
由于好奇心驱使伽
菲尔德循声向两个小孩走去,想搞清楚两个小孩到底在干什么。
只见一个小男孩正俯着身子用树枝在地上画着一个直角三角形。
于是伽菲尔德便问他们在干什么?只见那个小男孩头也不抬地说:
“请问先生,如果直角三角形的两条直角边分别为3和4,那么斜边长为多少呢?”伽菲尔德答到:“是5呀。
”小男孩又问道:“如果两条直角边分别为5 和7 ,那么这个直角三角形的斜边长又是多少?”伽菲尔德不加思索地回答到:“那斜边的平方一定等于5的平方加上7的平方。
”小男孩
又说道:“先生,你能说出其中的道理吗?” 伽菲尔德一时语塞,无法解释了,心理很不是滋味。
于是伽菲尔德不再散步,立即回家,潜心探讨小男孩给他留下的难题。
他经过反复的思考与演算,终于弄清楚了其中的道理,并给出了简洁的证明方法。
1876年4月1日,伽菲尔德在《新英格兰教
育日志》上发表了他对勾股定理的这一证法。
1881年,伽菲尔德就任美国第二十任总统后来,人们为了纪念他对勾股定理直观、简捷、易懂、明了的证明,就把这一证法称为“总统。
”证法。
【证法4】(欧几里得证明)做三个边长分别为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 L DE交AB于点M,交DE于点L. v AF = AC , AB = AD,/ FAB = / GAD
••• △ FAB 也△ GAD
v △ FAB的面积等于,△ GAD的面积等于矩形ADLM勺面积的一半,
•矩形ADLM勺面积=.同理可证,矩形MLEB的面积=.
v正方形ADEB的面积=矩形ADLM的面积+矩形MLEB的面积
•,即.
【证法5】(利用相似三角形性质证明)
如图,在Rt △ ABC中,设直角边AC BC的长度分别为a、b,斜边AB的长为c,过点C作
CDLAB 垂足是D.在△ ADC和△ ACB中,
v / ADC = / ACB = 90o,/ CAD = / BAC •- △ ADC s △ ACB.
• AD: AC = AC : AB 即.
同理可证,△ CDB s △ ACB
从而有.• 即
【证法6】(邹元治证明)
以a、b为直角边,以c为斜边做四个全等的直角三角形,则每个直角三角形的面积等于.把
这四个直角三角形拼成如图所示形状,使A、E、B三点在一条直线上,B F、C三点在一条直线上,C G D三点在一条直线上.
•/ Rt △ HAE也Rt △ EBF,「. / AHE = / BEF.
•/ / AEH + / AHE = 90o, ••• / AEH + / BEF = 900.
••• / HEF = 1800—900= 900.
•四边形EFGH是一个边长为c的正方形.它的面积等于c2.
•/ Rt △ GDH B Rt △ HAE/. / HGD = / EHA.
•/ / HGD + / GHD = 900,/ / EHA + / GHD = 900.
又••• / GHE = 900, / / DHA = 900+ 900= 1800.
• ABCD是一个边长为a + b的正方形,它的面积等于•
【证法7】(利用切割线定理证明)
在Rt △ ABC中,设直角边BC = a , AC = b,斜边AB = c.
如图,以B为圆心a为半径作圆,
交AB及AB的延长线分别于D、E,贝U BD = BE = BC = a.
因为/ BCA = 900,点C在OB上,
所以AC是O B的切线.由切割线定理,得
即,•.
【证法8】(作直角三角形的内切圆证明)
在Rt △ ABC中,设直角边BC = a , AC = b,斜边AB = c.作Rt △ ABC的内切圆O 0,切点分别为D E、F (如图),设OO的半径为r.
•/ AE = AF , BF = BD , CD = CE,
= = r + r = 2r, 即,
• ,
即,
,又•••====。