怎麼證明勾股定理 證明書

怎麼證明勾股定理
設ABC爲一直角三角形, 直角於角C. 從點C畫上三角形的高，並將此高與AB的交叉點稱之爲H。此新三角形ACH和原本的三角形ABC相似，因爲在兩個三角形中都有一個直角，而兩個三角形都有A這個共同角，由此可知第三隻角都是相等的。同樣道理，三角形CBH和三角形ABC也是相似的。這些相似關係衍生出以下的比率關係：因爲BC=a,AC=b,AB=c所以a/c=HB/a 和 b/c=AH/b可以寫成a*a=c*HB 和 b*b=C*AH綜合這兩個方程式，我們得到a*a+b*b=c*HB+C*AH =a*a+b*b=C*(HB+AH) =a*a+b*b=c*c
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勾股定理是初等幾何中的一個基本定理。所謂勾股定理，就是指在直角三角形中，兩條直角邊的平方和等於斜邊的平方。這個定理有十分悠久的歷史，幾乎所有文明古國(希臘、 中國、埃及、巴比倫、印度等) 對此定理都有所研究。勾股定理在西方被稱爲畢達哥拉斯定理，相傳是古希臘數學家兼哲學家畢達哥拉斯(Pythagoras，公元前572?～公元前497?) (右圖) 於公元前550年首先發現的。但畢達哥拉斯對勾股定理的證明方法已經失傳。著名的希臘數學家歐幾里得(Euclid，公元前330～公元前275)在鉅著《幾何原本》(第Ⅰ卷，命題47)中給出一個很好的證明。 (左圖爲歐幾里得和他的證明圖) 中國古代對這一數學定理的發現和應用，遠比畢達哥拉斯早得多。中國最早的一部數學著作——《周髀算經》的開頭，記載着一段周公向商高請教數學知識的對話：周公問："我聽說您對數學非常精通，我想請教一下：天沒有梯子可以上去，地也沒法用尺子去一段一段丈量， 那麼怎樣才能得到關於天地得到數據呢?" 商高回答說："數的產生來源於對方和圓這些形體的認識。其中有一條原理：當直角三角形‘矩'得到的一條直 角邊‘勾'等於3，另一條直角邊’股'等於4的時候， 那麼它的斜邊'弦'就必定是5。這個原理是大禹在治水的時候就總結出來的呵。" 如果說大禹治水因年代久遠而無法確切考證的話，那麼周公與商高的對話則可以確定在公元前1100年左右的西周時期， 比畢達哥拉斯要早了五百多年。其中所說的勾3股4弦5，正是勾股定理的一個應用特例。 所以現在數學界把它稱爲勾股定理是非常恰當的。 在稍後一點的《九章算術》一書中( 約在 公元50至100年間) (右圖) ，勾股定理得到了更加規範的一般性表達。書中的《勾股章》說;“把勾和股分別自乘，然後把它們的積加起來，再進行開方，便可以得到弦。” 。 《九章算術》系統地總結了戰國、秦、漢以來的數學成就，共收集了246個數學的應用問題和各個問題的解法，列爲九章，可能是所有中國數學著作中影響最大的一部。 中國古代的數學家們不僅很早就發現並應用勾股定理，而且很早就嘗試對勾股定理作理論的證明。最早對勾股定理進行證明的，是三國時期吳國的數學家趙爽。趙爽創制了一幅“勾股圓方圖” ，用形數結合得到方法，給出了勾股定理的詳細證明 (右圖) 。在這幅“勾股圓方圖”中，以弦爲邊長得到正方形ABDE是由4個相等的直角三角形再加上中間的那個小正方形組成的。每個直角三角形的面積爲ab/2;中間的小正方形邊長爲b-a，則面積爲(b-a) 2 。於是便可得如下的式子： 4×(ab/2)+(b-a) 2 =c 2 化簡後便可得： a 2 +b 2 =c 2 亦即：c=(a 2 +b 2 ) (1/2) 趙爽的這個證明可謂別具匠心，極富創新意識。他用幾何圖形的截、割、拼、補來證明代數式之間的恆等關係，既具嚴密性，又具直觀性，爲中國古代以形證數、形數統一、代數和幾何緊密結合、互不可分的獨特風格樹立了一個典範。 以後的數學家大多繼承了這一風格並且有發展， 只是具體圖形的分合移補略有不同而已。 例如稍後一點的劉徽在證明勾股定理時也是用以形證數的方法，劉徽 (右圖) 用了“出入相補法”即剪貼證明法，他把勾股為邊的正方形上的某些區域剪下來(出)， 移到以弦為邊的正方形的空白區域內(入)，結果剛好填滿，完全用圖解法就解決了問題。 (左圖爲劉徽的勾股證明圖) 中國古代數學家們對於勾股定理的發現和證明，在世界數學史上具有獨特的貢獻和地位。尤其是其中體現出來的“形數統一”的思想方法，更具有科學創新的重大意義。