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勾股定理概念、知识点及练习题

摘要:“既方之,外半其一矩②,环而共盘,得成三四五。”:这就是关键的证明过程——以矩的两条边画正方形(勾方、股方),根据矩的弦外面再画一个矩(曲尺,实际上用作直角三角),将“外半其一矩”得到的三角形剪下环绕复制形成一个大正方形,可看到其中有 边长三勾方、边长四股方、边长五弦方 三个正方形。 “两矩共长③二十有五,是谓积矩。”:此为验算——勾方、股方的面积之和,与弦方的面积二十五相等——从图形上来看,大正方形减去四个三角形面积后为弦方,再是 大正方形 减去 右上、左下两个长方形面积后为 勾方股方之和。因三角形为长方形面积的一半,可推出 四个三角形面积 等于 右上、左下两个长方形面积,所以 勾方+股方=弦方。注意① 矩,又称曲尺,L型的木匠工具,由长短两根木条组成的直角。古代“矩”指L型曲尺,“矩形”才是“矩”衍生的长方形。② “既方之,外半其一矩&r
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  “既方之,外半其一矩②,环而共盘,得成三四五。”:这就是关键的证明过程——以矩的两条边画正方形(勾方、股方),根据矩的弦外面再画一个矩(曲尺,实际上用作直角三角),将“外半其一矩”得到的三角形剪下环绕复制形成一个大正方形,可看到其中有 边长三勾方、边长四股方、边长五弦方 三个正方形。 “

  两矩共长③二十有五,是谓积矩。”:此为验算——勾方、股方的面积之和,与弦方的面积二十五相等——从图形上来看,大正方形减去四个三角形面积后为弦方,再是 大正方形 减去 右上、左下两个长方形面积后为 勾方股方之和。因三角形为长方形面积的一半,可推出 四个三角形面积 等于 右上、左下两个长方形面积,所以 勾方+股方=弦方。

  注意

  ① 矩,又称曲尺,L型的木匠工具,由长短两根木条组成的直角。古代“矩”指L型曲尺,“矩形”才是“矩”衍生的长方形。

  ② “既方之,外半其一矩”此句有争议。清代四库全书版定为“既方其外半之一矩”,而之前版本多为“既方之外半其一矩”。经陈良佐、李国伟、李继闵、曲安京等学者研究,“既方之,外半其一矩”更符合逻辑。

  ③ 长指的是面积。古代对不同维度的量纲比较,并没有发明新的术语,而统称“长”。赵爽注称:“两矩者,句股各自乘之实。共长者,并实之数。

  由于年代久远,周公弦图失传,传世版本只印了赵爽弦图(造纸术在汉代才发明)。所以某些学者误以为商高没有证明(只是说了一段莫名其妙的话),后来赵爽才给出证明。 其实不然,摘录赵爽注释《周髀算经》时所做的《句股圆方图》(即赵爽弦图)——“句股各自乘,并之为弦实,开方除之即弦。案:弦图又可以句股相乘为朱实二,倍之为朱实四,以句股之差自相乘为中黄实,加差实亦成弦实。”注意“案”中的“弦图又可以”、“亦成弦实”,“又”“亦”二字表示赵爽认为勾股定理还可以用另一种方法证明,于是他给出了新的证明。

  应用

  勾股定理是欧氏几何中平面单形——三角形边角关系的重要表现形式,虽然是在直角三角形的情形,但基本不失一般性,因此,欧几里得在《原本》中的第一卷,就以勾股定理为核心展开,一方面奠定欧氏公理体系的架构,另一方面仅仅围绕勾股定理的证明,揭示了面积的自然基础,第一卷共48个命题,以勾股定理(第47个命题)及其逆定理(第48个命题)结束,并在后续第二卷中,自然将勾股定理推广大任意三角形的情形,给出了余弦定理的完整形式。

  勾股定理是人们认识宇宙中形的规律的自然起点,无论在东西方文明起源过程中,都有着很多动人的故事。中国古代数学著作《九章算术》的第九章即为勾股术,并且整体上呈现出明确的算法和应用性特点,这与欧几里得《原本》第一章的毕达哥拉斯定理(勾股弦定理)及其显现出来的推理和纯理性特点恰好对比的煜煜生辉的两极,令人感慨。

  从勾股定理出发开平方、开立方、求圆周率等,运用勾股定理数学家还发现了无理数。

  勾股定理在几何学中的实际应用非常广泛,较早的应用案例有《九章算术》中的一题:“今有池,方一丈,葭生其中央,出水一尺,引葭赴岸,适与岸齐,问水深几何?答曰:"一十二尺"。

  生活应用

  勾股定理在生活中的应用也较广泛,举例说明如下:

  1、挑选投影设备时需要选择最佳的投影屏幕尺寸。以教室为例,最佳的屏幕尺寸主要取决于使用空间的面积,从而计划好学生座位的多少和位置的安排。选购的关键则是选择适合学生的屏幕而不是选择适合投影机的屏幕,也就是说要把学生的视觉感受放在第一位。一般来说在选购时可参照三点:

  第一,屏幕高度大约等于从屏幕到学生最后一排座位的距离的1/6;

  第二,屏幕到第一排座位的距离应大于2倍屏幕的高度;

  第三,屏幕底部应离观众席所在地面最少122厘米。

  屏幕的尺寸是以其对角线的大小来定义的。一般视频图像的宽高比为4:3,教育幕为正方形。如一个72英寸的屏幕,根据勾股定理,很快就能得出屏幕的宽为1.5m,高为1.1m。

  2、2005年珠峰高度复测行动。

  测量珠峰的一种方法是传统的经典测量方法,就是把高程引到珠峰脚下,当精确高程传递至珠峰脚下的6个峰顶交会测量点时,通过在峰顶竖立的测量觇标,运用“勾股定理”的基本原理测定珠峰高程,配合水准测量、三角测量、导线测量等方式,获得的数据进行重力、大气等多方面改正计算,最终得到珠峰高程的有效数据。

  通俗来说,就是分三步走:

  第一步,先在珠峰脚下选定较容易的、能够架设水准仪器的测量点,先把这些点的精确高程确定下来;

  第二步,在珠峰峰顶架起觇标,运用三角几何学中“勾股定理”的基本原理,推算出珠峰峰顶相对于这几个点的高程差;

  第三步,获得的高程数据要进行重力、大气等多方面[4]的改正计算,最终确定珠峰高程测量的有效数据。

  【练习题】

  1.等边三角形的高是h,则它的面积是( )

  A. h2      B. h2     C. h2     D. h2

  2.直角三角形的周长为12cm,斜边长为5cm,其面积为( )

  A. 12cm2 B. 10cm 2 C. 8cm2 D. 6cm2

  3.下列命题是真命题的个数有( )

  ①直角三角形的最大边长为 ,短边长为1,则另一条边长为

  ②已知直角三角形的面积为2,两直角边的比为1:2,则它的斜边长为

  ③在直角三角形中,若两条直角边长为n2−1和2n,则斜边长为n2+1

  ④等腰三角形面积为12,底边上的高为4,则腰长为5

  A.1个 B.2个 C.3个 D.4个

  【参考答案】

  1.B

  2.D

  3.D

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