谈谈对勾股定理的认识 勾股定理是数学中极其重要的一个定理,它揭示了直角三角形中三条边之间的关系,而且应用十分广泛. 勾股定理是我国最早证明的几何定理之一,也是每年中考必考的重要知识点之一. 古今中外有不少数学家、物理学家,甚至有画家、政治家等都在寻求它的证明方法. 传说古希腊的毕达哥拉斯在找到一种证明方法后,欣喜若狂,便杀了100头牛来祭神,表示庆祝,所以勾股定理也被称为“百牛定理”. 勾股定理是几何证明方法最多的一个定理,现在已经找到400多种证明方法,其中我们聪明睿智的祖先找到的就有200多种. 因此,勾股定理被说成是中国几何学的根源. 中华数学的精髓,诸如开方术、方程术、天元术等技艺的诞生与发展,寻根探源都与勾股定理有密切的关系. 我国伟大的数学家华罗庚将勾股定理称为茫茫宇宙星际交流的“语言”,因为数学是一切有智慧生物的共同语言,所以我们有更多的理由要学好它. 学习《勾股定理》这一单元时,应抓住三大关键:一是勾股定理及其逆定理的证明方法;二是勾股定理及其逆定理的应用;三是怎样寻找勾股数. 对于第二个问题,又应抓住四个方面:一是勾股定理在几何计算中的应用;二是勾股定理在几何证明中的应用;三是勾股定理及其逆定理的综合应用;四是勾股定理在代数证题中的应用. 勾股定理是我国最早证明的几何定理之一,是中华数学的精髓. 几千年以来,有无数古今中外的学者对它进行了证明. 其中包括汉代的赵爽、魏晋时期的刘徽、美国总统伽菲尔德、著名画家达·芬奇…… 在初中数学学习过程中,我们常常说到数形结合思想,说到代数与几何的综合应用. 几何的勾股定理中有两个数的平方和,在代数的整式乘法中也有两个数的平方和,这两个公式中有相同的部分,能不能把它们结合到一起来使用?勾股定理能否与其它乘法公式结合使用?学习以后不妨考虑一下勾股定理和乘法公式有哪些结合? 在初中数学中常常提到的数学思想方法有:数形结合思想、分类讨论思想、转化思想、方程思想、整体思想. 在勾股定理的应用中,渗透了上述四种数学思想!中国古代数学家们对于勾股定理的发现和证明,在世界数学史上具有独特的贡献和地位。尤其是其中体现出来的“形数统一”的思想方法,更具有科学创新的重大意义。
勾股定理又叫毕氏定理:在一个直角三角形中,斜边边长的平方等於两条直角边边长平方之和。据考证,人类对这条定理的认识,少说也超过 4000 年!又据记载,现时世上一共有超过 300 个对这定理的证明! 勾股定理是几何学中的明珠,所以它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若鹜,其中有著名的数学家,也有业余数学爱好者,有普通的老百姓,也有尊贵的政要权贵,甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单,更容易吸引人,才使它成百次地反复被人炒作,反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。勾股定理的证明:在这数百种证明方法中,有的十分精彩,有的十分简洁,有的因为证明者身份的特殊而非常著名。首先介绍勾股定理的两个最为精彩的证明,据说分别来源于中国和希腊。1.中国方法:画两个边长为(a+b)的正方形,,其中a、b为直角边,c为斜边。这两个正方形全等,故面积相等。左图与右图各有四个与原直角三角形全等的三角形,左右四个三角形面积之和必相等。从左右两图中都把四个三角形去掉,图形剩下部分的面积必相等。左图剩下两个正方形,分别以a、b为边。右图剩下以c为边的正方形。于是a^2+b^2=c^2。这就是我们几何教科书中所介绍的方法。既直观又简单,任何人都看得懂。2.希腊方法:直接在直角三角形三边上画正方形,。容易看出,△ABA’ ≌△AA'C 。过C向A’’B’’引垂线,交AB于C’,交A’’B’’于C’’。△ABA’与正方形ACDA’同底等高,前者面积为后者面积的一半,△AA’’C与矩形AA’’C’’C’同底等高,前者的面积也是后者的一半。由△ABA’≌△AA’’C,知正方形ACDA’的面积等于矩形AA’’C’’C’的面积。同理可得正方形BB’EC的面积等于矩形B’’BC’C’’的面积。于是, S正方形AA’’B’’B=S正方形ACDA’+S正方形BB’EC,即 a2+b2=c2。至于三角形面积是同底等高的矩形面积之半,则可用割补法得到。这里只用到简单的面积关系,不涉及三角形和矩形的面积公式。这就是希腊古代数学家欧几里得在其《几何原本》中的证法。以上两个证明方法之所以精彩,是它们所用到的定理少,都只用到面积的两个基本观念:⑴ 全等形的面积相等;⑵ 一个图形分割成几部分,各部分面积之和等于原图形的面积。这是完全可以接受的朴素观念,任何人都能理解。我国历代数学家关于勾股定理的论证方法有多种,为勾股定理作的图注也不少,其中较早的是赵爽(即赵君卿)在他附于《周髀算经》之中的论文《勾股圆方图注》中的证明。采用的是割补法:,将图中的四个直角三角形涂上朱色,把中间小正方形涂上黄色,叫做中黄实,以弦为边的正方形称为弦实,然后经过拼补搭配,“令出入相补,各从其类”,他肯定了勾股弦三者的关系是符合勾股定理的。即“勾股各自乘,并之为弦实,开方除之,即弦也”。赵爽对勾股定理的证明,显示了我国数学家高超的证题思想,较为简明、直观。西方也有很多学者研究了勾股定理,给出了很多证明方法,其中有文字记载的最早的证明是毕达哥拉斯给出的。据说当他证明了勾股定理以后,欣喜若狂,杀牛百头,以示庆贺。故西方亦称勾股定理为“百牛定理”。遗憾的是,毕达哥拉斯的证明方法早已失传,我们无从知道他的证法。下面介绍的是美国第二十任总统伽菲尔德对勾股定理的证明。,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比较以上二式,便得a2+b2=c2。这一证明由于用了梯形面积公式和三角形面积公式,从而使证明相当简洁。1876年4月1日,伽菲尔德在《新英格兰教育日志》上发表了他对勾股定理的这一证明。5年后,伽菲尔德就任美国第二十任总统。后来,人们为了纪念他对勾股定理直观、简捷、易懂、明了的证明,就把这一证法称为勾股定理的“总统”证法,这在数学史上被传为佳话。在学习了相似三角形以后,我们知道在直角三角形中,斜边上的高把这个直角三角形所分成的两个直角三角形与原三角形相似。Rt△ABC中,∠ACB=90°。作CD⊥BC,垂足为D。则△BCD∽△BAC,△CAD∽△BAC。由△BCD∽△BAC可得BC2=BD ? BA, ①由△CAD∽△BAC可得AC2=AD ? AB。 ②我们发现,把①、②两式相加可得BC2+AC2=AB(AD+BD),而AD+BD=AB,因此有 BC2+AC2=AB2,这就是a2+b2=c2。这也是一种证明勾股定理的方法,而且也很简洁。它利用了相似三角形的知识。在对勾股定理为数众多的证明中,人们也会犯一些错误。如有人给出了如下证明勾股定理的方法:设△ABC中,∠C=90°,由余弦定理c2=a2+b2-2abcosC,因为∠C=90°,所以cosC=0。所以a2+b2=c2。这一证法,看来正确,而且简单,实际上却犯了循环证论的错误。原因是余弦定理的证明来自勾股定理。人们对勾股定理感兴趣的原因还在于它可以作推广。欧几里得在他的《几何原本》中给出了勾股定理的推广定理:“直角三角形斜边上的一个直边形,其面积为两直角边上两个与之相似的直边形面积之和”。从上面这一定理可以推出下面的定理:“以直角三角形的三边为直径作圆,则以斜边为直径所作圆的面积等于以两直角边为直径所作两圆的面积和”。勾股定理还可以推广到空间:以直角三角形的三边为对应棱作相似多面体,则斜边上的多面体的表面积等于直角边上两个多面体表面积之和。若以直角三角形的三边为直径分别作球,则斜边上的球的表面积等于两直角边上所作二球表面积之和。
这是学校的作业吧哈哈,你是谁啊?我们不用写论文咧~无聊一下就走人,…
勾股定理 最近我们学习了“勾股定理”。它是初等几何中的一个基本定理,是指“在直角三角形中,两条直角边的平方和等于斜边的平方。”这个定理虽然只有简单的一句话,但它却有着十分悠久的历史,尤其是它那“形数结合”、“形数统一”的思想方法,启迪和促进了我国乃至世界的数学发展。 勾股定理在西方被称为毕达哥拉斯定理,相传是古希腊数学家毕达哥拉斯于公元前550年首先发现的。其实,我国古代人民对这一数学定理的发现和应用,远比毕达哥拉斯要早得多。在我国最早的数学著作《周髀算经》的开头,有一段周公与商高的“数学对话”: 周公问:“听说您对数学非常精通,我想请教一下:我们一没有登天的云梯,二没有丈量整个地球的尺子,那么我们怎样才能得到关于天地之间的数据呢?” 商高回答说:“我们已经在实践中总结出了一些了解天地的好方法。如当直角三角形(矩)的一条直角边(勾)等于3,另一条直角边(股)等于4的时候,那么它的斜边(弦)就必定是5。这就叫做勾股弦定理,是在大禹治水的时候就总结出来的一个定理。” 如果说大禹治水因年代久远而无法确切考证的话,那么周公与商高的对话则可以确定在公元前1100年左右的西周时期,这就比毕达哥拉斯要早五百多年。其中所说的勾3股4弦5,正是勾股定理的一个应用特例。 现总结勾股定理证明方法如下: 证明方法一:取四个与Rt△ABC全等的直角三角形,把它们拼成如图所示的正方形。 如图,正方形ABCD的面积 = 4个直角三角形的面积 + 正方形PQRS的面积 ∴ ( a + b )2 = 1/2 ab × 4 + c2 a2 + 2ab + b2 = 2ab + c2 故 a2 + b2 =c2 证明方法二: 图1中,甲的面积 = (大正方形面积) - ( 4个直角三角形面积)。 图2中,乙和丙的面积和=(大正方形面积)-( 4个直角三角形面积)。 因为图1和图2的面积相等, 所以甲的面积=乙的面积+丙的面积 即:c2 = a2 + b2 证明方法三: 四个直角三角形的面积和 +小正方形的面积 =大正方形的面积, 2ab + ( a -b ) 2 = c2, 2ab + a2 - 2ab + b2 = c2 故 a2 + b2=c2 证明方法四: 梯形面积 = 三个直角三角形的面积和 1/2 × ( a + b ) × ( a + b ) = 2 × 1/2 × a × b + 1/2 × c × c (a + b )2 = 2ab + c2 a 2 + 2ab + b2 = 2ab + c2 故 a2 + b2=c2 这是常用的四种方法,下面是另外的四种方法: 【证法1】(梅文鼎证明) 做四个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b ,斜边长为c. 把它们拼成如图那样的一个多边形,使D、E、F在一条直线上. 过C作AC的延长线交DF于点P. ∵ D、E、F在一条直线上, 且RtΔGEF ≌ RtΔEBD, ∴ ∠EGF = ∠BED, ∵ ∠EGF + ∠GEF = 90°, ∴ ∠BED + ∠GEF = 90°, ∴ ∠BEG =180º―90º= 90º. 又∵ AB = BE = EG = GA = c, ∴ ABEG是一个边长为c的正方形. ∴ ∠ABC + ∠CBE = 90º. ∵ RtΔABC ≌ RtΔEBD, ∴ ∠ABC = ∠EBD. ∴ ∠EBD + ∠CBE = 90º. 即 ∠CBD= 90º. 又∵ ∠BDE = 90º,∠BCP = 90º,
