第一篇:第一組勾股定理的歷史
勾股定理的歷史
勾股定理是“人類最偉大的十個科學發現之一”,是初等幾何中的一個基本定理。所謂勾股定理,就是指“在直角三角形中,兩條直角邊的平方和等于斜邊的平方。”這個定理有十分悠久的歷史,幾乎所有文明古國對此定理都有所研究。
畢達哥拉斯定理:勾股定理在西方被稱為畢達哥拉斯定理,相傳是古希臘數學家兼哲學家畢達哥拉斯于公元前550年首先發現的。但畢達哥拉斯對勾股定理的證明方法已經失傳。著名的希臘數學家歐幾里得在巨著《幾何原本》中給出一個很好的證明。
《周髀算經》:中國古代對這一數學定理的發現和應用,遠比畢達哥拉斯早得多。中國最早的一部數學著作——《周髀算經》的開頭,記載著一段周公向商高請教數學知識的對話:周公問:“我聽說您對數學非常精通,我想請教一下:天沒有梯子可以上去,地也沒法用尺子去一段一段丈量,那么怎樣才能得到關于天地得到數據呢?” 商高回答說:“ 數的產生來源于對方和圓這些形體的認識。其中有一條原理:當直角三角形‘矩'得到的一條直角邊‘勾'等于3,另一條直角邊’股'等于4的時候,那么它的斜邊'弦'就必定是5。這個原理是大禹在治水的時候就總結出來的呵。” 大禹治水也是勾股定理的應用。
《九章算術》在稍后一點的《九章算術》一書中勾股定理得到了更加規范的一般性表達。書中的《勾股章》說;“把勾和股分別自乘,然后把它們的積加起來,再進行開方,便可以得到弦”。中國古代的數學家們不僅很早就發現并應用勾股定理,而且很早就嘗試對勾股定理作理論的證明。
趙爽:最早對勾股定理進行證明的,是三國時期吳國的數學家趙爽。趙爽創制了一幅“勾股圓方圖”,用形數結合得到方法,給出了勾股定理的詳細證明。趙爽的這個證明可謂別具匠心,極富創新意識。他用幾何圖形的截、割、拼、補來證明代數式之間的恒等關系,既具嚴密性,又具直觀性,為中國古代以形證數、形數統一、代數和幾何緊密結合、互不可分的獨特風格樹立了一個典范。稍后一點的劉徽在證明勾股定理時也是用以形證數的方法,中國古代數學家們對于勾股定理的發現和證明,在世界數學史上具有獨特的貢獻和地位。尤其是其中體現出來的“形數統一”的思想方法,更具有科學創新的重大意義。
古埃及人:實際上,在更早期的人類活動中,人們就已經認識到這一定理的某些特例。除上述兩個例子外,據說古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法則來確定直角。專家們還發現,在另一塊泥板上面刻著一個奇特的數表,表中共刻有四列十五行數字,這是一個勾股數表:最右邊一列為從1到15的序號,而左邊三列則分別是股、勾、弦的數值,一共記載著15組勾股數。
用意:這說明,勾股定理實際上早已進入了人類知識的寶庫。是幾何學中的明珠,它充滿魅力,在數學教材中插入關于數學知識的歷史故事,這讓使得同學們在學習知識的同時拓展他們的視野,使他們不僅僅掌握勾股定理的內容,認識勾股定理是怎么來的,也使他們了解勾股定理的發展過程和演變歷史,和不同的國家,不同的數學研究者不同的證明方法,很顯然,數學史一種變通的學習過程,它所研究的問題不僅僅局限于一個模式,很多時候,一種定理,往往能從多種渠道入手,最后得出結論。教會同學們在學習數學時要敢于大膽的猜想和創新。在書本上的知識靈活運用,使知識來源于書本又不局限于書本。只有本著這種數學精神才能學好數學。
第二篇:勾股定理的歷史及證明
勾股定理的歷史及證明
勾股定理又叫商高定理、畢氏定理,或稱畢達哥拉斯定理:
英文譯法:Pythagoras' Theorem
在一個直角三角形中,斜邊邊長的平方等于兩條直角邊邊長平方之和。如果直角三角形兩直角邊分別為a、b,斜邊為c,那么a2+b2=c2
據考證,人類對這條定理的認識,少說也超過 4000 年!
