勾股定理的實質

2021-03-05 09:21:09 字數 4870 閱讀 2801

1樓:老

呵呵,所謂的「本質」概念也是模糊的。

事實上,你只能追問「勾股定理要建立在什麼邏輯基礎上」,而很明顯,我們只需要歐氏幾何的公理、公設就行了。至於你用什麼方法證明,在邏輯上都是等價的。沒有「本質」這個說法。

他的根源就是《幾何原本》的公設。

2樓:匿名使用者

勾股定理又叫畢氏定理:在乙個直角三角形中,斜邊邊長的平方等於兩條直角邊邊長平方之和。

據考證,人類對這條定理的認識,少說也超過 4000 年!又據記載,現時世上一共有超過 300 個對這定理的證明!

勾股定理是幾何學中的明珠,所以它充滿魅力,千百年來,人們對它的證明趨之若鶩,其中有著名的數學家,也有業餘數學愛好者,有普通的老百姓,也有尊貴的政要權貴,甚至有國家**。也許是因為勾股定理既重要又簡單,更容易吸引人,才使它成百次地反覆被人炒作,反覆被人論證。2023年出版過一本名為《畢達哥拉斯命題》的勾股定理的證明**,其中收集了367種不同的證明方法。

實際上還不止於此,有資料表明,關於勾股定理的證明方法已有500餘種,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。

勾股定理的證明:在這數百種證明方法中,有的十分精彩,有的十分簡潔,有的因為證明者身份的特殊而非常著名。

首先介紹勾股定理的兩個最為精彩的證明,據說分別**於中國和希臘。

1.中國方法:畫兩個邊長為(a+b)的正方形,如圖,其中a、b為直角邊,c為斜邊。這兩個正方形全等,故面積相等。

左圖與右圖各有四個與原直角三角形全等的三角形,左右四個三角形面積之和必相等。從左右兩圖中都把四個三角形去掉,圖形剩下部分的面積必相等。左圖剩下兩個正方形,分別以a、b為邊。

右圖剩下以c為邊的正方形。於是

a^2+b^2=c^2。

這就是我們幾何教科書中所介紹的方法。既直觀又簡單,任何人都看得懂。

2.希臘方法:直接在直角三角形三邊上畫正方形,如圖。

容易看出,

△aba』 ≌△aa'c 。

過c向a』』b』』引垂線,交ab於c』,交a』』b』』於c』』。

△aba』與正方形acda』同底等高,前者面積為後者面積的一半,△aa』』c與矩形aa』』c』』c』同底等高,前者的面積也是後者的一半。由△aba』≌△aa』』c,知正方形acda』的面積等於矩形aa』』c』』c』的面積。同理可得正方形bb』ec的面積等於矩形b』』bc』c』』的面積。

於是, s正方形aa』』b』』b=s正方形acda』+s正方形bb』ec,

即 a2+b2=c2。

至於三角形面積是同底等高的矩形面積之半,則可用割補法得到(請讀者自己證明)。這裡只用到簡單的面積關係,不涉及三角形和矩形的面積公式。

這就是希臘古代數學家歐幾里得在其《幾何原本》中的證法。

以上兩個證明方法之所以精彩,是它們所用到的定理少,都只用到面積的兩個基本觀念:

⑴ 全等形的面積相等;

⑵ 乙個圖形分割成幾部分,各部分面積之和等於原圖形的面積。

這是完全可以接受的樸素觀念,任何人都能理解。

我國歷代數學家關於勾股定理的論證方法有多種,為勾股定理作的圖注也不少,其中較早的是趙爽(即趙君卿)在他附於《周髀算經》之中的**《勾股圓方圖注》中的證明。採用的是割補法:

如圖,將圖中的四個直角三角形塗上朱色,把中間小正方形塗上黃色,叫做中黃實,以弦為邊的正方形稱為弦實,然後經過拼補搭配,「令出入相補,各從其類」,他肯定了勾股弦三者的關係是符合勾股定理的。即「勾股各自乘,並之為弦實,開方除之,即弦也」。