勾股定理又叫毕氏定理:在一个直角三角形中,斜边边长的平方等於两条直角边边长平方之和。据考证,人类对这条定理的认识,少说也超过 4000 年!又据记载,现时世上一共有超过 300 个对这定理的证明! 勾股定理是几何学中的明珠,所以它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若鹜,其中有著名的数学家,也有业余数学爱好者,有普通的老百姓,也有尊贵的政要权贵,甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单,更容易吸引人,才使它成百次地反复被人炒作,反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。 勾股定理的证明:在这数百种证明方法中,有的十分精彩,有的十分简洁,有的因为证明者身份的特殊而非常著名。 首先介绍勾股定理的两个最为精彩的证明,据说分别来源于中国和希腊。 1.中国方法:画两个边长为(a+b)的正方形,,其中a、b为直角边,c为斜边。这两个正方形全等,故面积相等。 左图与右图各有四个与原直角三角形全等的三角形,左右四个三角形面积之和必相等。从左右两图中都把四个三角形去掉,图形剩下部分的面积必相等。左图剩下两个正方形,分别以a、b为边。右图剩下以c为边的正方形。于是 a^2+b^2=c^2。 这就是我们几何教科书中所介绍的方法。既直观又简单,任何人都看得懂。 2.希腊方法:直接在直角三角形三边上画正方形,。 容易看出, △ABA’ ≌△AA'C 。 过C向A’’B’’引垂线,交AB于C’,交A’’B’’于C’’。 △ABA’与正方形ACDA’同底等高,前者面积为后者面积的一半,△AA’’C与矩形AA’’C’’C’同底等高,前者的面积也是后者的一半。由△ABA’≌△AA’’C,知正方形ACDA’的面积等于矩形AA’’C’’C’的面积。同理可得正方形BB’EC的面积等于矩形B’’BC’C’’的面积。 于是, S正方形AA’’B’’B=S正方形ACDA’+S正方形BB’EC, 即 a2+b2=c2。 至于三角形面积是同底等高的矩形面积之半,则可用割补法得到(请读者自己证明)。这里只用到简单的面积关系,不涉及三角形和矩形的面积公式。 这就是希腊古代数学家欧几里得在其《几何原本》中的证法。 以上两个证明方法之所以精彩,是它们所用到的定理少,都只用到面积的两个基本观念: ⑴ 全等形的面积相等; ⑵ 一个图形分割成几部分,各部分面积之和等于原图形的面积。 这是完全可以接受的朴素观念,任何人都能理解。 我国历代数学家关于勾股定理的论证方法有多种,为勾股定理作的图注也不少,其中较早的是赵爽(即赵君卿)在他附于《周髀算经》之中的论文《勾股圆方图注》中的证明。采用的是割补法: ,将图中的四个直角三角形涂上朱色,把中间小正方形涂上黄色,叫做中黄实,以弦为边的正方形称为弦实,然后经过拼补搭配,“令出入相补,各从其类”,他肯定了勾股弦三者的关系是符合勾股定理的。即“勾股各自乘,并之为弦实,开方除之,即弦也”。 赵爽对勾股定理的证明,显示了我国数学家高超的证题思想,较为简明、直观。 西方也有很多学者研究了勾股定理,给出了很多证明方法,其中有文字记载的最早的证明是毕达哥拉斯给出的。据说当他证明了勾股定理以后,欣喜若狂,杀牛百头,以示庆贺。故西方亦称勾股定理为“百牛定理”。遗憾的是,毕达哥拉斯的证明方法早已失传,我们无从知道他的证法。 下面介绍的是美国第二十任总统伽菲尔德对勾股定理的证明。 , 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 比较以上二式,便得 a2+b2=c2。 这一证明由于用了梯形面积公式和三角形面积公式,从而使证明相当简洁。 1876年4月1日,伽菲尔德在《新英格兰教育日志》上发表了他对勾股定理的这一证明。5年后,伽菲尔德就任美国第二十任总统。后来,人们为了纪念他对勾股定理直观、简捷、易懂、明了的证明,就把这一证法称为勾股定理的“总统”证法,这在数学史上被传为佳话。 在学习了相似三角形以后,我们知道在直角三角形中,斜边上的高把这个直角三角形所分成的两个直角三角形与原三角形相似。 Rt△ABC中,∠ACB=90°。作CD⊥BC,垂足为D。则 △BCD∽△BAC,△CAD∽△BAC。 由△BCD∽△BAC可得BC2=BD ? BA, ① 由△CAD∽△BAC可得AC2=AD ? AB。 ② 我们发现,把①、②两式相加可得 BC2+AC2=AB(AD+BD), 而AD+BD=AB, 因此有 BC2+AC2=AB2,这就是 a2+b2=c2。 这也是一种证明勾股定理的方法,而且也很简洁。它利用了相似三角形的知识。 在对勾股定理为数众多的证明中,人们也会犯一些错误。如有人给出了如下证明勾股定理的方法: 设△ABC中,∠C=90°,由余弦定理 c2=a2+b2-2abcosC, 因为∠C=90°,所以cosC=0。所以 a2+b2=c2。 这一证法,看来正确,而且简单,实际上却犯了循环证论的错误。原因是余弦定理的证明来自勾股定理。 人们对勾股定理感兴趣的原因还在于它可以作推广。 欧几里得在他的《几何原本》中给出了勾股定理的推广定理:“直角三角形斜边上的一个直边形,其面积为两直角边上两个与之相似的直边形面积之和”。 从上面这一定理可以推出下面的定理:“以直角三角形的三边为直径作圆,则以斜边为直径所作圆的面积等于以两直角边为直径所作两圆的面积和”。 勾股定理还可以推广到空间:以直角三角形的三边为对应棱作相似多面体,则斜边上的多面体的表面积等于直角边上两个多面体表面积之和。 若以直角三角形的三边为直径分别作球,则斜边上的球的表面积等于两直角边上所作二球表面积之和。 如此等等。
勾股定理是数学史上一个伟大的定理,同时也是一个历史悠久的定理.下面我给你分享数学勾股定理论文,欢迎阅读。
数学思想是数学知识的精髓,又是把知识转化为能力的桥梁.灵活运用数学思想,能够有效地提高分析问题和解决问题的能力,增强应用数学知识的意识.在《勾股定理》这一章中,蕴含着许多重要的数学思想,现举例介绍如下.
一、方程思想
在含有直角三角形的图形中,求线段的长往往要使用勾股定理,如果无法直接用勾股定理来计算,则需要列方程解决.
二、化归思想
化归思想就是通过一定的方法或途径,把需要解决的问题变换形式,变化成另一类已经解决或易于解决的问题,从而使原来的问题得到解决.
例3如图3,长方体的长为15cm,宽为10cm,高为20cm.点B与点C的距离为5cm,一只蜗牛如果要沿着长方体的表面从点A爬到点B,需爬行的最短路程是多少?
分析:由于蜗牛是沿着长方体的表面爬行的,故需把长方体展开成平面图形.根据两点之间线段最短,蜗牛爬行的较短路程有两种可能,如图4、图5所示.利用勾股定理容易求出两种图中AB的长度,比较后即可求得蜗牛爬行的最短路程是25cm.
说明:这里通过长方体的展开图,把立体图形转化为平面图形,把求蜗牛爬行的最短路程问题化归成利用勾股定理求两点间的距离问题.
例4如图6,是一块四边形的草地ABCD,其中∠A = 60O,∠B =∠D = 90O,AB = 20m,CD = 10m,求AD、BC的长(精确到,≈).
(2004年天津市中考题)
分析:图中无直角三角形,怎么办?联想到含30O角的直角三角形,因而延长AD、BC交于点E,则∠E = 30O,AE = 2AB = 40m,CE = 2CD = 20m. 由勾股定理得DE == m,BE == m,所以AD = 40≈,BC = 20≈.
说明:本题充分利用已知图形的特点,通过构造新图形,将四边形问题巧妙地转化成了直角三角形问题.
三、数形结合思想
数形结合,就是抓住数与形之间本质上的联系,将抽象的数学语言与直观的图形结合起来,通过“以形助数”或“以数解形”,使复杂问题简单化、抽象问题具体化,从而达到迅速解题的目的.
例5在一棵树的10m高处有两只猴子,其中一只爬下树直奔离树20m的池塘,而另一只爬到树顶后直扑池塘,如果两只猴子经过的距离相等,问这棵树有多高?(2005年福建省龙岩市中考题)
分析:依题意画出示意图7,D为树顶,AB = 10m,C为池塘,AC = 20m. 设BD = (m),则树高AD = ( +10)m.因为AC + AB = BD + DC,所以DC = (30)m. 在Rt△ACD中,由勾股定理可得方程202 + ( + 10)2 = (30)2,解得 = 5,所以 +10 = 15,即树高15m.
说明:勾股定理本身就是数形结合的一个典范,它把直角三角形有一个直角的“形”的特点,转化为三边“数”的关系.利用勾股定理解决实际问题,关键是利用数形结合思想将实际问题转换成直角三角形模型,再利用方程来解决.
四、分类讨论思想
在解题过程中,当条件或结论不确定或不惟一时,往往会产生几种可能的情况,这就需要依据一定的标准对问题进行分类,再针对各种不同的情况分别予以解决.最后综合各类结果得到整个问题的结论.分类讨论实质上是一种“化整为零,各个击破,再积零为整”的数学方法.
例6 一直角三角形的两边长分别为3cm、4cm,则第三边的长为______.
分析:此题中已知一个直角三角形的两边长,并没有指明是直角边还是斜边,因此要分类讨论,答案是5cm或cm.
例7“曙光中学”有一块三角形形状的花圃ABC,现可直接测量到∠A = 30O,AC = 40米,BC = 25米,请你求出这块花圃的面积. (2003年黑龙江省中考题)
分析:由于题目中没有明确告诉我们△ABC的形状,故需分两种情况讨论.
在图8中,S△ABC=10 (20 + 15)米2;
在图9中,S△ABC= 10(2015)米2.
说明:此类问题由于题目中没有图形,常需分类讨论,解答时极易因考虑不周而导致漏解,希望同学们用心体会.
五、整体思想
对于某些数学问题,如果拘泥常规,从局部着手,则难以求解;如果把问题的某个部分或几个部分看成一个整体进行思考,就能开阔思路,较快解答题目.
例8已知一个直角三角形的周长为30cm, 斜边长为13cm,那么这个三角形的面积为______.
分析:设这个直角三角形的两条直角边长为 ,斜边为 ,则 = 3013 = 17,于是( + )2 = 2 + 2 + 2 = 172 = 289,由勾股定理知2 + 2 = 289,即132+ 2 = 289,所以 = 60,故所求三角形面积S == 30cm2.
说明:我们要求的是面积,即,不一定要分别求出和的值,只要从整体上求出即可.