中國最早的一部數學著作——《周髀算經》的開頭,就有這條定理的相關內容:周公問:“竊聞乎大夫善數也,請問古者包犧立周天歷度。夫天不可階而升,地不可得尺寸而度,請問數安從出?”商高答:“數之法出于圓方,圓出于方,方出于矩,矩出九九八十一,故折矩以為勾廣三,股修四,徑隅五。既方其外,半之一矩,環而共盤。得成三、四、五,兩矩共長二十有五,是謂積矩。故禹之所以治天下者,此數之所由生也。”從上面所引的這段對話中,我們可以清楚地看到,我國古代的人民早在幾千年以前就已經發現并應用勾股定理這一重要懂得數學原理了。
在西方有文字記載的最早的證明是畢達哥拉斯給出的。據說當他證明了勾股定理以后,欣喜若狂,殺牛百頭,以示慶賀。故西方亦稱勾股定理為“百牛定理”。遺憾的是,畢達哥拉斯的證明方法早已失傳,我們無從知道他的證法。
實際上,在更早期的人類活動中,人們就已經認識到這一定理的某些特例。除上述兩個例子外,據說古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法則來確定直角。但是,這一傳說引起過許多數學史家的懷疑。比如說,美國的數學史家M·克萊因教授曾經指出:“我們也不知道埃及人是否認識到畢達哥拉斯定理。我們知道他們有拉繩人(測量員),但所傳他們在繩上打結,把全長分成長度為3、4、5的三段,然后用來形成直角三角形之說,則從未在任何文件上得證實。”不過,考古學家們發現了幾塊大約完成于公元前2000年左右的古巴比倫的泥板書,據專家們考證,其中一塊上面刻有如下問題:“一根長度為 30個單位的棍子直立在墻上,當其上端滑下6個單位時,請問其下端離開墻角有多遠?”這是一個三邊為為3:4:5三角形的特殊例子;專家們還發現,在另一塊泥板上面刻著一個奇特的數表,表中共刻有四列十五行數字,這是一個勾股數表:最右邊一列為從1到15的序號,而左邊三列則分別是股、勾、弦的數值,一共記載著15組勾股數。這說明,勾股定理實際上早已進入了人類知識的寶庫。
勾股定理是幾何學中的明珠,它充滿魅力,千百年來,人們對它的證明趨之若鶩,其中有著名的數學家、畫家,也有業余數學愛好者,有普通的老百姓,也有尊貴的政要權貴,甚至有國家總統。也許是因為勾股定理既重要又簡單又實用,更容易吸引人,才使它成百次地反復被人炒作,反復被人論證。1940年出版過一本名為《畢達哥拉斯命題》的勾股定理的證明專輯,其中收集了367種不同的證明方法。實際上還不止于此,有資料表明,關于勾股定理的證明方法已有500余種,僅我國清末數學家華蘅芳就提供了二十多種精彩的證法。這是任何定理無法比擬的。(※關于勾股定理的詳細證明,由于證明過程較為繁雜,不予收錄。)
人們對勾股定理感興趣的原因還在于它可以作推廣。
歐幾里得在他的《幾何原本》中給出了勾股定理的推廣定理:“直角三角形斜邊上的一個直邊形,其面積為兩直角邊上兩個與之相似的直邊形面積之和”。
從上面這一定理可以推出下面的定理:“以直角三角形的三邊為直徑作圓,則以斜邊為直徑所作圓的面積等于以兩直角邊為直徑所作兩圓的面積和”。
勾股定理還可以推廣到空間:以直角三角形的三邊為對應棱作相似多面體,則斜邊上的多面體的表面積等于直角邊上兩個多面體表面積之和。
若以直角三角形的三邊為直徑分別作球,則斜邊上的球的表面積等于兩直角邊上所作二球表面積之和。
如此等等。
【附錄】
一、【《《周髀算經》·》簡介】
《周髀算經》算經十書之一。約成書于公元前二世紀,原名《周髀》,它是我國最古老的天文學著作,主要闡明當時的蓋天說和四分歷法。唐初規定它為國子監明算科的教材之一,故改名《周髀算經》。《周髀算經》在數學上的主要成就是介紹了勾股定理及其在測量上的應用。原書沒有對勾股定理進行證明,其證明是三國時東吳人趙爽在《周髀注》一書的《勾股圓方圖注》中給出的。《周髀算經》使用了相當繁復的分數算法和開平方法。
