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摘要:勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,是用代数思想解决几何问题的最重要的工具,也是数形结合的纽带之一。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。勾股定理实现了由数到形的转化,把数量关系整化为了形的特征,勾股定理及其逆定理,直观地揭示了三角形的特征。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。《九章算术》中勾股定理涉及8种勾股数,这在古代世界数学文献中是罕见的。通过勾股数,可知勾股定理是不变的,但勾股弦数据则可多变,可谓是静中有动,神奇多变。
关键词:勾股定理;证明;方法
中图分类号:G4 文献标识码:A
一、欧几里得对勾股定理的证明
公元前300年欧几里得对毕达哥拉斯定理(勾股定理)的证明,并未因时光的流逝而丝毫丧失它的美与活力。这个证明的美妙之处在于其先决条件的精炼,欧几里得的命题不是关于代数方程式c?=a?+b?,而是述及了一种几何现象,涉及到以直角三角形的三条边为边作的实在的正方形。
欧几里得证明了以AB和AC为边的两个小正方形面积之和等于以斜边BC为边的大正方形面积,为了证明这点,他采用了一个非常奇妙的方法,从直角顶点开始作线段AL,使之与大正方形的边平行,并将大正方形分割为两个矩形,证明左边矩形的面积等于以AB为边的正方形面积;同样,右边矩形的面积等于以AC为边的正方形面积即可,由此可直接导出,两个矩形面积之和等于大正方形面積,同样也就等于两个小正方形面积之和。
二、刘徽之说
勾股:刘徽注称“短面曰勾,长面曰股,相与结角曰弦”,意思是说直角三角形里“短边叫勾,长边叫股,斜边叫弦”;勾股术:已知直角三角形的两边推求第三边的方法,也就是《九章算术》中所载的三种不同互求形式,
三、赵爽的“弦图”证明
赵爽撰成“勾股圆方图”说,附录于《周髀算经》首张的注文中,勾股图说中的勾股定理,赵爽写成为“勾股各自乘,并之为弦实,开方除之即弦”,他的证明利用了一个“弦图”,弦图是运用几何和算术工具获得代数结构的技巧。赵爽所谓的“弦实”是弦平方的面积,“弦图”是以弦为边的正方形。在“弦图”内作四个相等的勾股形,各以正方形的边为弦。如图,赵爽称这四个勾股形面积为“朱实”,中间的小正方形面积为“黄实”。
设a、b、c为勾股形的勾、股、弦,则一个朱实是?ab,四个朱实是1/2ab,黄实是(b-a)2,c2=2ab+(b-a)2=a2+b2,c=√a2+b2
2002年世界数学家大会(ICM-2002)在北京召开,此届大会的会标就是经过艺术处理得“弦图”,它像一个风吹,欢迎世界各地数学家们的到来。
中国著名的证明方法
画两个边长为(a+b)的正方形,如图,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(等量减等量),左图剩下两个正方形,分别以a,b为边,而右图剩下以c为边的正方形,于是a2+b2=c2
四、矩形面积公式证明勾股定理
如图,同一个正方形被分成两个较小的相互交叠的正方形,一个是3×3,一个是4×4,它们交叠的部分与5×5正方形中没有被它们占据的空余部分面积相同,这说明大正方形的面积即32与42的和。
两个阴影矩形面积的和等于小阴影正方形(由两个正方形组成)的面积。令5,4和3为变量c,b和a的值,从而证明a2+b2=c2
总之,勾股定理在数学上是全方位的,它给人们的启迪不仅在于“形”的方面,而且也在于“数”的方面。如果从“数”的角度看,就会注意到数论中“勾股数”的问题,即不定方程x2+y2=z2的“正整数解组”;瞻仰历史,勾股定理曾经出现在众多文明之中;在建筑上,它是保证作成直角的一种方法;在数学上,它是贯穿许多数学学科的一个不可或缺的工具。可见,它成为了每一个学者跨进数学殿堂的必备品。
参考文献
[1][美]威廉.邓纳姆 天才引导的历 中国对外翻译出版公司 1997.2
[2]吴文俊 中国数学史大系 北京师范大学出版社 1998.9
[3]瞿连林 初中数学重点与难点 光明日报出版社 1991.1