例9 如图10所示,在直线上依次摆放着七个正方形.已知斜放置的三个正方形的面积分别是1,2,3,正放置的四个正方形的面积依次是S1,S2,S3,S4,则S1 + S2 + S3 + S4 = ______.(2005年浙江省温州市中考题)
分析:根据已知条件可知AC = EC,∠ABC = ∠CDE = 90O,由角的互余关系易证∠ACB =∠CED,这样可得 △ABC ≌ △CDE,所以BC = ED,在Rt△ABC中,由勾股定理,得AC2 = AB2 + BC2 = AB2 + DE2.由S1 = AB2,S2 = DE2,AC2 = 1,有S1 + S2 = 1,同理可得S3 + S4 = 3,所以S1+ S2 + S3 + S4 = 1+3 = 4.
说明:本题不是直接求出S1,S2,S3,S4,而是借助勾股定理求得S1 + S2,S3 +S4,体现了整体思想在解决问题中的灵活应用.
数学思想方法是以具体数学内容为载体,又高于具体数学内容的一种指导思想和普遍适用的方法.它能使人领悟到数学的真谛,并对人们学习和应用数学知识解决问题的思维活动起着指导和调控的作用.日本数学教育家米山国藏认为,学生在进入社会以后,如果没有什么机会应用数学,那么作为知识的数学,通常在出校门后不到一两年就会忘掉,然而不管他们从事什么业务工作,那种铭刻在人脑中的数学精神和数学思想方法,会长期地在他们的生活和工作中发挥重要作用.灵活运用数学思想方法解决问题,往往可以化难为易、化腐朽为神奇,事半功倍.下面以勾股定理中渗透的数学思想为例说明.
一、分类思想
例1.(2013年贵州黔西南州)一直角三角形的两边长分别为3和4,则第三边的长为( )
点评:本题的易错点是受“勾三股四弦五”的影响,直接把边长为4的边当作直角边,从而误选A,犯了考虑问题不全面的错误.
二、方程思想
例2.(2013年山东济南)如图1,小亮将升旗的绳子拉到旗杆底端,绳子末端刚好接触到地面,然后将绳子末端拉到距离旗杆8m处,发现此时绳子末端距离地面2m,则旗杆的高度(滑轮上方的部分忽略不计)为()
分析:观察图形,当绳子末端拉到距离旗杆8m处,可过绳子末端向旗杆作垂线,这样可以得到一个直角三角形,然后设旗杆的高度为未知数,进而运用勾股定理列方程求解.
解:如图2,设旗杆的高度为x,则AC=AD=x,AB=x-2,BC=8.
在Rt△ABC中,由勾股定理,得(x-2)2+82=x2.
解得x=17m,即旗杆的高度为17m,答案选D.
三、整体思想
例3.(2013年江苏扬州)矩形的两邻边长的差为2,对角线长为4,则矩形的面积为____________.
分析:设矩形的两邻边长分别为a、b(a>b),则依据题意有a-b=2,a2+b2=16.而矩形的面积等于ab,关键要设法将两个等式转化为含有ab的式子.
解:设矩形的两邻边长分别为a、b (a>b),则a-b=2.
五、数形结合思想
例5.(2013年湖南张家界)如图4,在平面直角坐标系中,矩形OABC的顶点A、C的坐标分别为(10,0)、(0,4),点D是OA的中点,点P在BC上运动.当△ODP是腰长为5的等腰三角形时,点P的坐标为________.
分析:易知OD=5,要使△ODP为腰长为5的等腰三角形,可以点O为圆心,OD为半径作圆;也可以点D为圆心,OD为半径作圆.
解:由C(10,0)可知OD=5.
(1)以点O为圆心,OD为半径作圆交边
六、构造思想例6.同例3
分析:根据已知条件,联想到证明勾股定理的弦图,本例便有如下巧妙解法.
正确的数学思想是成功解题的关键所在.在运用勾股定理解题时,若能正确把握数学思想,则可使思路开阔,方法简便快捷.下面列举在应用勾股定理时经常用到的数学思想,供同学们参考.
一、 方程思想
◆例1如图1,有一块直角三角形纸片,两直角边AC=6cm,BC=8cm,现将直角边AC沿直线AD折叠,使它落在斜边AB上且点C落到E点,则CD等于( ).
分析:由题意可知,ΔACD 和ΔAED关于直线AD对称,因而有ΔACD ≌ΔAED .进一步则有AE=AC=6cm,CD=ED,DE⊥AB.设CD=ED=xcm,则在ΔDEB中,由勾股定理可得DE2+BE2=BD2.又因在ΔABC中,AB2=AC2+BC2=62+82=100,得AB=10.所以有x2+(10- 6) 2=(8- x)2,解得x=3.故选B.
二、转化思想
◆例2如图2,长方体的高为3cm,底面是正方形,边长为2cm.现有一小虫从A出发,沿长方体表面爬行,到达C处,问小虫走的路程最短为多少厘米?
分析:求几何体表面最短距离问题,通常可将几何体表面展开,把立体图形转化为平面图形.对于此题,可将该长方体的右表面翻折至前表面,使A、C两点共面,连结AC,线段AC的长度即为最短路程(如图3).由勾股定理可知AC2=32+42=52,即小虫所走的最短路程为5cm.
三、分类讨论思想
◆例3在ΔABC中,AB=15,AC=20,BC边上的高AD=12,试求BC的长.
分析:三角形中某边上的高既可在三角形内部,也可在三角形的外部,故此题应分两种情况来考虑.当BC边上的高AD在ΔABC的内部时,如图4,由勾股定理得BD2=AB2-AD2,得BD=9;CD2=AC2-AD2, 得CD=16,则BC=BD+CD=9+16=25;当BC上的高AD在ΔABC的外部时,如图5,同样由勾股定理可求得CD=16,BD=9,这时,BC=CD-BD=16- 9=7,故BC的长为25或7.
四、数形结合思想
思路:根据题目勾股定理证明展开,并结合具体的例子加以说明。
在初二上学期我们学习了一种很实用并且很容易理解的定理——勾股定理。勾股定理就是把直角三角形的两直角边的平方和等于斜边的平方这一特性,又称毕达哥拉斯定理或毕氏定理。
我脑海中印象最深的就是那棵毕达哥拉斯树,它是由勾股定理不断的连接从而构成的一个树状的几何图形。两个相邻的小正方形面积的和等于相邻的一个大正方形的面积。它看起来非常别致、漂亮,因为勾股定理是数学史上的一颗明珠,它将会使人们再算一些问题时变得更方便。
你如果把勾股定理倒过来,它还是勾股定理逆定理,它最大的好处就在于它能够证明某些三角形是直角三角形。这一点在我们几何问题中是有很大价值的。
我国古代的《周髀算经》就有关于勾股定理的记载:“若求邪至日者,以日下为句,日高为股,句股各自乘,并而开方除之,得邪至日”,而且它还记载了有关勾股定理的证明:昔者周公问于商高曰:“窃闻乎大夫善数也,请问昔者包牺立周天历度——夫天可不阶而升,地不可得尺寸而度,请问数安从出?”
商高曰:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一。故折矩,以为句广三,股修四,径隅五。既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五。两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所生也。”
同时发现勾股定理的还有古希腊的毕达哥拉斯。但是从很多泥板记载表明,巴比伦人是世界上最早发现“勾股定理”的。由此可见古代的人们是多么的聪明、细心和善于发现!
法国和比利时称勾股定理为驴桥定理,埃及称为埃及三角形。我国古代把直角三角形中较短的直角边叫做勾,较长的直角边叫做股,斜边叫做弦,所以它又叫勾股弦定理。
勾股定理流长深远,我们不能败给古人,我们一定要善于发现,将勾股定理灵活地运用在生活中,将勾股定理发扬光大!
最近我们学习了“勾股定理”。它是初等几何中的一个基本定理,是指“在直角三角形中,两条直角边的平方和等于斜边的平方。”这个定理虽然只有简单的一句话,但它却有着十分悠久的历史,尤其是它那“形数结合”、“形数统一”的思想方法,启迪和促进了我国乃至世界的数学发展。勾股定理在西方被称为毕达哥拉斯定理,相传是古希腊数学家毕达哥拉斯于公元前550年首先发现的。其实,我国古代人民对这一数学定理的发现和应用,远比毕达哥拉斯要早得多。在我国最早的数学著作《周髀算经》的开头,有一段周公与商高的“数学对话”:周公问:“听说您对数学非常精通,我想请教一下:我们一没有登天的云梯,二没有丈量整个地球的尺子,那么我们怎样才能得到关于天地之间的数据呢?”商高回答说:“我们已经在实践中总结出了一些了解天地的好方法。如当直角三角形(矩)的一条直角边(勾)等于3,另一条直角边(股)等于4的时候,那么它的斜边(弦)就必定是5。这就叫做勾股弦定理,是在大禹治水的时候就总结出来的一个定理。”如果说大禹治水因年代久远而无法确切考证的话,那么周公与商高的对话则可以确定在公元前1100年左右的西周时期,这就比毕达哥拉斯要早五百多年。其中所说的勾3股4弦5,正是勾股定理的一个应用特例。我国古代数学家们不仅很早就发现并应用了勾股定理,而且很早就尝试对勾股定理作出理论性的证明。最早对勾股定理进行证明的,是三国时期吴国的数学家赵爽。他创制了一幅“勾股圆方图”,用形数结合的方法,对勾股定理进行了详细的证明。在“勾股圆方图”中,以弦为边长得到正方形abde,它是由4个相等的直角三角形再加上中间的那个小正方形组成的。每个直角三角形的面积为ab/2;中间那个小正方形的边长为b-a,则面积为(b-a)2。于是便有了如下的式子:a2+b2=c2。《九章算术》中的《勾股章》,对勾股定理的表述是:“把勾和股分别自乘,然后把它们的积加起来,再进行开方,便可以得到弦。”把这段话列成算式,即为:弦=(勾2+股2)(1/2)我国古代数学家对于勾股定理的发现和证明,在世界数学史上具有独特的贡献和地位。尤其是其中体现出来的“形数结合”、“形数统一”的思想方法,更具有科学创新的重大意义。正如我国当代数学家吴文俊所说:“在中国的传统数学中,数量关系与空间形式往往是形影不离地并肩发展的......十七世纪笛卡儿解析几何的发明,正是中国这种传统思想与方法在几百年停顿后的重现与继续。”我们今天学习勾股定理,不但要学会利用它进行计算、证明和作图,更要学习和了解它的历史,了解其中体现出来的“形数结合”、“形数统一”的思想方法,这对我们今后的数学发展和科学创新都将具有十分重大的意义。
具体如下:
勾股定理,是一个基本的几何定理,指直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。中国古代称直角三角形为勾股形,并且直角边中较小者为勾,另一长直角边为股,斜边为弦,所以称这个定理为勾股定理,也有人称商高定理。
勾股定理现约有500种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,也是数形结合的纽带之一。
在中国,周朝时期的商高提出了“勾三股四弦五”的勾股定理的特例。在西方,最早提出并证明此定理的为公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯学派,他们用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和。
公元前十一世纪,数学家商高(西周初年人)就提出“勾三、股四、弦五”。编写于公元前一世纪以前的《周髀算经》中记录着商高与周公的一段对话。商高说:“……故折矩,勾广三,股修四,经隅五。”意为:当直角三角形的两条直角边分别为3(勾)和4(股)时,径隅(弦)则为5。以后人们就简单地把这个事实说成“勾三股四弦五”,根据该典故称勾股定理为商高定理。
公元三世纪,三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,记录于《九章算术》中“勾股各自乘,并而开方除之,即弦”,赵爽创制了一幅“勾股圆方图”,用数形结合得到方法,给出了勾股定理的详细证明。后刘徽在刘徽注中亦证明了勾股定理。
勾股定理是反映自然界基本规律的一条重要结论,它揭示了直角三角形三边之间的数量关系,接下来我为你整理了数学勾股定理小论文,一起来看看吧。
“兴趣是最好的老师。”在勾股定理的日常教学中,我们要注重学生兴趣的激发。
首先,老师在授课导入时可以给学生讲一下勾股定理的背景资料,如勾股定理的发展历史、勾股定理在日常生活中的运用和勾股定理的相关故事等。这样不仅可以让学生了解勾股定理的文化知识,更可以调动学生学习的好奇心和学习兴趣。其次,教师在具体授课中可以设计一些贴近生活的题目。《义务教育数学课程标准》(实验稿)指出:“勾股定理的教学目标是让学生体验勾股定理的探索过程,会运用勾股定理解决简单的问题”。这也能让学生主动地参与到课堂中去,能起到激发学习兴趣的作用。
光有兴趣是不行的,还需要教师有好的教学方法。
一、教师教学方法的设计要结合学生基本特征
在教学勾股定理时,教师要知道:初二学生已经对三角形及实数等一些知识有了些了解,初步具备了简单的分析和解决问题的基本技能;有了一些形象和抽象的思维能力;对勾股定理有所耳闻,但不具体。
二、设置勾股定理的教学情景
问题1:你们能求出我们常见的边长为单位1的正方形的对角线是多长吗?问题2:a2+a2=b2这个式子中,你们知道a2、b2在几何中有什么意义吗?
