勾股定理是一個(gè)基本的幾何定理,指直角三角形的兩條直角邊的平方和等于斜邊的平方。中國古代稱直角三角形為勾股形,并且直角邊中較小者為勾,另一長直角邊為股,斜邊為弦,所以稱這個(gè)定理為勾股定理,也有人稱商高定理。
勾股定理現(xiàn)約有500種證明方法,是數(shù)學(xué)定理中證明方法最多的定理之一。在西方,最早提出并證明此定理的為公元前6世紀(jì)古希臘的畢達(dá)哥拉斯學(xué)派,他用演繹法證明了直角三角形斜邊平方等于兩直角邊平方之和。
做8個(gè)全等的直角三角形,設(shè)它們的兩條直角邊長分別為a、b,斜邊長為c,再做三個(gè)邊長分別為a、b、c的正方形,把它們像下圖那樣拼成兩個(gè)正方形.
從圖上可以看到,這兩個(gè)正方形的邊長都是a + b,所以面積相等. 即a2+b2+4×?ab=c2+4×?ab,整理得a2+b2=c2.
以a、b 為直角邊(b>a), 以c為斜邊作四個(gè)全等的直角三角形,則每個(gè)直角三角形的面積等于?ab. 把這四個(gè)直角三角形拼成如圖所示形狀.
∵ RtΔDAH ≌ RtΔABE,
∴∠HDA = ∠EAB.
∵∠HAD + ∠HAD = 90o,
∴∠EAB + ∠HAD = 90o,
∴ ABCD是一個(gè)邊長為c的正方形,它的面積等于c2.
∵ EF = FG =GH =HE = b―a ,∠HEF = 90o.
∴ EFGH是一個(gè)邊長為(b―a)的正方形,它的面積等于(a+b)2
4×?ab+(b-a)2=c2,
∴a2+b2=c2
【證法3】(1876年美國總統(tǒng)Garfield證明)
以a、b 為直角邊,以c為斜邊作兩個(gè)全等的直角三角形,則每個(gè)直角三角形的面積等于?ab.
把這兩個(gè)直角三角形拼成如圖所示形狀,使A、E、B三點(diǎn)在一條直線上.
∵ RtΔEAD ≌ RtΔCBE,
∴∠ADE = ∠BEC.
∵ ∠AED + ∠ADE = 90o,
∴ ∠AED + ∠BEC = 90o.
∴ ∠DEC = 180o―90o= 90o.∴ ΔDEC是一個(gè)等腰直角三角形,它的面積等于?c2.
又∵ ∠DAE = 90o, ∠EBC = 90o,
∴ AD∥BC.
∴ ABCD是一個(gè)直角梯形,它的面積等于
?(a+b)2=2×?ab+?c2,
∴a2+b2=c2
做三個(gè)邊長分別為a、b、c的正方形,把它們拼成如圖所示形狀
使H、C、B三點(diǎn)在一條直線上,連結(jié)
BF、CD. 過C作CL⊥DE,交AB于點(diǎn)M,交DE于點(diǎn)L.
∵ AF = AC,AB = AD,
∠FAB = ∠GAD,
∴ ΔFAB ≌ ΔGAD,
∵ ΔFAB的面積等于?a2,
ΔGAD的面積等于矩形ADLM的面積的一半,
∴ 矩形ADLM的面積 =a2.
同理可證,矩形MLEB的面積 =b2.
∵ 正方形ADEB的面積
= 矩形ADLM的面積 + 矩形MLEB的面積
∴c2=a2+b2 ,即a2+b2=c2.
如圖,在RtΔABC中,設(shè)直角邊AC、BC的長度分別為a、b,斜邊AB的長為c,過點(diǎn)C作CD⊥AB,垂足是D.
在ΔADC和ΔACB中,
∵ ∠ADC = ∠ACB = 90o,
∠CAD = ∠BAC,
∴ΔADC ∽ΔACB.
AD∶AC = AC ∶AB,
即AC2=AD·AB.
同理可證,ΔCDB ∽ ΔACB,從而有
BC2=BD·AB
∴AC2+BC2=(AD+BD)·AB=AB2,
即a2+b2=c2.
在RtΔABC中,設(shè)直角邊BC = a,AC = b,斜邊AB = c. 如圖,以B為圓心a為半徑作圓,交AB及AB的延長線分別于D、E,則BD = BE = BC = a. 因?yàn)椤螧CA = 90o,點(diǎn)C在⊙B上,所以AC是⊙B 的切線.
由切割線定理,得
AC2=AE·AD=(AB+BE)·(AB-BD)
=(c+a)·(c-a)=c2-b2
∴b2=c2-a2
即a2+b2=c2
如圖,在RtΔABC中,設(shè)直角邊AC、BC的長度分別為a、b,斜邊AB的長為c,過點(diǎn)C作CD⊥AB,垂足是D.
假設(shè)a2+b2≠c2,即假設(shè)AC2+BC2≠AB2,
則由AB2=AB·AB=AB·(AD+BD)=AB·AD+AB·BD
可知AC2≠AB·AD,或者BC2≠AB·BD.
即 AD:AC≠AC:AB,或者 BD:BC≠BC:AB.
在ΔADC和ΔACB中,
∵∠A = ∠A,
∴若 AD:AC≠AC:AB,
則∠ADC≠∠ACB.
在ΔCDB和ΔACB中,
∵ ∠B = ∠B,
∴若BD:BC≠BC:AB,
則∠CDB≠∠ACB.
又∵ ∠ACB = 90o,
∴ ∠ADC≠90o,∠CDB≠90o.
這與作法CD⊥AB矛盾. 所以,AC2+BC2≠AB2的假設(shè)不能成立.
∴a2+b2=c2.
當(dāng)然,勾股定理的證明方法還有很多很多種,以上幾種證明方法應(yīng)用了很多初中數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn),在學(xué)習(xí)過程中還可以對一些重要知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和回顧。如果你有更好的證明方法,歡迎在評論區(qū)分享!
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