趙爽對勾股定理的證明,顯示了我國數學家高超的證題思想,較為簡明、直觀。

西方也有很多學者研究了勾股定理,給出了很多證明方法,其中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後,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。

下面介紹的是美國第二十任**伽菲爾德對勾股定理的證明。

如圖,s梯形abcd= (a+b)2

= (a2+2ab+b2), ①

又s梯形abcd=s△aed+s△ebc+s△ced

= ab+ ba+ c2

= (2ab+c2)。 ②

比較以上二式,便得

a2+b2=c2。

這一證明由於用了梯形面積公式和三角形面積公式,從而使證明相當簡潔。

2023年4月1日,伽菲爾德在《新英格蘭教育日誌》上發表了他對勾股定理的這一證明。5年後,伽菲爾德就任美國第二十任**。後來,人們為了紀念他對勾股定理直觀、簡捷、易懂、明了的證明,就把這一證法稱為勾股定理的「**」證法,這在數學史上被傳為佳話。

在學習了相似三角形以後,我們知道在直角三角形中,斜邊上的高把這個直角三角形所分成的兩個直角三角形與原三角形相似。

如圖,rt△abc中,∠acb=90°。作cd⊥bc,垂足為d。則

△bcd∽△bac,△cad∽△bac。

由△bcd∽△bac可得bc2=bd ? ba, ①

由△cad∽△bac可得ac2=ad ? ab。 ②

我們發現,把①、②兩式相加可得

bc2+ac2=ab(ad+bd),

而ad+bd=ab,

因此有 bc2+ac2=ab2,這就是

a2+b2=c2。

這也是一種證明勾股定理的方法,而且也很簡潔。它利用了相似三角形的知識。

在對勾股定理為數眾多的證明中,人們也會犯一些錯誤。如有人給出了如下證明勾股定理的方法:

設△abc中,∠c=90°,由餘弦定理

c2=a2+b2-2abcosc,

因為∠c=90°,所以cosc=0。所以

a2+b2=c2。

這一證法,看來正確,而且簡單,實際上卻犯了迴圈證論的錯誤。原因是餘弦定理的證明來自勾股定理。

人們對勾股定理感興趣的原因還在於它可以作推廣。

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乙個直邊形,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於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稜作相似多面體,則斜邊上的多面體的表面積等於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於兩直角邊上所作二球表面積之和。

3樓:匿名使用者

只用到面積的兩個基本觀念:

⑴ 全等形的面積相等;

⑵ 乙個圖形分割成幾部分,各部分面積之和等於原圖形的面積。

便可鎝出兩解法:

1.中國方法:畫兩個邊長為(a+b)的正方形,如圖,其中a、b為直角邊,c為斜邊。這兩個正方形全等,故面積相等。

左圖與右圖各有四個與原直角三角形全等的三角形,左右四個三角形面積之和必相等。從左右兩圖中都把四個三角形去掉,圖形剩下部分的面積必相等。左圖剩下兩個正方形,分別以a、b為邊。

右圖剩下以c為邊的正方形。於是

a^2+b^2=c^2。

這就是我們幾何教科書中所介紹的方法。既直觀又簡單,任何人都看得懂。

2.希臘方法:直接在直角三角形三邊上畫正方形,如圖。

容易看出,

△aba』 ≌△aa'c 。

過c向a』』b』』引垂線,交ab於c』,交a』』b』』於c』』。

△aba』與正方形acda』同底等高,前者面積為後者面積的一半,△aa』』c與矩形aa』』c』』c』同底等高,前者的面積也是後者的一半。由△aba』≌△aa』』c,知正方形acda』的面積等於矩形aa』』c』』c』的面積。同理可得正方形bb』ec的面積等於矩形b』』bc』c』』的面積。