最后,让学生尝试画出能表达式子的图形。这有利于学生打好基础,并建立数与形结合的概念。
三、改变过去填鸭式的教学,让学生学会自主合作探究
可以让学生分成小组用折纸的方法来进一步直观地感受勾股定理的证明。如图:
(a+b)2=■ab・4+c2
化简得:a2+b2=c2
四、学以致用
既然学习勾股定理,那么我们还要能对它进行灵活运用,但是在运用中一些学生会出现一些常见的错误,学生在审题时由于马虎会发现不了题目中的隐含条件。如:在直角△ABC中,a、b、c分别为三角形的三边,∠B为直角,如果a=6 cm,b=8 cm,求边c的长。错误解法:∵△ABC是直角三角形,∴a2+b2=c2,即62+82=c2,解得c=10 cm。分析原因:这是因为学生在审题时忽视了题目中∠B才是直角,也就是b才是斜边。所以,正确的应是:∵∠B是直角,∴a2+c2=b2,即62+c2=82,解得c=2■。当然学生有时还会在做题中忽略勾股定理成立的条件,对一些不是直角三角形的也运用勾股定理。我们在具体的做题中要让学生把好审题这一关。
总之,只要我们能在数学勾股定理的教学中充分调动学生的兴趣,改变陈旧的教学方法,就能让学生在探究勾股定理的道路上体会数学学习的乐趣。
何谓勾股定理?勾股定理又叫毕氏定理,即直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方。据考证,人类对这条定理的认识已经超过了4000年。据史料记载,世上有300多个对此定理的证明。勾股定理是几何学中的明珠,所以它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若鹜。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了20多种精彩的证法。这是数学中任何定理都无法比拟的。
本文中仅介绍勾股定理的证明方法中最为精彩的两种证明方法,据说分别来源于中国和希腊。
1、中国方法:画两个边长为 的正方形,如图,其中 为直角边, 为斜边。这两个正方形全等,故面积相等。 左图与右图各有四个与原直角三角形全等的三角形,左右四个三角形面积之和必相等。从左右两图中都把四个三角形去掉,图形剩下部分的面积必相等。左图剩下两个正方形,分别以 为边,右图剩下以 为边的正方形。 于是得 。
这就是我们几何教科书中所介绍的方法。既直观又简单,任何人都看得懂。
2、希腊方法:直接在直角三角形三边上画正方形。
至于三角形面积是同底等高的矩形面积之半,则可用割补法得到。这里只用到简单的面积关系,不涉及三角形和矩形的面积公式。这就是希腊古代数学家欧几里得在其《几何原本》中的证法。
以上两个证明方法之所以精彩,是它们所用到的定理少,都只用到面积的两个基本观念: ⑴ 全等形的面积相等;⑵ 一个图形分割成几部分,各部分面积之和等于原图形的面积。这是完全可以接受的朴素观念,任何人都能理解。
值得指出的是,由于《几何原本》的广泛流传,欧几里得的证明是勾股定理所有证明中最为著名的。 为此,希腊人称之为“已婚妇女的定理”,法国人称之为“驴桥问题”,阿拉伯人称之为“新娘图”、“新娘的坐椅”。 在欧洲,又有人称之为“孔雀的尾巴”或“大风车”等,这些可能是从其几何图形得到的灵感吧
总之,在探究勾股定理的道路上,我们走向了数学殿堂,并且会越走越远……
自“科教兴国”战略实施多年以来,我国的教育体制已逐渐从应试教育向素质教育转变。然而,这种转变的有效性仍值得检验。素质教育的本质就是以培养、激发学生的创新思维为目的,以特色的教学模式为手段,调动学生的积极思维欲望,不拘一格地带动学生对知识敢想、多想,以达到学生更深层次地理解所学知识,使其真正转变为自己的知识,并能在以后的学习、生活中加以利用。就数学而言,数学课堂教学研究一直是国内外教育改革的焦点之一,课堂被认为是学生构建知识,老师组织学习最重要的现实环境,它被喻为“人世间最复杂的实验室之一”。作为一名初中数学教育工作者,如何能在课堂中带动学生的听课积极性,使学生对我们所教内容产生浓厚的兴趣,而不认为是教条式的填鸭,显得至关重要。勾股定理是中国几何的根源,是中华数学的精髓。在此,作者以初中二年级数学课程“勾股定理”作为课程实践案例,进行了一次简单尝试。
一、以历史故事开始,激发学生兴趣
笔者改变了以往“勾股定理”教学中照书念的本本模式,而是不惜用去10分钟时间给学生讲讲勾股定理的起源。在引领学生将书翻到勾股定理章节后,告诉学生,大家书本上看到的这位毕达哥拉斯,是公元前四百多年前发现了直角三角形的三边关系,而最早有关该定理的文字著作出自我国商朝约公元前200年左右的《周髀算经》,由商高发现。并在三国时代由赵爽对其做出详细注释,又给出了另外一个证明引,我们的祖先是不是也很智慧呢?此时,全班几乎所有学生目光都从书本移开,极为专注地看着笔者,眼神中带着强烈的求知欲望。笔者转而引导学生开始上课,每个孩子都带着浓厚的兴趣想要学好我们祖先发现的伟大定理。
二、数形结合,形象理解抽象概念
通过带领学生从看图中快速计算正方形ABC、A’B’C’面积,并展开猜想,引出“勾股定理”的命题。随后,将学生分组,一组4人,给每组分发下去4个全等的直角三角形纸板,短直角边标有a(勾)字样,长直角边和斜边分别标有b(股)及c(弦)。让每一位同学都在仔细观察“赵爽弦图”的同时,用纸板摆出“赵爽弦图”,使学生对赵爽的证明过程有一个初步形象的直观认识,然后给学生做出赵爽对“勾股定理”的详细推导。学生们在小组参与弦图旋转、摆放的过程中,个个乐此不疲,相互提醒。虽然,教室中看似多了点吵闹,但笔者发现,在学生眼、手、口并用的实际操作中,勾股定理的学习少了许多课本填鸭式的枯燥,换之而来的是学生们积极的参与、激烈的讨论和更为浓厚的兴趣。
三、举一反三,调动思维
在定理证出后,笔者立即向学生提问:谁能给出快速说出更多的均以整数为边的勾股数的方法?底下同学开始议论,一位同学的回答引得全班哄堂大笑,上网!笔者也忍俊不禁,告诉他很会利用现代高科技工具,算是一项能力,但不是独立解决该问题的最佳办法。此时,已有学生说出6、8、10,9、12、15等等。笔者微笑点头肯定,整数勾股数三遍等量放大比例同样也是勾股数,三边不可约分的整数勾股数是以质数为最短边,并且只有一组以其为最短边的勾股数。至于原因,不过该内容已超纲,有兴趣的同学可以课下研究、探讨。
四、课后总结,课外拓展
重点内容“勾股定理”授课完毕,继而启发学生对“勾股定理”的实际应用。学生通过做门框、湖水等实际应用题对勾股定理的实用性有了更加现实的认识,也有了数学建模的简单概念。邻近下课时,给学生布置了家庭作业,让学生用一个礼拜的时间观察生活中有关勾股定理应用的现实例子,并加以简单介绍。之后腾出一节课给学生自由发挥,介绍自己对勾股定理的实践观察,学生们积极上台发言,表达欲望强烈,在其他同学获取知识的同时,讲述的同学也在大家肯定的掌声中增强了自信心,课外拓展取得了很好的效果。
五、结语
勾股定理又叫商高定理、毕氏定理,或称毕达哥拉斯定理(Pythagoras Theorem).在一个直角三角形中,斜边边长的平方等于两条直角边边长平方之和。如果直角三角形两直角边分别为a、b,斜边为c,那么a²+b²=c²,即α*α+b*b=c*c推广:把指数改为n时,等号变为小于号据考证,人类对这条定理的认识,少说也超过 4000 年!中国最早的一部数学著作——《周髀算经》的第一章,就有这条定理的相关内容:周公问:“窃闻乎大夫善数也,请问古者包牺立周天历度。夫天不可阶而升,地不可得尺寸而度,请问数安从出?”商高答:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出九九八十一,故折矩以为勾广三,股修四,径隅五。既方其外,半之一矩,环而共盘。得成三、四、五,两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所由生也。”就是说,矩形以其对角相折所称的直角三角形,如果勾(短直角边)为3,股(长直角边)为4,那么弦(斜边)必定是5。从上面所引的这段对话中,我们可以清楚地看到,我国古代的人民早在几千年以前就已经发现并应用勾股定理这一重要的数学原理了。在西方有文字记载的最早的证明是毕达哥拉斯给出的。据说当他证明了勾股定理以后,欣喜若狂,杀牛百头,以示庆贺。故西方亦称勾股定理为“百牛定理”。遗憾的是,毕达哥拉斯的证明方法早已失传,我们无从知道他的证法。实际上,在更早期的人类活动中,人们就已经认识到这一定理的某些特例。除上述两个例子外,据说古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法则来确定直角。但是,这一传说引起过许多数学史家的怀疑。比如说,美国的数学史家M·克莱因教授曾经指出:“我们也不知道埃及人是否认识到毕达哥拉斯定理。我们知道他们有拉绳人(测量员),但所传他们在绳上打结,把全长分成长度为3、4、5的三段,然后用来形成直角三角形之说,则从未在任何文件上得证实。”不过,考古学家们发现了几块大约完成于公元前2000年左右的古巴比伦的泥板书,据专家们考证,其中一块上面刻有如下问题:“一根长度为 30个单位的棍子直立在墙上,当其上端滑下6个单位时,请问其下端离开墙角有多远?”这是一个三边为为3:4:5三角形的特殊例子;专家们还发现,在另一块泥板上面刻着一个奇特的数表,表中共刻有四列十五行数字,这是一个勾股数表:最右边一列为从1到15的序号,而左边三列则分别是股、勾、弦的数值,一共记载着15组勾股数。这说明,勾股定理实际上早已进入了人类知识的宝库。勾股定理是几何学中的明珠,它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若鹜,其中有著名的数学家、画家,也有业余数学爱好者,有普通的老百姓,也有尊贵的政要权贵,甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单又实用,更容易吸引人,才使它成百次地反复被人炒作,反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。(※关于勾股定理的详细证明,由于证明过程较为繁杂,不予收录。) 人们对勾股定理感兴趣的原因还在于它可以作推广。 欧几里得在他的《几何原本》中给出了勾股定理的推广定理:“直角三角形斜边上的一个直边形,其面积为两直角边上两个与之相似的直边形面积之和”。 从上面这一定理可以推出下面的定理:“以直角三角形的三边为直径作圆,则以斜边为直径所作圆的面积等于以两直角边为直径所作两圆的面积和”。 勾股定理还可以推广到空间:以直角三角形的三边为对应棱作相似多面体,则斜边上的多面体的表面积等于直角边上两个多面体表面积之和。 若以直角三角形的三边为直径分别作球,则斜边上的球的表面积等于两直角边上所作二球表面积之和。 如此等等。