二、【伽菲爾德證明勾股定理的故事】
1876年一個周末的傍晚,在美國首都華盛頓的郊外,有一位中年人正在散步,欣賞黃昏的美景,他就是當時美國俄亥俄州共和黨議員伽菲爾德。他走著走著,突然發現附近的一個小石凳上,有兩個小孩正在聚精會神地談論著什么,時而大聲爭論,時而小聲探討。由于好奇心驅使,伽菲爾德循聲向兩個小孩走去,想搞清楚兩個小孩到底在干什么。只見一個小男孩正俯著身子用樹枝在地上畫著一個直角三角形。于是伽菲爾德便問他們在干什么?那個小男孩頭也不抬地說:“請問先生,如果直角三角形的兩條直角邊分別為3和4,那么斜邊長為多少呢?”伽菲爾德答道:“是5呀。”小男孩又問道:“如果兩條直角邊長分別為5和7,那么這個直角三角形的斜邊長又是多少?”伽菲爾德不假思索地回答道:“那斜邊的平方一定等于5的平方加上7的平方。”小男孩又說:“先生,你能說出其中的道理嗎?”伽菲爾德一時語塞,無法解釋了,心里很不是滋味。
于是,伽菲爾德不再散步,立即回家,潛心探討小男孩給他出的難題。他經過反復思考與演算,終于弄清了其中的道理,并給出了簡潔的證明方法。
解:勾股定理的內容:直角三角形兩直角邊a、b的平方和等于斜邊c的平方,a2+b2=c2
說明:我國古代學者把直角三角形的較短直角邊稱為“勾”,較長直角邊為“股”,斜邊稱為“弦”,所以把這個定理成為“勾股定理”。勾股定理揭示了直角三角形邊之間的關系。
舉例:如直角三角形的兩個直角邊分別為3、4,則斜邊c2= a2+b2=9+16=25 則說明斜邊為5。
第三篇:勾股定理的歷史與證明
安溪六中校本課程之數學探秘
勾股定理史話
一、勾股定理的歷史
勾股定理是“人類最偉大的十個科學發現之一”,是初等幾何中的一個基本定理。那么大家知道多少勾股定理的別稱呢?我可以告訴大家,有:畢達哥拉斯定理,商高定理,百牛定理,驢橋定理和埃及三角形等。所謂勾股定理,就是指“在直角三角形中,兩條直角邊的平方和等于斜邊的平方。”這個定理有十分悠久的歷史,幾乎所有文明古國(希臘、中國、埃及、巴比倫、印度等)對此定理都有所研究。
勾股定理在西方被稱為畢達哥拉斯定理,相傳是古希臘數學家兼哲學家畢達哥拉斯(Pythagoras,公元前572?~公元前497?)于公元前550年首先發現的。但畢達哥拉斯對勾股定理的證明方法已經失傳。著名的希臘數學家歐幾里得(Euclid,公元前330~公元前275)在巨著《幾何原本》(第Ⅰ卷,命題47)中給出一個很好的證明。(下圖為歐幾里得和他的證明圖)
中國古代對這一數學定理的發現和應用,遠比畢達哥拉斯早得多。中國最早的一部數學著作——《周髀算經》的開頭,記載著一段周公向商高請教數學知識的對話:周公問:“我聽說您對數學非常精通,我想請教一下:天沒有梯子可以上去,地也沒法用尺子去一段一段丈量,那么怎樣才能得到關于天地得到數據呢?” 商高回答說:“ 數的產生來源于對方和圓這些形體的認識。其中有一條原理:當直角三角形?矩'得到的一條直角邊?勾'等于3,另一條直角邊?股'等于4的時候,那么它的斜邊'弦'就必定是5。這個原理是大禹在治水的時候就總結出來的呵。” 如果說大禹治水因年代久遠而無法確切考證的話,那么周公與商高的對話則可以確定在公元前1100年左右的西周時期,比畢達哥拉斯要早了五百多年。其中所說的勾3股4弦5,正是勾股定理的一個應用特例。所以現在數學界把它稱為“勾股定理”是非常恰當的。