[4]马复等 数学 北京师范大学出版社 2004.5
[5]白尚怒 《九章算术》注释 科学出版社 1980.11
[6]常克峰 怎样教与学平面几何 光明日报出版社 1991.1
[7]傅钟鹏 中华古数学巡礼 辽宁人民出版社 1982.9
[8]考克塞特 几何学的新探索 北京大学出版社 1983.3
[9]迈克尔.塞拉 发现几何 人民教育出版社 2000.7
关键词:勾股定理;证明;方法
中图分类号:G4 文献标识码:A
一、欧几里得对勾股定理的证明
公元前300年欧几里得对毕达哥拉斯定理(勾股定理)的证明,并未因时光的流逝而丝毫丧失它的美与活力。这个证明的美妙之处在于其先决条件的精炼,欧几里得的命题不是关于代数方程式c?=a?+b?,而是述及了一种几何现象,涉及到以直角三角形的三条边为边作的实在的正方形。
欧几里得证明了以AB和AC为边的两个小正方形面积之和等于以斜边BC为边的大正方形面积,为了证明这点,他采用了一个非常奇妙的方法,从直角顶点开始作线段AL,使之与大正方形的边平行,并将大正方形分割为两个矩形,证明左边矩形的面积等于以AB为边的正方形面积;同样,右边矩形的面积等于以AC为边的正方形面积即可,由此可直接导出,两个矩形面积之和等于大正方形面積,同样也就等于两个小正方形面积之和。
二、刘徽之说
勾股:刘徽注称“短面曰勾,长面曰股,相与结角曰弦”,意思是说直角三角形里“短边叫勾,长边叫股,斜边叫弦”;勾股术:已知直角三角形的两边推求第三边的方法,也就是《九章算术》中所载的三种不同互求形式,
三、赵爽的“弦图”证明
赵爽撰成“勾股圆方图”说,附录于《周髀算经》首张的注文中,勾股图说中的勾股定理,赵爽写成为“勾股各自乘,并之为弦实,开方除之即弦”,他的证明利用了一个“弦图”,弦图是运用几何和算术工具获得代数结构的技巧。赵爽所谓的“弦实”是弦平方的面积,“弦图”是以弦为边的正方形。在“弦图”内作四个相等的勾股形,各以正方形的边为弦。如图,赵爽称这四个勾股形面积为“朱实”,中间的小正方形面积为“黄实”。
设a、b、c为勾股形的勾、股、弦,则一个朱实是?ab,四个朱实是1/2ab,黄实是(b-a)2,c2=2ab+(b-a)2=a2+b2,c=√a2+b2
2002年世界数学家大会(ICM-2002)在北京召开,此届大会的会标就是经过艺术处理得“弦图”,它像一个风吹,欢迎世界各地数学家们的到来。
中国著名的证明方法
画两个边长为(a+b)的正方形,如图,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(等量减等量),左图剩下两个正方形,分别以a,b为边,而右图剩下以c为边的正方形,于是a2+b2=c2
四、矩形面积公式证明勾股定理
如图,同一个正方形被分成两个较小的相互交叠的正方形,一个是3×3,一个是4×4,它们交叠的部分与5×5正方形中没有被它们占据的空余部分面积相同,这说明大正方形的面积即32与42的和。
两个阴影矩形面积的和等于小阴影正方形(由两个正方形组成)的面积。令5,4和3为变量c,b和a的值,从而证明a2+b2=c2
总之,勾股定理在数学上是全方位的,它给人们的启迪不仅在于“形”的方面,而且也在于“数”的方面。如果从“数”的角度看,就会注意到数论中“勾股数”的问题,即不定方程x2+y2=z2的“正整数解组”;瞻仰历史,勾股定理曾经出现在众多文明之中;在建筑上,它是保证作成直角的一种方法;在数学上,它是贯穿许多数学学科的一个不可或缺的工具。可见,它成为了每一个学者跨进数学殿堂的必备品。
参考文献
[1][美]威廉.邓纳姆 天才引导的历 中国对外翻译出版公司 1997.2
[2]吴文俊 中国数学史大系 北京师范大学出版社 1998.9
[3]瞿连林 初中数学重点与难点 光明日报出版社 1991.1
[4]马复等 数学 北京师范大学出版社 2004.5
[5]白尚怒 《九章算术》注释 科学出版社 1980.11
[6]常克峰 怎样教与学平面几何 光明日报出版社 1991.1
[7]傅钟鹏 中华古数学巡礼 辽宁人民出版社 1982.9
[8]考克塞特 几何学的新探索 北京大学出版社 1983.3
[9]迈克尔.塞拉 发现几何 人民教育出版社 2000.7