勾股定理又叫商高定理、毕氏定理,或称毕达哥拉斯定理(Pythagoras Theorem). 在一个直角三角形中,斜边边长的平方等于两条直角边边长平方之和。如果直角三角形两直角边分别为a、b,斜边为c,那么a b=c,即α*α b*b=c*c推广:把指数改为n时,等号变为小于号据考证,人类对这条定理的认识,少说也超过 4000 年! 中国最早的一部数学著作——《周髀算经》的第一章,就有这条定理的相关内容:周公问:“窃闻乎大夫善数也,请问古者包牺立周天历度。夫天不可阶而升,地不可得尺寸而度,请问数安从出?”商高答:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出九九八十一,故折矩以为勾广三,股修四,径隅五。既方其外,半之一矩,环而共盘。得成三、四、五,两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所由生也。”就是说,矩形以其对角相折所称的直角三角形,如果勾(短直角边)为3,股(长直角边)为4,那么弦(斜边)必定是5。从上面所引的这段对话中,我们可以清楚地看到,我国古代的人民早在几千年以前就已经发现并应用勾股定理这一重要的数学原理了。 在西方有文字记载的最早的证明是毕达哥拉斯给出的。据说当他证明了勾股定理以后,欣喜若狂,杀牛百头,以示庆贺。故西方亦称勾股定理为“百牛定理”。遗憾的是,毕达哥拉斯的证明方法早已失传,我们无从知道他的证法。 实际上,在更早期的人类活动中,人们就已经认识到这一定理的某些特例。除上述两个例子外,据说古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法则来确定直角。但是,这一传说引起过许多数学史家的怀疑。比如说,美国的数学史家M·克莱因教授曾经指出:“我们也不知道埃及人是否认识到毕达哥拉斯定理。我们知道他们有拉绳人(测量员),但所传他们在绳上打结,把全长分成长度为3、4、5的三段,然后用来形成直角三角形之说,则从未在任何文件上得证实。”不过,考古学家们发现了几块大约完成于公元前2000年左右的古巴比伦的泥板书,据专家们考证,其中一块上面刻有如下问题:“一根长度为 30个单位的棍子直立在墙上,当其上端滑下6个单位时,请问其下端离开墙角有多远?”这是一个三边为为3:4:5三角形的特殊例子;专家们还发现,在另一块泥板上面刻着一个奇特的数表,表中共刻有四列十五行数字,这是一个勾股数表:最右边一列为从1到15的序号,而左边三列则分别是股、勾、弦的数值,一共记载着15组勾股数。这说明,勾股定理实际上早已进入了人类知识的宝库。 勾股定理是几何学中的明珠,它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若鹜,其中有著名的数学家、画家,也有业余数学爱好者,有普通的老百姓,也有尊贵的政要权贵,甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单又实用,更容易吸引人,才使它成百次地反复被人炒作,反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。(※关于勾股定理的详细证明,由于证明过程较为繁杂,不予收录。) 人们对勾股定理感兴趣的原因还在于它可以作推广。 欧几里得在他的《几何原本》中给出了勾股定理的推广定理:“直角三角形斜边上的一个直边形,其面积为两直角边上两个与之相似的直边形面积之和”。 从上面这一定理可以推出下面的定理:“以直角三角形的三边为直径作圆,则以斜边为直径所作圆的面积等于以两直角边为直径所作两圆的面积和”。 勾股定理还可以推广到空间:以直角三角形的三边为对应棱作相似多面体,则斜边上的多面体的表面积等于直角边上两个多面体表面积之和。 若以直角三角形的三边为直径分别作球,则斜边上的球的表面积等于两直角边上所作二球表面积之和。 如此等等。
我这儿有一个勾股定理的论文,我自个儿做的,你参考一下吧勾股定理的应用与证明摘要 直角三角形是三角形中较为特殊的一种,那么这种特殊的三角形有什么性质呢,在生活中又有什么应用呢?人们将直角三角形的两直角边的平方和等于斜边的平方这一特性叫做勾股定理或勾股弦定理,又称毕达哥拉斯定理或毕氏定理(Pythagoras Theorem)。数学公式中常写作a2+b2=c2。本文将探究勾股定理的应用以及它的多种证明方式,并进行讨论。一、前言如果直角三角形两直角边分别为a、b,斜边为c,那么 ;; 即直角三角形两直角边长的平方和等于斜边长的平方。 如果三角形的三条边A,B,C满足A2+B2=C2;,还有变形公式:AB= ,如:一条直角边是a,另一条直角边是b,如果a的平方与b的平方和等于斜边c的平方那么这个三角形是直角三角形。(称勾股定理的逆定理)上面就是勾股定理。 毕达哥拉斯树毕达哥拉斯树由无数直角三角形与正方形构成。形状好似一棵树,所以被称为毕达哥拉斯树。 因为直角三角形两个直角边平方的和等于斜边的平方。所以两个相邻的小正方形面积的和等于相邻的一个大正方形的面积。 这么有趣的图案根据勾股定理所画出来的一个可以无限重复的图形。可见,勾股定理十分有趣。二、应用及证明方式1、最早勾股定理的应用 从很多泥板记载表明,巴比伦人是世界上最早发现“勾股定理”的,这里只举一例。例如公元前1700年的一块泥板(编号为BM85196)上第九题,大意为“有一根长为5米的木梁(AB )竖直靠在墙上,上端(A)下滑一米至D。问下端(C)离墙根(B)多远?”他们解此题就是用了勾股定理,解:如图 设AB=CD=l=5米,BC=a,AD=h=1米,则BD=l-h=5-1米=4米 ∵a= = =3米,∴三角形BDC正是以3、4、5为边的直角三角形。2、赵爽弦图及青朱出入图 赵爽弦图在幅弦图中,以弦为边长得到的正方形是由4个相等的直角三角形再加上中间的那个小正方形组成的。每个直角三角形的面积都为 ;中间小正方形边长为(b-a),则面积为(b-a)2。于是便可得如下的式子: 4× +(b-a)2=c2 化简后便可得:3、欧几里德射影定理证法 如图,Rt△ABC中,∠ABC=90°,BD是斜边AC上的高,通过证明三角形相似则有射影定理如下: (1) =AD?DC, (2) =AD?AC , (3) =CD?AC 。 由公式(2)+(3)得: + =AD?AC+CD?AC =(AD+CD)?AC= , + = 这就是勾股定理的结论。
思路:根据题目勾股定理证明展开,并结合具体的例子加以说明。
在初二上学期我们学习了一种很实用并且很容易理解的定理——勾股定理。勾股定理就是把直角三角形的两直角边的平方和等于斜边的平方这一特性,又称毕达哥拉斯定理或毕氏定理。
我脑海中印象最深的就是那棵毕达哥拉斯树,它是由勾股定理不断的连接从而构成的一个树状的几何图形。两个相邻的小正方形面积的和等于相邻的一个大正方形的面积。它看起来非常别致、漂亮,因为勾股定理是数学史上的一颗明珠,它将会使人们再算一些问题时变得更方便。
你如果把勾股定理倒过来,它还是勾股定理逆定理,它最大的好处就在于它能够证明某些三角形是直角三角形。这一点在我们几何问题中是有很大价值的。
我国古代的《周髀算经》就有关于勾股定理的记载:“若求邪至日者,以日下为句,日高为股,句股各自乘,并而开方除之,得邪至日”,而且它还记载了有关勾股定理的证明:昔者周公问于商高曰:“窃闻乎大夫善数也,请问昔者包牺立周天历度——夫天可不阶而升,地不可得尺寸而度,请问数安从出?”
商高曰:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一。故折矩,以为句广三,股修四,径隅五。既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五。两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所生也。”
同时发现勾股定理的还有古希腊的毕达哥拉斯。但是从很多泥板记载表明,巴比伦人是世界上最早发现“勾股定理”的。由此可见古代的人们是多么的聪明、细心和善于发现!
法国和比利时称勾股定理为驴桥定理,埃及称为埃及三角形。我国古代把直角三角形中较短的直角边叫做勾,较长的直角边叫做股,斜边叫做弦,所以它又叫勾股弦定理。
勾股定理流长深远,我们不能败给古人,我们一定要善于发现,将勾股定理灵活地运用在生活中,将勾股定理发扬光大!