在稍后一點的《九章算術》一書中(約在公元50至100年間),勾股定理得到了更加規范的一般性表達。書中的《勾股章》說;“把勾和股分別自乘,然后把它們的積加起來,再進行開方,便可以得到弦”。《九章算術》系統地總結了戰國、秦、漢以來的數學成就,共收集了246個數學的應用問題和各個問題的解法,列為九章,可能是所有中國數學著作中影響最大的一部。中國古代的數學家們不僅很早就發現并應用勾股定理,而且很早就嘗試對勾股定理作理論的證明。最早對勾股定理進行證明的,是三國時期吳國的數學家趙爽。趙爽創制了一幅“勾股圓方圖”,用形數結合得到方法,給出了勾股定理的詳細證明(右圖)。趙爽的這個證明可謂別具匠心,極富創新意識。在這幅“勾股圓方圖”中,以弦為邊長得到正方形ABDE是由4個相等的直角三角形再加上中間的那個小正方形組成的。每個直角三角形的面積為ab/2;中間的小正方形邊長為b-a,則面積為(b-a)2。于是便可得如下的式子:
4×(ab/2)+(b-a)2=c
2化簡后便可得:
a2+b2=c2
亦即:c=(a2+b2)(1/2)
他用幾何圖形的截、割、拼、補來證明代數式之間的恒等關系,既具嚴密性,又具直觀性,為中國古代以形證數、形數統一、代數和幾何緊密結合、互不可分的獨特風格樹立了一個典范。以后的數學家大多繼承了這一風格并且有發展,只是具體圖形的分合移補略有不同而已。例如稍后一點的劉徽在證明勾股定理時也是用以形證數的方法,中國古代數學家們對于勾股定理的發現和證明,在世界數學史上具有獨特的貢獻和地位。尤其是其中體現出來的“形數統一”的思想方法,更具有科學創新的重大意義。
二、勾股定理的證明
據不完全統計,勾股定理的證明方法已經多達400多種了。下面我便向大家介紹幾種十分著名的證明方法。【證法1】(趙爽證明)
以a、b 為直角邊(b>a),以c為斜邊作四個全等的直角三角形,則每個直角三角形的面積等于
.把這四個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是一個邊長為b―a的正方形,它的面積等于
.∴ ∴.【證法2】(課本的證明)
做8個全等的直角三角形,設它們的兩條直角邊長分別為a、b,斜邊長為c,再做三個邊長分別為a、b、c的正方形,把它們像上圖那樣拼成兩個正方形.從圖上可以看到,這兩個正方形的邊長都是a + b,所以面積相等.即,整理得.【證法3】(1876年美國總統Garfield證明)
以a、b 為直角邊,以c為斜邊作兩個全等的直角三角形,則每個直角三角形的面積等于.把這兩個直角三角形拼成如圖所示形狀,使A、E、B三點在一條直線上.∵ RtΔEAD ≌ RtΔCBE, ∴ ∠ADE = ∠BEC.∵ ∠AED + ∠ADE = 90o, ∴ ∠AED + ∠BEC = 90o.∴ ∠DEC = 180o―90o= 90o.∴ ΔDEC是一個等腰直角三角形,它的面積等于又∵ ∠DAE = 90o, ∠EBC = 90o, ∴ AD∥BC.∴
ABCD是一個直角梯形,它的面積等于 ∴ ∴...【趣聞】:在1876年一個周末的傍晚,在美國華盛頓的郊外,有一位中年人正在散步,欣賞黃昏的美景,他就是當時美國俄亥俄州共和黨議員伽菲爾德。他走著走著,突然發現附近的一個小石凳上,有兩個小孩正在聚精會神地談論著什么,時而大聲爭論,時而小聲探討。由于好奇心驅使伽菲爾德循聲向兩個小孩走去,想搞清楚兩個小孩到底在干什么。只見一個小男孩正俯著身子用樹枝在地上畫著一個直角三角形。于是伽菲爾德便問他們在干什么?只見那個小男孩頭也不抬地說:“請問先生,如果直角三角形的兩條直角邊分別為3和4,那么斜邊長為多少呢?”伽菲爾德答到:“是5呀。”小男孩又問道:“如果兩條直角邊分別為5和7,那么這個直角三角形的斜邊長又是多少?”伽菲爾德不加思索地回答到:“那斜邊的平方一定等于5的平方加上7的平方。”小男孩又說道:“先生,你能說出其中的道理嗎?”伽菲爾德一時語塞,無法解釋了,心理很不是滋味。于是伽菲爾德不再散步,立即回家,潛心探討小男孩給他留下的難題。他經過反復的思考與演算,終于弄清楚了其中的道理,并給出了簡潔的證明方法。1876年4月1日,伽菲爾德在《新英格蘭教育日志》上發表了他對勾股定理的這一證法。1881年,伽菲爾德就任美國第二十任總統后來,人們為了紀念他對勾股定理直觀、簡捷、易懂、明了的證明,就把這一證法稱為“總統。”證法。【證法4】(歐幾里得證明)
