知識·規律·方法
①勾股定理的應用
用於直角三角形中,斜邊的平方等於兩條直角邊的平方和。
② 包勾股定理的逆定理:有一條邊的平方等於其他兩邊的平方和的三角形是直角三角形。
勾股定理最早的文字記載見於歐幾裡得(公元前三世紀)的《幾何原本》第一卷命題47,「直角三角形斜邊上的正方形面積等於兩直角邊上正方形面積之和」。
勾股定理是數學史上一顆璀璨的明珠,在西方又稱畢達哥拉斯定理.它是歐幾裡得幾何的重要定理之一,有的數學家形象地稱勾股定理為歐氏幾何的「拱心石」.數學大師陳省身先生說:「歐幾裡得幾何的主要結論有兩個,一個是畢達哥拉斯定理,一個是三角形內角之和等於180℃.」華羅庚教授曾建議把它送入其他星球,作為地球人與外星人交談的語言,以探索宇宙的奧妙。到目前為止,勾股定理已有300多種證法。
勾股定理揭示了直角三角形的三邊之間的關係,對於線段的計算,常可由勾股定理列方程進行求解;對於涉及平方關係的等式證明,可根據勾股定理進行論證;對於已知三角形的三邊的長,要判斷其形狀,則可根據勾股定理的逆定理通過計算進行判定,如果在問題的條件中發現與勾股定理極為類似的形式,就應設法將所涉及的線段集中於一個直角三角形中,或者設法構建出這個直角三角形,再進行證明.
我國漢代數學家趙爽著《勾股圓方圖》,全文530餘字,在我國第一次明確給出了勾股定理的理論證明,「案弦圖又可以勾股相乘為朱實二,倍之,為朱實四,以勾股之差自相乘為中黃實,加差實亦成弦實」.
證明勾股定理的「弦圖」,其中「弦實」是弦平方的面積,「弦圖」以弦為邊作正方形(如正方形ABCD),然後在「弦圖」內部作四個直角三角形(如△AHB,△BEC,△CDF,△DAG).設a,b,c為四個直角三角形的勾、股、弦,則根據「出入相補原理」就有
這是中國古代數學家獨立於西方畢達哥拉斯和歐幾裡得發明的證法.後人沿用「出入相補原理」,也就是割補原理解決了許多數學問題,也創造了「勾股定理」的許多新證法,事實上每位初中同學,學了勾股定理,只要用心思考,一定會用割補法想出更新的證明勾股定理的方法。下面的幾種證法,希望細細體會。
下面我們看例題分析
範例解析
例題1:(1997年蘇州中考試題)
△ABC中,∠A=90°,AB=AC,D為BC邊上的一點,是證明:BD^2+DC^2=2AD^2.
重點難點:本題主要考察的是構造一個新的直角三角形做BC邊上的高,恰好△ABE,△ACE都是等腰直角三角形,把幾何問題轉換成了方程問題。
例題2:(2003年,天津市數學中考試題)
如圖所示,已知:在正方形ABCD中,∠BAC的平分線交BC於E,作EF⊥AC於F,作FG⊥AB於G,求證:AB^2=2FG^2
重點難點:
注意到正方形的特徵∠CAB=45°,左右△AGF是等腰直角三角形,從而AB^2=2FG^2
,只需證明AF=AB即可,這啟發我們要去證明△ABE≌△AFE。
在審題中,條件「AE評分∠BAC」以及「作EF⊥AC於F」贏使我們意識到兩個直角△明△ABE與△AFE全等,從而將AB過渡到AF,使得AF(即AB)與FG處於同一個直角三角形之中,就可以過渡到勾股定理之中了。
例題3:(2007年,邯鄲市數學中考試題)
如圖所示,AM是△ABC的BC邊上的中線,試證:AB^2+AC^2=2(AM^2+BM^2).
重點難點:三角形的中線將三角形分成兩個三角形,其中一個是銳角三角,另一個是鈍角三角形(除等腰三角形以外)利用勾股定理,恰好可以消去相反項。