谈谈对勾股定理的认识 勾股定理是数学中极其重要的一个定理,它揭示了直角三角形中三条边之间的关系,而且应用十分广泛. 勾股定理是我国最早证明的几何定理之一,也是每年中考必考的重要知识点之一. 古今中外有不少数学家、物理学家,甚至有画家、政治家等都在寻求它的证明方法. 传说古希腊的毕达哥拉斯在找到一种证明方法后,欣喜若狂,便杀了100头牛来祭神,表示庆祝,所以勾股定理也被称为“百牛定理”. 勾股定理是几何证明方法最多的一个定理,现在已经找到400多种证明方法,其中我们聪明睿智的祖先找到的就有200多种. 因此,勾股定理被说成是中国几何学的根源. 中华数学的精髓,诸如开方术、方程术、天元术等技艺的诞生与发展,寻根探源都与勾股定理有密切的关系. 我国伟大的数学家华罗庚将勾股定理称为茫茫宇宙星际交流的“语言”,因为数学是一切有智慧生物的共同语言,所以我们有更多的理由要学好它. 学习《勾股定理》这一单元时,应抓住三大关键:一是勾股定理及其逆定理的证明方法;二是勾股定理及其逆定理的应用;三是怎样寻找勾股数. 对于第二个问题,又应抓住四个方面:一是勾股定理在几何计算中的应用;二是勾股定理在几何证明中的应用;三是勾股定理及其逆定理的综合应用;四是勾股定理在代数证题中的应用. 勾股定理是我国最早证明的几何定理之一,是中华数学的精髓. 几千年以来,有无数古今中外的学者对它进行了证明. 其中包括汉代的赵爽、魏晋时期的刘徽、美国总统伽菲尔德、著名画家达·芬奇…… 在初中数学学习过程中,我们常常说到数形结合思想,说到代数与几何的综合应用. 几何的勾股定理中有两个数的平方和,在代数的整式乘法中也有两个数的平方和,这两个公式中有相同的部分,能不能把它们结合到一起来使用?勾股定理能否与其它乘法公式结合使用?学习以后不妨考虑一下勾股定理和乘法公式有哪些结合? 在初中数学中常常提到的数学思想方法有:数形结合思想、分类讨论思想、转化思想、方程思想、整体思想. 在勾股定理的应用中,渗透了上述四种数学思想!中国古代数学家们对于勾股定理的发现和证明,在世界数学史上具有独特的贡献和地位。尤其是其中体现出来的“形数统一”的思想方法,更具有科学创新的重大意义。
勾股定理的逆定理是判断三角形为钝角、锐角或直角的一个简单的方法,其中AB=c为最长边。证明方法勾股定理的逆定理是判断三角形为锐角或直角的一个简单的方法其中c为最长边:如果a×a+b×b=c×c,则△ABC是直角三角形。如果a×a+b×b>c×c,则△ABC是锐角三角形。如果a×a+b×b<c×c,则△ABC是钝角三角形。勾股定理逆定理的证明:1、反证法令角C不是直角,则a^2+b^2=c^2不成立,所以矛盾,所以角C是直角。2、勾股定理逆定理如果三角形的三边长a、b、c满足条件a^2+b^2=c^2,那么C边所对的角是直角。3、三角函数Cos90如图:已知AB^2+BC^2=AC^2,而任一三角形的边之间均满足,AC^2=AB^2+BC^2-2AB*BA*COSB,比较两式得,COSB=0,B=90度。已知△ABC的三边AB=c,BC=a,CA=b,且满足a^2+b^2=c^2,证明∠C=90°。证法1:同一法。证法的思路是做一个直角三角形,然后证明它和已知三角形全等,从而已知三角形也是直角三角形。构造一个直角三角形A'B'C',使∠C'=90°,a'=a,b'=b。那么,根据勾股定理,c'^2=a'^2+b'^2=a^2+b^2=c^2,从而c'=c。在△ABC和△A'B'C'中,a=a'b=b'c=c'∴△ABC≌△A'B'C'。因而,∠C=∠C'=90°。(证毕)证法2:余弦定理。由于余弦定理是由勾股定理推出的,故可以用来证明其逆定理而不算循环论证。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;又因为C小于平角,从而C=90°。(证毕)证法3:相似三角形。证法的思路是将已知三角形分割成两块,然后证明它们互补的两角相等,从而这两角都是直角。在AB边上截取点D使∠DCB=∠A。在△CDB与△ACB中,∠B=∠B,∠DCB=∠A,∴△CDB∽△ACB(两角对应相等)∴BC/BA=BD/BC,从而BD=a^2/c。又由CD/AC=CB/AB知,CD=ab/c。另一方面,AD=AB-BD=c-a^2/c=b^2/c(因为c^2=a^2+b^2),在△ACD与△CBD中,DC/AD=(ab/c)/(b^2/c)=a/b,BC/AC=a/b,BD/CD=(a^2/c)/(ab/c)=a/b,∴△ACD∽△CBD(三边对应成比例)。∴∠BDC=∠CDA。而∠BDC+∠CDA=180°,故∠BDC=∠CDA=90°。由于∠ACB=∠CDB,所以∠ACB90°。(证毕)要进行实际应用,那样就事半功倍证法4做四个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b,斜边长为c.把它们拼成如图那样的一个多边形,使D、E、F在一条直线上.过C作AC的延长线交DF于点P.∵D、E、F在一条直线上,且RtΔGEF≌RtΔEBD,∴∠EGF=∠BED,∵∠EGF+∠GEF=90°,∴∠BED+∠GEF=90°,∴∠BEG=180°―90°=90°又∵AB=BE=EG=GA=c,∴ABEG是一个边长为c的正方形.∴∠ABC+∠CBE=90°∵RtΔABC≌RtΔEBD,∴∠ABC=∠EBD.∴∠EBD+∠CBE=90°即∠CBD=90°又∵∠BDE=90°,∠BCP=90°,BC=BD=a.∴BDPC是一个边长为a的正方形.同理,HPFG是一个边长为b的正方形.证法5做两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a),斜边长为c.再做一个边长为c的正方形.把它们拼成如图所示的多边形.分别以CF,AE为边长做正方形FCJI和AEIG,∵EF=DF-DE=b-a,EI=b,∴FI=a,∴G,I,J在同一直线上,∵CJ=CF=a,CB=CD=c,∠CJB=∠CFD=90°,∴RtΔCJB≌RtΔCFD,同理,RtΔABG≌RtΔADE,∴RtΔCJB≌RtΔCFD≌RtΔABG≌RtΔADE∴∠ABG=∠BCJ,∵∠BCJ+∠CBJ=90°,∴∠ABG+∠CBJ=90°,∵∠ABC=90°,∴G,B,I,J在同一直线上,证法6做三个边长分别为a、b、c的正方形,把它们拼成如图所示形状,使H、C、B三点在一条直线上,连结BF、CD.过C作CL⊥DE,交AB于点M,交DE于点L.∵AF=AC,AB=AD,∠FAB=∠GAD,∴ΔFAB≌ΔGAD,∵ΔFAB的面积等于,ΔGAD的面积等于矩形ADLM的面积的一半,∴矩形ADLM的面积=.同理可证,矩形MLEB的面积=.∵正方形ADEB的面积=矩形ADLM的面积+矩形MLEB的面积∴即a的平方+b的平方=c的平方证法7已知在△ABC中,a2+b2=c2,求证∠C=90°证明:作AH⊥BC于H⑴若∠C为锐角,设BH=y,AH=x得x2+y2=c2,又∵a2+b2=c2,∴a2+b2=x2+y2(A)但a>y,b>x,∴a2+b2>x2+y2(B)(A)与(B)矛盾,∴∠C不为锐角⑵若∠C为钝角,设HC=y,AH=x得a2+b2=c2=x2+(a+y)2=x2+y2+2ay+a2∵x2+y2=b2,得a2+b2=a2+b2+2ay2ay=0∵a≠0,∴y=0这与∠C是钝角相矛盾,∴∠C不为钝角综上所述,∠C必为直角在△ABC中,a2+b2=c2,求证∠C=90°证明:作AH⊥BC于H⑴若∠C为锐角,设BH=y,AH=x得x2+y2=c2,又∵a2+b2=c2,∴a2+b2=x2+y2(A)但a>y,b>x,∴a2+b2>x2+y2(B)(A)与(B)矛盾,∴∠C不为锐角⑵若∠C为钝角,设HC=y,AH=x得a2+b2=c2=x2+(a+y)2=x2+y2+2ay+a2∵x2+y2=b2,得a2+b2=a2+b2+2ay2ay=0∵a≠0,∴y=0这与∠C是钝角相矛盾,∴∠C不为钝角综上所述,∠C必为直角其他证明这个定理有许多证明的方法,其证明的方法可能是数学众多定理中最多的。路明思(ElishaScottLoomis)的PythagoreanProposition(《毕达哥拉斯命题》)一书中总共提到367种证明方式。有人会尝试以三角恒等式(例如:正弦和余弦函数的泰勒级数)来证明勾股定理,但是,因为所有的基本三角恒等式都是建基于勾股定理,所以不能作为勾股定理的证明(参见循环论证)。证法1作四个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b,斜边长为c.把它们拼成如图那样的一个多边形,使D、E、F在一条直线上。过点C作AC的延长线交DF于点P.∵D、E、F在一条直线上,且RtΔGEF≌RtΔEBD,∴∠EGF=∠BED,∵∠EGF+∠GEF=90°,∴∠BED+∠GEF=90°,∴∠BEG=180°―90°=90°又∵AB=BE=EG=GA=c,∴ABEG是一个边长为c的正方形。∴∠ABC+∠CBE=90°∵RtΔABC≌RtΔEBD,∴∠ABC=∠EBD.∴∠EBD+∠CBE=90°即∠CBD=90°又∵∠BDE=90°,∠BCP=90°,BC=BD=a.∴BDPC是一个边长为a的正方形。同理,HPFG是一个边长为b的正方形.设多边形GHCBE的面积为S,则A2+B2=C2证法2作两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a),斜边长为c.再做一个边长为c的正方形。把它们拼成如图所示的多边形,使E、A、C三点在一条直线上.过点Q作QP∥BC,交AC于点P.过点B作BM⊥PQ,垂足为M;再过点F作FN⊥PQ,垂足为N.∵∠BCA=90°,QP∥BC,∴∠MPC=90°,∵BM⊥PQ,∴∠BMP=90°,∴BCPM是一个矩形,即∠MBC=90°。∵∠QBM+∠MBA=∠QBA=90°,∠ABC+∠MBA=∠MBC=90°,∴∠QBM=∠ABC,又∵∠BMP=90°,∠BCA=90°,BQ=BA=c,∴RtΔBMQ≌RtΔBCA.同理可证RtΔQNF≌RtΔAEF.即A2+B2=C2证法3作两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a),斜边长为c.再作一个边长为c的正方形。把它们拼成如图所示的多边形.分别以CF,AE为边长做正方形FCJI和AEIG,∵EF=DF-DE=b-a,EI=b,∴FI=a,∴G,I,J在同一直线上,∵CJ=CF=a,CB=CD=c,∠CJB=∠CFD=90°,∴RtΔCJB≌RtΔCFD,同理,RtΔABG≌RtΔADE,∴RtΔCJB≌RtΔCFD≌RtΔABG≌RtΔADE∴∠ABG=∠BCJ,∵∠BCJ+∠CBJ=90°,∴∠ABG+∠CBJ=90°,∵∠ABC=90°,∴G,B,I,J在同一直线上,A2+B2=C2。证法4作三个边长分别为a、b、c的三角形,把它们拼成如图所示形状,使H、C、B三点在一条直线上,连结BF、CD.过C作CL⊥DE,交AB于点M,交DE于点L.∵AF=AC,AB=AD,∠FAB=∠GAD,∴ΔFAB≌ΔGAD,∵ΔFAB的面积等于,ΔGAD的面积等于矩形ADLM的面积的一半,∴矩形ADLM的面积=.同理可证,矩形MLEB的面积=.∵正方形ADEB的面积=矩形ADLM的面积+矩形MLEB的面积∴即A2+B2=C2证法5《几何原本》中的证明在欧几里得的《几何原本》一书中提出勾股定理由以下证明后可成立。设△ABC为一直角三角形,其中A为直角。从A点划一直线至对边,使其垂直于对边上的正方形。此线把对边上的正方形一分为二,其面积分别与其余两个正方形相等。在正式的证明中,我们需要四个辅助定理如下:如果两个三角形有两组对应边和这两组边所夹的角相等,则两三角形全等。(SAS定理)三角形面积是任一同底同高之平行四边形面积的一半。任意一个正方形的面积等于其二边长的乘积。任意一个四方形的面积等于其二边长的乘积(据辅助定理3)。证明的概念为:把上方的两个正方形转换成两个同等面积的平行四边形,再旋转并转换成下方的两个同等面积的长方形。其证明如下:设△ABC为一直角三角形,其直角为CAB。其边为BC、AB、和CA,依序绘成四方形CBDE、BAGF和ACIH。画出过点A之BD、CE的平行线。此线将分别与BC和DE直角相交于K、L。分别连接CF、AD,形成两个三角形BCF、BDA。∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A和G都是线性对应的,同理可证B、A和H。∠CBD和∠FBA皆为直角,所以∠ABD等于∠FBC。因为AB和BD分别等于FB和BC,所以△ABD必须相等于△FBC。因为A与K和L是线性对应的,所以四方形BDLK必须二倍面积于△ABD。因为C、A和G有共同线性,所以正方形BAGF必须二倍面积于△FBC。因此四边形BDLK必须有相同的面积BAGF=AB²;。同理可证,四边形CKLE必须有相同的面积ACIH=AC2;。把这两个结果相加,AB2;+AC2;;=BD×BK+KL×KC。由于BD=KL,BD×BK+KL×KC=BD(BK+KC)=BD×BC由于CBDE是个正方形,因此AB2;+AC2;=BC2;。此证明是于欧几里得《几何原本》一书第节所提出的。折叠达芬奇的证法三张纸片其实是同一张纸,把它撕开重新拼凑之后,中间那个“洞”的面积前后仍然是一样的,但是面积的表达式却不再相同,让这两个形式不同的表达式相等,就能得出一个新的关系式——勾股定理,所有勾股定理的证明方法都有这么个共同点。观察纸片一,因为要证的是勾股定理,那么容易知道EB⊥CF,又因为纸片的两边是对称的,所以能够知道四边形ABOF和CDEO都是正方形。然后需要知道的是角A'和角D'都是直角,原因嘛,可以看纸片一,连结AD,因为对称的缘故,所以∠BAD=∠FAD=∠CDA=∠EDA=45°,那么很明显,图三中角A'和角D'都是直角。证明:第一张中多边形ABCDEF的面积S1=S正方形ABOF+S正方形CDEO+2S△BCO=OF2+OE2+OF·OE第三张中多边形A'B'C'D'E'F'的面积S2=S正方形B'C'E'F'+2△C'D'E'=E'F'2+C'D'·D'E'因为S1=S2所以OF2+OE2+OF·OE=E'F'2+C'D'·D'E'又因为C'D'=CD=OE,D'E'=AF=OF所以OF2+OE2=E'F'2因为E'F'=EF所以OF2+OE2=EF2勾股定理得证。证法9从这张图可以得到一个矩形和三个三角形,推导公式如下:b(a+b)=1/2c2;+ab+1/2(b+a)(b-a)矩形面积=(中间三角形)+(下方)2个直角三角形+(上方)1个直角三角形。(简化)2ab+2b2;=c2;+b2;-a2;+2ab2b2;-b2;+a2;=c2;a2;+b2;=c2;注:根据加菲尔德图进一步得到的图形。
勾股定理是数学史上一个伟大的定理,同时也是一个历史悠久的定理.下面我给你分享数学勾股定理论文,欢迎阅读。
数学思想是数学知识的精髓,又是把知识转化为能力的桥梁.灵活运用数学思想,能够有效地提高分析问题和解决问题的能力,增强应用数学知识的意识.在《勾股定理》这一章中,蕴含着许多重要的数学思想,现举例介绍如下.
