在这段时间,我们探索了勾股定理。那下面,我来分享一下我们的探索历程。
我们会把勾股定理分成浪漫、精确、综合应用和未来发展四个板块。先来说一说,第一个板块——浪漫。我们也可以把它理解为对三角形的一个重温,并且要提出我们接下来探索的问题。
首先呢,我们要知道三角形的定义是什么?三条线段首尾相连围成的封闭图形叫三角形。那么,对于一个三角形会有哪些性质呢?当然有我们所知道的内角和为180度;三角形的一个外角度数等于这个角不相邻的两个角的度数和;两边之和和大于第三边和两边之差小于第三边。
对于直接三角形呢?它的角和边分别具有哪些性质?关于角有一个定义:一个角的度数为90度,其余两个角互余。关于边,就是斜边最长。
但是,如果你对于全等三角形很敏感的话,你会发现,我们刚开始判定的SSA不能判定三角形全等。但在直角三角形中,好像却也证明三角形全等,这是为什么?直角三角形的三边会不会有怎样的特殊数量关系呢?
我们会发现正方形的对角线,没法用一个准确的数来表示,我们只能给开他一个范围,所以这道题也就是在引导我们去发现直角三角形三边的数量关系。
我们可以举这样一个例子。画出一个直角三角形,使其两条直角边的长度分别为3cm和4cm,然后量出斜边的长为多少。通过画图,我们可以得出斜边的长度为5cm。那么此时我们能不能猜想,三边长的平方之间会有怎样的关系呢?你会发现3²=9,4²=16,而9+16=25,也就是3²+4²=5²。所以我们能猜测:在直角三角形中,两条直角边的平方和等于斜边的平方。
好,既然已经有了猜想,就可以对此进行一步步地证明了。如图:
图中的直角三角形三边的平方,满足我们上面所猜想的数量关系吗?我们可以对此进行计算。如图我们可知到,直角三角形的三边分别为a,b,c,我们的猜想是a²+b²=c²。那你再仔细想想,a²是不是就是正方形的面积公式吗。那么以边长a所构成的这个正方形,我们先称为“正方形a”。我们知道,一个小格的长度为1,那么边长a的长度就应该是3,正方形的面积也就是a²=9。那你再看边长b所构成的正方形,它的边长长度也为3,所以正方形b的面积也等于9。接下来就是边长c,我们会发现c它是一个斜边,你没法直接用边长去求出它的面积是多少,所以我们就可以用到“割补法”。如图:
其中左边为“割”的方法,右边为“补”的办法。所谓“割”就是把这个正方形c分成4个小直角三角形。而补呢,则是把它补成一个大正方形,然后再减去4个小直角三角形。所以我们可以通过任意一种方法得出正方形c的面积为18。那么现在,我们得出的结果是a²=9,b²=9,c²=18,那也就证明了我们刚才的猜想,a²+b²=c²。
可是这样的一个猜想能否作为定理呢?不能。为什么呢?因为以上的种种都是特例,我们在证名的过程中,用的是数格子的方法,但真正的证明是要脱离格子纸,去用字母证明(最简单的方法)。下面,让我们来一起证明吧。如图:
我们当然同样猜想abc的关系为a²+b²=c²。那么在这样一个图形中,我们需要先把其他所对应abc的边给标出来。然后求出它们的面积含有abc的关系式。如右半边所示。然后用刚才所知道的一个大正方形减去4个小三角形就等于正方形c了。如图:
当然,也可以用割的办法,我在此就不说了,展示一下过程
图 过程除了正方形的证明方法,还可以用直角梯形来验证勾股定理。如图:
图 过程证明完勾股定理后,让我们再用标准三种的数学语言来总结一下。如图:
证明完了勾股定理,你有没有想过它会像我们当时的平行线一样,拥有互逆的性质定理和判定定理?没错,勾股定理也有它的逆定理。勾股定理我们知道是已知直角三角形,去求三边。那逆定理,你就应该会想到是已知三边的关系,然后去求三角形是否为直角三角形。那下面,就让我们来展开证明吧。如图:
已知三角形ABC的三边长abc满足a方+b方=c方,我们要求角C等于90度。那我们该怎么证明呢?我们可以画一个直角三角形A'B'C',使角C等于90度且A'C'=AC,B'C'=BC。然后可以用勾股定理得出A'B'=AB,然后再用SSS证出全等就可以求出了。过程如下:
我们也同样在用三种数学语言来总结一下。
那你又有没有想过,证明直角三角形全等的方法有不同的(也就是在文章开始前我们提过的)?嗯,肯定有,我们称它为“HL”,证明过程如下:
最下面是它的符号语言。
以上算是勾股定理的第二部分——精确。
接下来,我们再来说一下综合应用。
对于综合应用部分,我们涉及到的就是用勾股定理或者是逆定理去求一些东西。当然在求的时候,最容易出现的两个“问题”。就是知道直角三角形中,一边的长度和剩下两条边的关系“知一求二”和“知二求一”。那什么是“知一求二”?什么又是“知二求一”呢?“知一求二”是指,在直角三角形中,给你任意一条边的长度和剩下两条边的关系,去求另外两条边的长度。那“知二求一”就是,知道任意两条边的长度去,求另外一条边的长度啦。
最后就是未来发展。可以把它分为横向发展和纵向发展。横向发展呢就是指向勾股数这样的方向探索,而纵向发展呢,“根号”(这章涉及到的符号)可以说是对于实数的一个浪漫。
但是,这章我们探索的就是直角三角形三边的关系(勾股定理),那么还有什么更大的问题可以研究?
我们知道直角三角形一种特殊三角形,所以直角三角形三边的关系能否转化成普通的三角形三边的关系?换句话说,普通三角形的三边又会有怎样的关系呢?
还有是对于直角三角形。如果它的角度不变,其中一条边变长的话,另外两条便会发生怎样的变化?又或者是如果角度变了,另外两条边或角又会发生怎样的变化?( 关于这一类的问题,肯定还有好多好多。)
那么以上,就是我们勾股定理这一章的探索过程。
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