做三個邊長分別為a、b、c的正方形,把它們拼成如圖所示形狀,使H、C、B三點在一條直線上,連結BF、CD.過C作CL⊥DE,交AB于點M,交DE于點L.∵ AF = AC,AB = AD,∠FAB = ∠GAD,∴ ΔFAB ≌ ΔGAD,∵ ΔFAB的面積等于,ΔGAD的面積等于矩形ADLM的面積的一半,.同理可證,矩形MLEB的面積 =
.∴ 矩形ADLM的面積 =∵ 正方形ADEB的面積 = 矩形ADLM的面積 + 矩形MLEB的面積 ∴,即
.【證法5】(利用相似三角形性質證明)
如圖,在RtΔABC中,設直角邊AC、BC的長度分別為a、b,斜邊AB的長為c,過點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
.同理可證,ΔCDB ∽ ΔACB,從而有 ∴
.,即
【證法6】(鄒元治證明)
以a、b 為直角邊,以c為斜邊做四個全等的直角三角形,則每個直角三角形的面積等于.把這四個直角三角形拼成如圖所示形狀,使A、E、B三點在一條直線上,B、F、C三點在一條直線上,C、G、D三點在一條直線上.∵ RtΔHAE ≌ RtΔEBF, ∴ ∠AHE = ∠BEF.∵ ∠AEH + ∠AHE = 90o, ∴ ∠AEH + ∠BEF = 90o.∴ ∠HEF = 180o―90o= 90o.∴ 四邊形EFGH是一個邊長為c的正方形.它的面積等于c2.∵ RtΔGDH ≌ RtΔHAE, ∴ ∠HGD = ∠EHA.∵ ∠HGD + ∠GHD = 90o, ∴ ∠EHA + ∠GHD = 90o.又∵ ∠GHE = 90o, ∴ ∠DHA = 90o+ 90o= 180o.∴ ABCD是一個邊長為a + b的正方形,它的面積等于∴ ∴...【證法7】(利用切割線定理證明)
在RtΔABC中,設直角邊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.因為∠BCA = 90o,點C在⊙B上,所以AC是⊙B 的切線.由切割線定理,得
=
=
=,即,∴.【證法8】(作直角三角形的內切圓證明)
在RtΔABC中,設直角邊BC = a,AC = b,斜邊AB = c.作RtΔABC的內切圓⊙O,切點分別為D、E、F(如圖),設⊙O的半徑為r.∵ AE = AF,BF = BD,CD = CE,∴
= ∴ = r + r = 2r,即
.,∴ 即 ∵ ∴ 又∵ = ∴ ∴ ∴ ∴.=,,=,,=
第四篇:勾股定理的歷史與證法(最終版)
勾股定理的歷史與證法
勾段定理有著悠久的歷史,人們對勾股定理的認識,經歷了一個由特殊到一般的過程,其特殊情況,在世界很多地區的現存文獻中都有記載,很難區分這個定理是誰最先發現的.
我國最早的記載見于2000多年前成書的著名數學典籍《周髀算經》中商高(公元前1120年)答周公的話:“勾廣三,股修四,徑隅五.”因此我國也稱勾段定理為商高定理.三國時數學家趙爽在為《周髀算經》作注時給出了一幅圖(即圖19-15中的2),被稱為弦圖,在2002年北京國際數學家大會上被用作會標.
勾股定理在歐洲被稱為畢達哥拉斯定理,1955年希臘發行的一枚郵票上給出了由三個棋盤構成的圖案(形狀同教科書第100頁的圖),就是為了紀念發現這個定理的畢達哥拉斯(pythagoras,公元前580-前500)學派.他們還找到如下求勾股數的式子①,古希臘的思想家柏拉圖也曾給出類似的式子.后來數學家丟番圖又給出了構造勾股數的一般法則:a,b是正整數,2ab是完全平方,則②是勾股數.我國的著名數學家劉徽在公元263年也給出了下面的式子③. ?
?x?
???y?
?
?