一、方程思想
在含有直角三角形的图形中,求线段的长往往要使用勾股定理,如果无法直接用勾股定理来计算,则需要列方程解决.
二、化归思想
化归思想就是通过一定的方法或途径,把需要解决的问题变换形式,变化成另一类已经解决或易于解决的问题,从而使原来的问题得到解决.
例3如图3,长方体的长为15cm,宽为10cm,高为20cm.点B与点C的距离为5cm,一只蜗牛如果要沿着长方体的表面从点A爬到点B,需爬行的最短路程是多少?
分析:由于蜗牛是沿着长方体的表面爬行的,故需把长方体展开成平面图形.根据两点之间线段最短,蜗牛爬行的较短路程有两种可能,如图4、图5所示.利用勾股定理容易求出两种图中AB的长度,比较后即可求得蜗牛爬行的最短路程是25cm.
说明:这里通过长方体的展开图,把立体图形转化为平面图形,把求蜗牛爬行的最短路程问题化归成利用勾股定理求两点间的距离问题.
例4如图6,是一块四边形的草地ABCD,其中∠A = 60O,∠B =∠D = 90O,AB = 20m,CD = 10m,求AD、BC的长(精确到,≈).
(2004年天津市中考题)
分析:图中无直角三角形,怎么办?联想到含30O角的直角三角形,因而延长AD、BC交于点E,则∠E = 30O,AE = 2AB = 40m,CE = 2CD = 20m. 由勾股定理得DE == m,BE == m,所以AD = 40≈,BC = 20≈.
说明:本题充分利用已知图形的特点,通过构造新图形,将四边形问题巧妙地转化成了直角三角形问题.
三、数形结合思想
数形结合,就是抓住数与形之间本质上的联系,将抽象的数学语言与直观的图形结合起来,通过“以形助数”或“以数解形”,使复杂问题简单化、抽象问题具体化,从而达到迅速解题的目的.
例5在一棵树的10m高处有两只猴子,其中一只爬下树直奔离树20m的池塘,而另一只爬到树顶后直扑池塘,如果两只猴子经过的距离相等,问这棵树有多高?(2005年福建省龙岩市中考题)
分析:依题意画出示意图7,D为树顶,AB = 10m,C为池塘,AC = 20m. 设BD = (m),则树高AD = ( +10)m.因为AC + AB = BD + DC,所以DC = (30)m. 在Rt△ACD中,由勾股定理可得方程202 + ( + 10)2 = (30)2,解得 = 5,所以 +10 = 15,即树高15m.
说明:勾股定理本身就是数形结合的一个典范,它把直角三角形有一个直角的“形”的特点,转化为三边“数”的关系.利用勾股定理解决实际问题,关键是利用数形结合思想将实际问题转换成直角三角形模型,再利用方程来解决.
四、分类讨论思想
在解题过程中,当条件或结论不确定或不惟一时,往往会产生几种可能的情况,这就需要依据一定的标准对问题进行分类,再针对各种不同的情况分别予以解决.最后综合各类结果得到整个问题的结论.分类讨论实质上是一种“化整为零,各个击破,再积零为整”的数学方法.
例6 一直角三角形的两边长分别为3cm、4cm,则第三边的长为______.
分析:此题中已知一个直角三角形的两边长,并没有指明是直角边还是斜边,因此要分类讨论,答案是5cm或cm.
例7“曙光中学”有一块三角形形状的花圃ABC,现可直接测量到∠A = 30O,AC = 40米,BC = 25米,请你求出这块花圃的面积. (2003年黑龙江省中考题)
分析:由于题目中没有明确告诉我们△ABC的形状,故需分两种情况讨论.
在图8中,S△ABC=10 (20 + 15)米2;
在图9中,S△ABC= 10(2015)米2.
说明:此类问题由于题目中没有图形,常需分类讨论,解答时极易因考虑不周而导致漏解,希望同学们用心体会.
五、整体思想
对于某些数学问题,如果拘泥常规,从局部着手,则难以求解;如果把问题的某个部分或几个部分看成一个整体进行思考,就能开阔思路,较快解答题目.
例8已知一个直角三角形的周长为30cm, 斜边长为13cm,那么这个三角形的面积为______.
分析:设这个直角三角形的两条直角边长为 ,斜边为 ,则 = 3013 = 17,于是( + )2 = 2 + 2 + 2 = 172 = 289,由勾股定理知2 + 2 = 289,即132+ 2 = 289,所以 = 60,故所求三角形面积S == 30cm2.
说明:我们要求的是面积,即,不一定要分别求出和的值,只要从整体上求出即可.
例9 如图10所示,在直线上依次摆放着七个正方形.已知斜放置的三个正方形的面积分别是1,2,3,正放置的四个正方形的面积依次是S1,S2,S3,S4,则S1 + S2 + S3 + S4 = ______.(2005年浙江省温州市中考题)
分析:根据已知条件可知AC = EC,∠ABC = ∠CDE = 90O,由角的互余关系易证∠ACB =∠CED,这样可得 △ABC ≌ △CDE,所以BC = ED,在Rt△ABC中,由勾股定理,得AC2 = AB2 + BC2 = AB2 + DE2.由S1 = AB2,S2 = DE2,AC2 = 1,有S1 + S2 = 1,同理可得S3 + S4 = 3,所以S1+ S2 + S3 + S4 = 1+3 = 4.
说明:本题不是直接求出S1,S2,S3,S4,而是借助勾股定理求得S1 + S2,S3 +S4,体现了整体思想在解决问题中的灵活应用.
数学思想方法是以具体数学内容为载体,又高于具体数学内容的一种指导思想和普遍适用的方法.它能使人领悟到数学的真谛,并对人们学习和应用数学知识解决问题的思维活动起着指导和调控的作用.日本数学教育家米山国藏认为,学生在进入社会以后,如果没有什么机会应用数学,那么作为知识的数学,通常在出校门后不到一两年就会忘掉,然而不管他们从事什么业务工作,那种铭刻在人脑中的数学精神和数学思想方法,会长期地在他们的生活和工作中发挥重要作用.灵活运用数学思想方法解决问题,往往可以化难为易、化腐朽为神奇,事半功倍.下面以勾股定理中渗透的数学思想为例说明.
一、分类思想
例1.(2013年贵州黔西南州)一直角三角形的两边长分别为3和4,则第三边的长为( )
点评:本题的易错点是受“勾三股四弦五”的影响,直接把边长为4的边当作直角边,从而误选A,犯了考虑问题不全面的错误.
二、方程思想
例2.(2013年山东济南)如图1,小亮将升旗的绳子拉到旗杆底端,绳子末端刚好接触到地面,然后将绳子末端拉到距离旗杆8m处,发现此时绳子末端距离地面2m,则旗杆的高度(滑轮上方的部分忽略不计)为()
分析:观察图形,当绳子末端拉到距离旗杆8m处,可过绳子末端向旗杆作垂线,这样可以得到一个直角三角形,然后设旗杆的高度为未知数,进而运用勾股定理列方程求解.
解:如图2,设旗杆的高度为x,则AC=AD=x,AB=x-2,BC=8.
在Rt△ABC中,由勾股定理,得(x-2)2+82=x2.
解得x=17m,即旗杆的高度为17m,答案选D.
三、整体思想
例3.(2013年江苏扬州)矩形的两邻边长的差为2,对角线长为4,则矩形的面积为____________.
分析:设矩形的两邻边长分别为a、b(a>b),则依据题意有a-b=2,a2+b2=16.而矩形的面积等于ab,关键要设法将两个等式转化为含有ab的式子.
解:设矩形的两邻边长分别为a、b (a>b),则a-b=2.
五、数形结合思想
例5.(2013年湖南张家界)如图4,在平面直角坐标系中,矩形OABC的顶点A、C的坐标分别为(10,0)、(0,4),点D是OA的中点,点P在BC上运动.当△ODP是腰长为5的等腰三角形时,点P的坐标为________.
分析:易知OD=5,要使△ODP为腰长为5的等腰三角形,可以点O为圆心,OD为半径作圆;也可以点D为圆心,OD为半径作圆.
解:由C(10,0)可知OD=5.
(1)以点O为圆心,OD为半径作圆交边
六、构造思想例6.同例3
分析:根据已知条件,联想到证明勾股定理的弦图,本例便有如下巧妙解法.
正确的数学思想是成功解题的关键所在.在运用勾股定理解题时,若能正确把握数学思想,则可使思路开阔,方法简便快捷.下面列举在应用勾股定理时经常用到的数学思想,供同学们参考.
