一位高中数学教师眼中的勾股定理(续一)

勾股定理从出现至今,大约有近500种证明方法,有解析、有演绎、有图形等等,下面给出几个图形的证法,体会数形结合的魅力。

01勾股定理的无字证明

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毕达哥拉斯

01.1毕达哥拉斯的面积证法(公元前6世纪)

一位高中数学教师眼中的勾股定理(续一)

关键点:利用左右的面积的不同表示方法寻找联系,大部分公式的证法皆用此思路。

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欧几里得

01.2欧几里得的“新娘的椅子”证法(公元前3世纪)

一位高中数学教师眼中的勾股定理(续一)

关键点:

首先证明△AGB≌△ACE,

其次可以得到△AGB的面积是正方形ACFG面积的一半,△ACE的面积是矩形AOME面积的一半,故而正方形ACFG面积=矩形AOME面积;

同理,正方形CBKH=矩形BDMO,从而可以得出a^2+b^2=c^2

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01.3三国东吴人赵爽的“朱实——黄实”证法(公元3世纪)

一位高中数学教师眼中的勾股定理(续一)

关键点:c^2= (ab/2) ×4+(a-b)^2,依然是寻求两种表示的等量关系。

这个图形也是北京2002世界数学大会的会标。

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01.4刘徽的割补证明(公元3世纪)

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01.5印度婆什迦罗的证明(公元12世纪)

婆什迦罗在画出下图后只写了一个字“瞧”,充分体现了“无字证明”的惊奇神采。

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加菲尔德

01.6加菲尔德证法

加菲尔德在证出此结论5年后,成为美国第20任总统,所以人们又称其为“总统证法”。

一位高中数学教师眼中的勾股定理(续一)

关键点:此证法依然采用两种表示间的联系。

上述六种证法实际上全部采用面积关系,两种表示之间的联系来进行证明的。好处就是初中水平的学生都可以看得懂,学得会,在提示之下自己可以单独证明。

这些证明方法也都有“魔术师帽子里的兔子”的嫌疑,究竟是是如何想到的,突破口在什么地方这些都是我们必须思考的问题,只有这样数学才有意思,人类才会向前发展。

一位高中数学教师眼中的勾股定理(续一)

其他代表证法一览

02勾股定理的逆定理

勾股定理的逆定理:如果三角形两条边的平方和等于第三边的平方,那么这个三角形就是直角三角形。最长边所对的角为直角。

这条定理的证法极多,其最简单的证明,寥寥数字即可完成。

根据余弦定理,在△ABC中,cosC=(a^2+b^2-c^2)÷2ab,

由于a^2+b^2=c^2,故cosC=0;

因为0°

不知是否有人怀疑,这个证明方法可行吗?是否有“循环论证”的弊端。在1979年的全国高考数学试卷中,其中第4题(共10道大题)就是证明勾股定理。当时很多考生对这道题的证明都犯了循环论证的错误:有的直接用余弦定理;有的用了解析几何中两点间距离公式;还有的用三角恒等式(sinɑ)^2+(cosɑ)^2=1.他们都忘记了这几个公式、定理的证明与推导都是来自于勾股定理。也就是说,使用了下面的推导顺序:

勾股定理→余弦定理(距离公式、(sinɑ)^2+(cosɑ)^2=1)→勾股定理

但是对于逆定理的上述证明方法,不存在循环论证的问题,这是因为逆定理和定理本身是两个彼此独立的命题,我们所依据的推导顺序是:

勾股定理→余弦定理→勾股定理的逆定理。

下面证法来自苏版教材八年级上册:

已知在△ABC中,a^2+b^2=c^2,求证△ABC是直角三角形

证明:做任意一个Rt△A'B'C',使其直角边B'C'=a,A'C'=b,∠C'=90°。设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°

实际上这种证法是欧几里得在《几何原本》中所给出的证明的翻版。

勾股定理及其逆定理同是成立,说明a^2+b^2=c^2这个条件既是一个三角形为直角三角形的必要条件,又是它的充分条件。

勾股定理的特征是把三角形中有一个直角的几何性质和代数关系式a^2+b^2=c^2联系起来。这个代数式给出了直角三角形中三边长度的依赖关系。


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