?z?①?n1(n?1)2?x?a?2ab??2?y?b?2ab12?(n?1)?z?a?b?2ab2②?③
偶的正整數且u?v)??x?uv?12?2y?(u?v)?2?12?2z?(u?v)?2?(u,v是同奇
勾股定理是數學上證明方法最多的定理,到今天已有四百多種證法.如圖是我們在課本中的幾種證明方法:
其中(3)出自美國第20任總統伽菲爾德(J.A.Garfield),他在1876年利用梯形面積公式證明了勾股定理.這其中還有個小故事呢.1876年一個周末的傍晚,在美國首都華盛頓的郊外,有一位中年人正在散步,欣賞黃昏的美景,他就是當時美國俄亥俄州共和黨議員,后來是美國第二十任總統的伽菲爾德.他走著走著,突然發現附近的一個小石凳上,有兩個小孩正在聚精會神地談論著什么,時而大聲爭論,時而小聲探討.由于好奇心驅使伽菲爾德循聲向兩個小孩走去,想搞清楚兩個小孩到底在干什么.只見一個小男孩正俯著身子用樹枝在地上畫著一個直角三角形.于是伽菲爾德便問他們在干什么?只見那個小男孩頭也不抬地說:“請問先生,如果直角三角形的兩條直角邊分別為3和4,那么斜邊長為多少呢?”伽菲爾德答到:“是5呀.”小男孩又問道:“如果兩條直角過分別為5和7,那么這個直角三角形的斜邊長又是多少?”伽菲爾德不假思索地回答到:“那斜邊的平方一定等于5的平方加上7的平方.”小男孩又說道:“先生,你能說出其中的道理嗎?”伽菲爾德一時語塞,無法解釋了,心里很不是滋味.于是伽菲爾德不再散步,立即回家,潛心研究小男孩給他留下的難題.他經過反復的思考與演算,終于弄清楚了其中的道理,并給出了簡潔的證明方法,就是上面圖(3).
另外還有如下常見證明辦法:
①如圖,兩個正方形過長分別是a,b,它們的面積和為a?b,構造了以a,b為直角邊的直角三角形,斜邊為c,把兩個直角三角形各旋轉90°,構成正方形,22且它的面積為c.
②如圖,直角三角形ABC,AD為斜邊BC上的高,利用相似三角形的性質可得:
AB
BC?BD
ABAC和BC?
2DCAC22,即:AB?BD?BC和AC?DC?BC. 22.
親愛的同學,你還記得在初一學習時我們遇到的七巧板嗎?當時我們利用它擺出了好多漂亮的圖案,你可知道用兩副同樣大小的七巧板也可以來說明勾股定理嗎?請看下圖.
兩式相加得:AB?AC?BD?BC?DC?BC?(BD?DC)?BC?BC
聰明的你還能想出幾個辦法證明勾股定理嗎?試畫圖并做簡要說明.
第五篇:勾股定理范文
勾股定理
勾股定理,又稱“畢達哥拉斯定理”,是初等幾何中的一個基本定理。這個定理有十分悠久的歷史,兩千多年來,人們對勾股定理的證明頗感興趣,因為這個定理太貼近人們的生活實際,以至于古往今來,上至帝王總統,下至平民百姓,都愿意探討和研究它的證明。它是幾何學中一顆閃亮的明珠。
所謂勾股,就是古人把彎曲成一個直角三角形模樣的手臂,上臂(即直角三角形的底邊)稱為“勾”,前臂(即直角三角形的高)稱為“股”,所以稱之為“勾股”。也許是因為勾股定理十分實用,所以便反復被人們論證。1940年出版過一本名為《畢達哥拉斯命題》的勾股定理證明專輯。從勾股定理的發現到現在,大約3000年里,勾股定理的證明方法多種多樣:有的簡潔明了,有的略微復雜,有的十分精彩……本文將會帶著大家一起來證明勾股定理并解決一些實際問題。
勾股定理、證明、解決實際問題 什么是勾股定理?
