勾股定理從出現至今,大約有近500種證明方法,有解析、有演繹、有圖形等等,下面給出幾個圖形的證法,體會數形結合的魅力。
01勾股定理的無字證明
01.1畢達哥拉斯的面積證法(公元前6世紀)
關鍵點:利用左右的面積的不同表示方法尋找聯繫,大部分公式的證法皆用此思路。
01.2歐幾里得的“新娘的椅子”證法(公元前3世紀)
關鍵點:
首先證明△AGB≌△ACE,
其次可以得到△AGB的面積是正方形ACFG面積的一半,△ACE的面積是矩形AOME面積的一半,故而正方形ACFG面積=矩形AOME面積;
同理,正方形CBKH=矩形BDMO,從而可以得出a^2+b^2=c^2
01.3三國東吳人趙爽的“朱實——黃實”證法(公元3世紀)
關鍵點:c^2= (ab/2) ×4+(a-b)^2,依然是尋求兩種表示的等量關係。
這個圖形也是北京2002世界數學大會的會標。
01.4劉徽的割補證明(公元3世紀)
01.5印度婆什迦羅的證明(公元12世紀)
婆什迦羅在畫出下圖後只寫了一個字“瞧”,充分體現了“無字證明”的驚奇神采。
01.6加菲爾德證法
加菲爾德在證出此結論5年後,成為美國第20任總統,所以人們又稱其為“總統證法”。
關鍵點:此證法依然採用兩種表示間的聯繫。
上述六種證法實際上全部採用面積關係,兩種表示之間的聯繫來進行證明的。好處就是初中水平的學生都可以看得懂,學得會,在提示之下自己可以單獨證明。
這些證明方法也都有“魔術師帽子裡的兔子”的嫌疑,究竟是是如何想到的,突破口在什麼地方這些都是我們必須思考的問題,只有這樣數學才有意思,人類才會向前發展。
02勾股定理的逆定理
勾股定理的逆定理:如果三角形兩條邊的平方和等於第三邊的平方,那麼這個三角形就是直角三角形。最長邊所對的角為直角。
這條定理的證法極多,其最簡單的證明,寥寥數字即可完成。
根據餘弦定理,在△ABC中,cosC=(a^2+b^2-c^2)÷2ab,
由於a^2+b^2=c^2,故cosC=0;
因為0°
不知是否有人懷疑,這個證明方法可行嗎?是否有“循環論證”的弊端。在1979年的全國高考數學試卷中,其中第4題(共10道大題)就是證明勾股定理。當時很多考生對這道題的證明都犯了循環論證的錯誤:有的直接用餘弦定理;有的用瞭解析幾何中兩點間距離公式;還有的用三角恆等式(sinɑ)^2+(cosɑ)^2=1.他們都忘記了這幾個公式、定理的證明與推導都是來自於勾股定理。也就是說,使用了下面的推導順序:
勾股定理→餘弦定理(距離公式、(sinɑ)^2+(cosɑ)^2=1)→勾股定理
但是對於逆定理的上述證明方法,不存在循環論證的問題,這是因為逆定理和定理本身是兩個彼此獨立的命題,我們所依據的推導順序是:
勾股定理→餘弦定理→勾股定理的逆定理。
下面證法來自蘇版教材八年級上冊:
已知在△ABC中,a^2+b^2=c^2,求證△ABC是直角三角形
證明:做任意一個Rt△A'B'C',使其直角邊B'C'=a,A'C'=b,∠C'=90°。設A'B'=c'
在Rt△A'B'C'中,由勾股定理得,A'B'=B'C'^2+A'C^2'= a^2+b^2=c'^2
∵a^2+b^2=c^2,∴cc'=c
在△ABC和A'B'C'中,∵AB=A'B',BC=B'C',AC=A'C',∴△ABC≌△A'B'C'
∴∠C=∠C'=90°
實際上這種證法是歐幾里得在《幾何原本》中所給出的證明的翻版。
勾股定理及其逆定理同是成立,說明a^2+b^2=c^2這個條件既是一個三角形為直角三角形的必要條件,又是它的充分條件。
勾股定理的特徵是把三角形中有一個直角的幾何性質和代數關係式a^2+b^2=c^2聯繫起來。這個代數式給出了直角三角形中三邊長度的依賴關係。
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