於是, s正方形aa』』b』』b=s正方形acda』+s正方形bb』ec,

即 a2+b2=c2。

至於三角形面積是同底等高的矩形面積之半,則可用割補法得到(請讀者自己證明)。這裡只用到簡單的面積關係,不涉及三角形和矩形的面積公式。

這就是希臘古代數學家歐幾里得在其《幾何原本》中的證法。

4樓:匿名使用者

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,也有業餘數學愛好者,有普通的老百姓,也有尊貴的政要權貴,甚至有國家**。也許是因為勾股定理既重要又簡單又實用,更容易吸引人,才使它成百次地反覆被人炒作,反覆被人論證。2023年出版過一本名為《畢達哥拉斯命題》的勾股定理的證明**,其中收集了367種不同的證明方法。

實際上還不止於此,有資料表明,關於勾股定理的證明方法已有500餘種,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。

5樓:桂花個

勾股定理又叫畢氏定理.

教你乙個口訣:勾三股四玄五.

△aba』 ≌△aa'c 。

過c向a』』b』』引垂線,交ab於c』,交a』』b』』於c』』。

△aba』與正方形acda』同底等高,前者面積為後者面積的一半,△aa』』c與矩形aa』』c』』c』同底等高,前者的面積也是後者的一半。由△aba』≌△aa』』c,知正方形acda』的面積等於矩形aa』』c』』c』的面積。同理可得正方形bb』ec的面積等於矩形b』』bc』c』』的面積。

於是, s正方形aa』』b』』b=s正方形acda』+s正方形bb』ec,

即 a2+b2=c2。

6樓:匿名使用者

我仔細看了你說的問題,猛一看是很容易被你的問題繞進去,是阿,究竟什麼才是勾股定理的最基本的證明呢?

不管是哪種證明方法,代數的,幾何的,最終都歸結為一點,勾股定理是溝通代數問題和幾何問題的乙個橋梁。這算是它的本質麼?不是數學專業,我不知道要證明這一點應該用什麼方法。

或者存不存在這樣的方法。

追尋最基本的方法,**本質,很容易就會走到「為什麼存在」的路上去。所以越想就越覺得你的問題不是最基本證明方法,而像是為什麼會有勾股定理。為什麼代數上的平方和相等,可以表現成為幾何上的垂直?

只是歐式幾何獨有的產物罷了。

勾股定理是什麼,勾股定理的內容是什麼?

勾股定理是乙個基本幾何定理,是人類早期發現並證明的重要數學定理之一,用代數思想解決幾何問題的最重要的工具之一,也是數形結合的紐帶之一。勾股定理是餘弦定理的乙個特例。勾股定理約有400種證明方法,是數學定理中證明方法最多的定理之一。文字表述 在任何乙個的直角三角形 rt 中,兩條直角邊的長度的平方和等...

為什麼叫勾股定理,什麼叫勾股定理,為什麼畢達哥拉斯定理又稱為勾股定理

勾股定理是乙個基本的幾何定理,指直角三角形的兩條直角邊的平方和等於斜邊的平方。中國古代稱直角三角形為勾股形,並且直角邊中較小者為勾,另一長直角邊為股,斜邊為弦,所以稱這個定理為勾股定理,也有人稱商高定理。勾股定理現約有500種證明方法,是數學定理中證明方法最多的定理之一。勾股定理是人類早期發現並證明...

什麼是勾股定理,什麼是勾股定理,計算公式是什麼?

它描述了直角三角形裡斜邊和直角邊之間的關係。斜邊的平方 1條直角邊的平方 另一條直角邊的平方。特殊情況下,斜邊是5,一直角邊是4,那麼另一條直角邊就是3。5 5 3 3 4 4 所以常稱勾3股4玄5 直角三角形中,兩直角邊a,b 斜邊c 有a 2 b 2 c 2 早在西元前11世紀的西周初期,數學家...