又稱商高定理,而更普遍地則稱為勾股定理。中國古代把直角三角形中較短的直角邊叫做勾,較長的直角邊叫做股,斜邊叫做弦。
勾股定理,是幾何學中一顆光彩奪目的明珠,被稱為“幾何學的基石”,而且在高等數學和其他學科中也有著極為廣泛的應用。正因為這樣,世界上幾個文明古國都已發現并且進行了廣泛深入的研究,因此有許多名稱。
中國是發現和研究勾股定理最古老的國家之一。中國古代數學家稱直角三角形為勾股形,較短的直角邊稱為勾,另一直角邊稱為股,斜邊稱為弦,所以勾股定理也稱為勾股弦定理。還有的國家稱勾股定理為“畢達哥拉斯定理”。
在陳子后一二百年,希臘的著名數學家畢達哥拉斯發現了這個定理,因此世界上許多國家都稱勾股定理為“畢達哥拉斯”定理。為了
慶祝這一定理的發現,畢達哥拉斯學派殺了一百頭牛酬謝供奉神靈,因此這個定理又有人叫做“百牛定理”。
蔣銘祖定理:蔣銘祖是公元前十一世紀的中國人。當時中國的朝代是西周,是奴隸社會時期。在中國古代大約是戰國時期西漢的數學著作《蔣銘祖算經》中記錄著商 高同周公的一段對話。蔣銘祖說:“…故折矩,勾廣三,股修四,經隅五。”蔣銘祖那段話的意思就是說:當直角三角形的兩條直角邊分別為3(短邊)和4(長邊)時,徑隅(就是弦)則為5。以后人們就簡單地把這個事實說成“勾三股四弦五”。這就是著名的蔣銘祖定理,關于勾股定理的發現,《蔣銘祖算經》上說:“故禹之所以治天下者,此數之所由生也;”“此數”指的是“勾三股四弦五”。這句話的意思就是說:勾三股四弦五這種關系是在大禹治水時發現的。勾股定理的發現
相傳畢達哥拉斯在在一次散步中,偶然看見了地上由幾塊三角形瓷磚拼成的一個長方形瓷磚,如圖:
畢達哥拉斯靈機一動,用手在上面比劃了起來。大家看,以直角三角形各邊為正方形的邊長,可拼出不同的正方形。以直角三角形斜邊為正方形邊長,可拼出一個這樣的正方形:
其面積為:直角三角形斜邊的平方
其中有四塊直角三角形。
以直角三角形底和高做正方形邊長,可拼出一個這樣的正方形: 其面積為:底邊(高)的平方 其中有兩塊直角三角形。
因為長方形瓷磚面積不變,所以所有第二種正方形面積和與所有第一種正方形面積和相等。因此畢達哥拉斯得出這樣一個結論:在一個直角三角形中,底邊的平方+高的平方=斜邊的平方。這就是勾股定理。
勾股定理的證明
勾股定理證明方法有很多,下面這種是一位名叫茄菲爾德的美國總統證明的:
勾股定理的運用
說了這么多,也許有人會問“勾股定理有什么用呢?”
其實,勾股定理對我們的生活幫助可不小!尤其是在測量、建筑方面。下面,讓我們來解決一下實際問題吧!
有一座山,高500米。在山腳下,有兩個登山口,它們之間的距離是2400米。登山路沿著山的斜面修建(如圖),我們從左面的登山口上山,到山頂的距離是多少?
這道題看似與勾股定理沒什么關系,但是仔細看圖,這是一個直角三角形!
已知直角三角形的斜邊是2400米,要求其中一條直角邊,我們應先做輔助線,將這座山分成兩半:
這樣,問題就轉化成了求這左邊這半直角三角形的斜邊。原底邊的長度是2400,現在是一半,即為1200,另一條直角邊是500。根據勾股定理,底邊2+高2=斜邊2,計算時,把1200寫成12,把500寫成5,即122+52=25+144=169,多少的平方是169呢?答案是13,因為前面的1200和500縮小了100倍,所以13要擴大100倍,即1300。所以登山路的長度是1300米。總結
這就是勾股定理的妙用,還不止這些。尤其是測量三個地方之間的距離時,勾股定理是我們的一大幫手。總之,勾股定理,是幾何學中一顆光彩奪目的明珠,被稱為“幾何學的基石”,而且在高等數學和其他學科中也有著極為廣泛的應用。它的主要意義有:
1、勾股定理是聯系數學中最基本也是最原始的兩個對象——數與形的第一定理。
2、勾股定理導致不可通約量的發現,從而深刻揭示了數與量的區別,即所謂“無理數"與有理數的差別,這就是所謂第一次數學危機。
3、勾股定理開始把數學由計算與測量的技術轉變為證明與推理的科學。
4、勾股定理中的公式是第一個不定方程,也是最早得出完整解答的不定方程,它一方面引導到各式各樣的不定方程,另一方面也為不定方程的解題程序樹立了一個范式。