一、 方程思想
◆例1如图1,有一块直角三角形纸片,两直角边AC=6cm,BC=8cm,现将直角边AC沿直线AD折叠,使它落在斜边AB上且点C落到E点,则CD等于( ).
分析:由题意可知,ΔACD 和ΔAED关于直线AD对称,因而有ΔACD ≌ΔAED .进一步则有AE=AC=6cm,CD=ED,DE⊥AB.设CD=ED=xcm,则在ΔDEB中,由勾股定理可得DE2+BE2=BD2.又因在ΔABC中,AB2=AC2+BC2=62+82=100,得AB=10.所以有x2+(10- 6) 2=(8- x)2,解得x=3.故选B.
二、转化思想
◆例2如图2,长方体的高为3cm,底面是正方形,边长为2cm.现有一小虫从A出发,沿长方体表面爬行,到达C处,问小虫走的路程最短为多少厘米?
分析:求几何体表面最短距离问题,通常可将几何体表面展开,把立体图形转化为平面图形.对于此题,可将该长方体的右表面翻折至前表面,使A、C两点共面,连结AC,线段AC的长度即为最短路程(如图3).由勾股定理可知AC2=32+42=52,即小虫所走的最短路程为5cm.
三、分类讨论思想
◆例3在ΔABC中,AB=15,AC=20,BC边上的高AD=12,试求BC的长.
分析:三角形中某边上的高既可在三角形内部,也可在三角形的外部,故此题应分两种情况来考虑.当BC边上的高AD在ΔABC的内部时,如图4,由勾股定理得BD2=AB2-AD2,得BD=9;CD2=AC2-AD2, 得CD=16,则BC=BD+CD=9+16=25;当BC上的高AD在ΔABC的外部时,如图5,同样由勾股定理可求得CD=16,BD=9,这时,BC=CD-BD=16- 9=7,故BC的长为25或7.
四、数形结合思想
勾股定理是几何学中的明珠,所以它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若骛,其中有著名的数学家,也有业余数学爱好者,有普通的老百姓,也有尊贵的政要权贵,甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单,更容易吸引人,才使它成百次地反复被人炒作,反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。 在这数百种证明方法中,有的十分精彩,有的十分简洁,有的因为证明者身份的特殊而非常著名。 在国外,尤其在西方,勾股定理通常被称为毕达哥拉斯定理.这是由于,他们认为最早发现直角三角形具有“勾2+股2=弦2”这一性质并且最先给出严格证明的是古希腊的数学家毕达哥拉斯(Pythagoras,约公元前580-公元前500). 实际上,在更早期的人类活动中,人们就已经认识到这一定理的某些特例.除我国在公元前1000多年前发现勾股定理外,据说古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法则来确定直角.但是,这一传说引起过许多数学史家的怀疑.比如,美国的数学史家M·克莱因教授曾经指出:“我们也不知道埃及人是否认识到毕达哥拉斯定理.我们知道他们有拉绳人(测量员),但所传他们在绳上打结,把全长分成长度为3、4、5的三段,然后用来形成直角三角形之说,则从未在任何文件上得到证实.”不过,考古学家们发现了几块大约完成于公元前2000年左右的古巴比伦的泥版书,据专家们考证,其中一块上面刻有如下问题:“一根长度为30个单位的棍子直立在墙上,当其上端滑下6个单位时,请问其下端离开墙角有多远?”这是一个三边为3:4:5三角形的特殊例子;专家们还发现,在另一块版板上面刻着一个奇特的数表,表中共刻有四列十五行数字,这是一个勾股数表:最右边一列为从1到15的序号,而左边三列则分别是股、勾、弦的数值,一共记载着15组勾股数.这说明,勾股定理实际上早已进入了人类知识的宝库. 证明方法: 先拿四个一样的直角三角形。拼入一个(a+b)的正方形中,中央米色正方形的面积:c2 。图(1)再改变三角形的位置就会看到两个米色的正方形,面积是(a2 , b2)。图(2)四个三角形面积不变,所以结论是:a2 + b2 = c2 勾股定理的历史: 商高是公元前十一世纪的中国人.当时中国的朝代是西周,是奴隶社会时期.在中国古代大约是战国时期 西汉的数学著作 《周髀 算经》中记录着商高同周公的一段对话.商高说:"…故折矩,勾广三,股修四 ,经隅五."商高那段话的意思就是说:当直角三角形的两条直角边分别为3(短边)和4(长边)时,径 隅(就是弦)则为5.以后人们就简单地把这个事实说成"勾三股四弦五".这就是著名的勾股定理. 关于勾股定理的发现,《周髀算经》上说:"故禹之所以治天下者,此数之所由生也.""此数"指的是"勾 三股四弦五",这句话的意思就是说:勾三股四弦五这种关系是在大禹治水时发现的. 赵爽: •东汉末至三国时代吴国人 •为《周髀算经》作注,并著有《勾股圆方图说》. 赵爽的这个证明可谓别具匠心,极富创新意识.他用几何图形的截,割,拼,补来证明代数式之间的恒 等关系,既具严密性,又具直观性,为中国古代以形证数,形数统一,代数和几何紧密结合,互不可分的 独特风格树立了一个典范.以后的数学家大多继承了这一风格并且代有发展.例如稍后一点的刘徽在证明 勾股定理时也是用的以形证数的方法,只是具体图形的分合移补略有不同而已. 中国古代数学家们对于勾股定理的发现和证明,在世界数学史上具有独特的贡献和地位.尤其是其中 体现出来的"形数统一"的思想方法,更具有科学创新的重大意义.事实上,"形数统一"的思想方法正 是数学发展的一个极其重要的条件.正如当代中国数学家吴文俊所说:"在中国的传统数学中,数量关系 与空间形式往往是形影不离地并肩发展着的......十七世纪笛卡儿解析几何的发明,正是中国这种传统思 想与方法在几百年停顿后的重现与继续." 中国最早的一部数学著作——《周髀算经》的开头,记载着一段周公向商高请教数学知识的对话: 周公问:"我听说您对数学非常精通,我想请教一下:天没有梯子可以上去,地也没法用尺子去一段 一段丈量,那么怎样才能得到关于天地得到数据呢?" 商高回答说:"数的产生来源于对方和圆这些形体的认识.其中有一条原理:当直角三角形'矩' 得到的一条直角边'勾'等于3,另一条直角边'股'等于4的时候,那么它的斜边'弦'就必定是5.这 个原理是大禹在治水的时候就总结出来的。
勾股定理又叫商高定理、毕氏定理,或称毕达哥拉斯定理(Pythagoras Theorem).在一个直角三角形中,斜边边长的平方等于两条直角边边长平方之和。如果直角三角形两直角边分别为a、b,斜边为c,那么a²+b²=c²,即α*α+b*b=c*c推广:把指数改为n时,等号变为小于号据考证,人类对这条定理的认识,少说也超过 4000 年!中国最早的一部数学著作——《周髀算经》的第一章,就有这条定理的相关内容:周公问:“窃闻乎大夫善数也,请问古者包牺立周天历度。夫天不可阶而升,地不可得尺寸而度,请问数安从出?”商高答:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出九九八十一,故折矩以为勾广三,股修四,径隅五。既方其外,半之一矩,环而共盘。得成三、四、五,两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所由生也。”就是说,矩形以其对角相折所称的直角三角形,如果勾(短直角边)为3,股(长直角边)为4,那么弦(斜边)必定是5。从上面所引的这段对话中,我们可以清楚地看到,我国古代的人民早在几千年以前就已经发现并应用勾股定理这一重要的数学原理了。在西方有文字记载的最早的证明是毕达哥拉斯给出的。据说当他证明了勾股定理以后,欣喜若狂,杀牛百头,以示庆贺。故西方亦称勾股定理为“百牛定理”。遗憾的是,毕达哥拉斯的证明方法早已失传,我们无从知道他的证法。实际上,在更早期的人类活动中,人们就已经认识到这一定理的某些特例。除上述两个例子外,据说古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法则来确定直角。但是,这一传说引起过许多数学史家的怀疑。比如说,美国的数学史家M·克莱因教授曾经指出:“我们也不知道埃及人是否认识到毕达哥拉斯定理。我们知道他们有拉绳人(测量员),但所传他们在绳上打结,把全长分成长度为3、4、5的三段,然后用来形成直角三角形之说,则从未在任何文件上得证实。”不过,考古学家们发现了几块大约完成于公元前2000年左右的古巴比伦的泥板书,据专家们考证,其中一块上面刻有如下问题:“一根长度为 30个单位的棍子直立在墙上,当其上端滑下6个单位时,请问其下端离开墙角有多远?”这是一个三边为为3:4:5三角形的特殊例子;专家们还发现,在另一块泥板上面刻着一个奇特的数表,表中共刻有四列十五行数字,这是一个勾股数表:最右边一列为从1到15的序号,而左边三列则分别是股、勾、弦的数值,一共记载着15组勾股数。这说明,勾股定理实际上早已进入了人类知识的宝库。勾股定理是几何学中的明珠,它充满魅力,千百年来,人们对它的证明趋之若鹜,其中有著名的数学家、画家,也有业余数学爱好者,有普通的老百姓,也有尊贵的政要权贵,甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单又实用,更容易吸引人,才使它成百次地反复被人炒作,反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑,其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此,有资料表明,关于勾股定理的证明方法已有500余种,仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。(※关于勾股定理的详细证明,由于证明过程较为繁杂,不予收录。) 人们对勾股定理感兴趣的原因还在于它可以作推广。 欧几里得在他的《几何原本》中给出了勾股定理的推广定理:“直角三角形斜边上的一个直边形,其面积为两直角边上两个与之相似的直边形面积之和”。 从上面这一定理可以推出下面的定理:“以直角三角形的三边为直径作圆,则以斜边为直径所作圆的面积等于以两直角边为直径所作两圆的面积和”。 勾股定理还可以推广到空间:以直角三角形的三边为对应棱作相似多面体,则斜边上的多面体的表面积等于直角边上两个多面体表面积之和。 若以直角三角形的三边为直径分别作球,则斜边上的球的表面积等于两直角边上所作二球表面积之和。 如此等等。
具体如下:
勾股定理,是一个基本的几何定理,指直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。中国古代称直角三角形为勾股形,并且直角边中较小者为勾,另一长直角边为股,斜边为弦,所以称这个定理为勾股定理,也有人称商高定理。
勾股定理现约有500种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,也是数形结合的纽带之一。
在中国,周朝时期的商高提出了“勾三股四弦五”的勾股定理的特例。在西方,最早提出并证明此定理的为公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯学派,他们用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和。
公元前十一世纪,数学家商高(西周初年人)就提出“勾三、股四、弦五”。编写于公元前一世纪以前的《周髀算经》中记录着商高与周公的一段对话。商高说:“……故折矩,勾广三,股修四,经隅五。”意为:当直角三角形的两条直角边分别为3(勾)和4(股)时,径隅(弦)则为5。以后人们就简单地把这个事实说成“勾三股四弦五”,根据该典故称勾股定理为商高定理。
公元三世纪,三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,记录于《九章算术》中“勾股各自乘,并而开方除之,即弦”,赵爽创制了一幅“勾股圆方图”,用数形结合得到方法,给出了勾股定理的详细证明。后刘徽在刘徽注中亦证明了勾股定理。