勾股定理16种证明方法

如题所述

勾股定理16种证明方法

勾股定理:直角三角形中,两条直角边的平方和等于斜边的平方,即在以a、b为直角边,c为斜边的三角形中有a^2+b^2=c^2。

方法

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    证法一(邹元治证明):
    以a、b为直角边,以c为斜边做四个全等的三角形,按下图所示相拼,使A、E、B三点共线,B、F、C 三点共线,C、G、D三点共线。
    ∵Rt△HAE≌Rt△EBF
    ∴∠AHE=∠BEF
    ∵∠AHE+∠AEH=90°
    ∴∠BEF+∠AEH=90°
    ∵A、E、B共线
    ∴∠HEF=90°,四边形EFGH为正方形
    由于上图中的四个直角三角形全等,易得四边形ABCD为正方形
    ∴正方形ABCD的面积=四个直角三角形的面积+正方形EFGH的面积
    ∴(a+b)^2=4•(1/2)•ab+c^2,整理得a^2+b^2=c^2

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    证法二(课本的证明):
    如上图所示两个边长为a+b的正方形面积相等,
    所以a^2+b^2+4•(1/2)•ab=c^2+4•(1/2)•ab,故a^2+b^2=c^2。

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    证法三(赵爽弦图证明):
    以a、b为直角边,以c为斜边做四个全等的三角形,按下图所示相拼。
    易得四边形ABCD和四边形EFGH都是正方形
    ∴正方形ABCD的面积=四个直角三角形的面积+正方形EFGH的面积
    ∴c^2=4•(1/2)•ab+(b-a)^2 ,整理得a^2+b^2=c^2

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    证法四(总统证明):
    如下图所示。
    易得△CDE为等腰直角三角形
    ∴梯形ABCD的面积=两个直角三角形的面积+一个等腰三角形的面积
    ∴1/2•(a+b)•(a+b)=2•(1/2)•ab+(1/2)•c^2,整理得a^2+b^2=c^2

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    证法五(梅文鼎证明):
    以a、b为直角边,以c为斜边做四个全等的三角形,按下图所示相拼,使DEF在同一直线上,过C点作CI垂直于DF,交DF于I点。
    易得四边形ABEG、四边形CBDI、四边形FGHI都为正方形。
    ∴多边形EGHCB的面积=正方形ABEG的面积-两个直角三角形的面积
    且多边形EGHCB的面积=正方形CBDI的面积+正方形FGHI的面积-两个直角三角形的面积
    ∴正方形ABEG的面积=正方形CBDI的面积+正方形FGHI的面积
    ∴c²=a²+b²

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    证法六(项明达证明):
    以a、b为直角边,以c为斜边做两个全等的三角形,做一个边长为c的正方形,按下图所示相拼,使E、A、C在同一条直线上。
    过Q点作QP⊥AC,交AC于P点
    分别过F、B作QP的垂线段,交点分别为M、N
    易得四边形ABQF为正方形
    利用全等三角形的判定定理角角边(AAS)可得
    △AEF≌△QMF≌△BNQ,此时问题转化为梅文鼎证明。

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    证法七(欧几里得证明):
    在直角边为a、b,斜边为c的直角三角形中,分别以a、b、c为边作正方形,如下图所示。连接FB和CD,过C点作CN⊥DE交DE于E点,交AB于M点。
    ∵AF=AC,AB=AD,∠FAB=∠CAD,∴△FAB≌△CAD(SAS)
    而△FAB的面积=△CAD的面积=(½)•ac sin(90°+∠CAB)=(½)a²
    ∵△CAD与矩形AMND等底等高
    ∴矩形AMND的面积为△CAD面积的两倍,即a²
    同理可得矩形BMNE的面积为b²
    ∵正方形ADEB的面积=矩形AMND的面积+矩形BMNE的面积
    ∴c²=a²+b²

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    证法八(相似三角形性质证明)
    如下图所示,在直角三角形ABC中,AC=b,BC=a,AB=c,∠ACB=90°,过C点作CD垂直于AB,交AB于D点。
    ∵∠BDC=∠BCA=90°,∠B=∠B
    ∴△BDC∽△BCA
    ∴BD∶BC=BC∶BA
    ∴BC²=BD•BA
    同理可得AC²=AD•AB
    ∴BC²+AC²=BD•BA+AD•AB=(BD+AD)•AB=AB²,即a²+b²=c²

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    证法九(杨作玫证明):
    做两个全等的直角三角形,设它们的两直角边分别为a、b(b>a)斜边长为c,再做一个边长为c的正方形,按下图所示相拼。过A点作AG⊥AC,交DF于G点,AG交DE于H点。过B作BI⊥AG,垂足为I点。过E点作EJ与CB的延长线垂直,垂足为J点,EJ交AG于K点,交DB于L点。
    ∵∠BAE=90°∠GAC=90°∴∠EAK=∠BAC
    ∵GA⊥AC,BC⊥AC
    ∴GA∥BC
    ∵EJ⊥BC
    ∴EJ⊥GA
    ∴∠EKA=∠C=90°而AE=AB=c
    ∴△EAK≌△BAC(AAS)
    ∴EK=a,KA=b
    由作法易得四边形BCAI为矩形
    ∴AI=a,KI=b-a
    ∵△BAC≌△EDF
    ∴△EAK≌△EDF
    ∴∠FED=∠KEA
    ∴∠FEK=90°
    ∴四边形EFGK为正方形,同时四边形DGIB为直角梯形
    用数字表示面积的编号(如图),则以c为边长的正方形的面积为
    c²=S1+S2+S3+S4+S5 ①
    ∵S8+S3+S4=½[b+(b-a)]•[a+(b-a)]
    =b²-½ab ,S5=S8+S9
    ∴S3+S4=b²-½ab-S8=b²-S1-S8②
    把②代入①得
    c²=S1+S2+b²-S1-S8+S8+S9
    =b²+S2+S9
    =b²+a²

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    证法十(李锐证明):
    设直角三角形两直角边长分别为a、b(b>a),斜边长为c。做三个边长分别为a、b、c的正方形,按下图相拼,使AEG三点共线,过Q点作GM⊥AG,交点为M,用数字表示面积的编号。
    ∵∠TBE=∠ABH=90°
    ∴∠TBH=∠EBA
    ∵∠T=∠BEA=90°,BT=BE=b
    ∴△HBT≌△ABE(ASA)
    ∴HT=AE=a,GH=GT-HT=b-a
    ∵∠GHF+∠BHT=90°,∠TBH+∠BHT=90°
    ∴∠GHF=∠TBH=∠DBC
    ∵BD=BE-ED=b-a,
    ∠G=∠BDC=90°
    ∴△GHF≌△DBC(ASA),S7=S2
    由∠BAQ=∠BEA=90°,可知∠ABE=∠QAM
    ∵AB=AQ=c
    ∴△ABE≌△QAM(AAS)
    ∴△QAM≌△HBT,S5=S8
    同时有AR=AE=QM=a,且∠QFM与∠ACR分别为∠GHF与∠DBC的余角
    ∴∠QFM=∠ACR
    ∵∠R=∠FMQ=90°
    ∴△FMQ≌△CRA(AAS),S4=S6
    ∵c²=S1+S2+S3+S4+S5,
    a²=S1+S6,b²=S3+S7+S8
    S7=S2,S8=S5,S4=S6
    ∴a²+b²=S1+S6+S3+S7+S8=S1+S4+S3+S2+S5=c²

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    证法十一(利用切割线定理证明):
    在直角三角形ABC中,∠ACB=90°,AC=b,AB=c,BC=a,以B为圆心,a为半径画圆,AB交圆与D点,AB的延长线交圆于E点。
    根据切割线定理(从圆外一点引圆的切线和割线,切线长是割线和这点到割线与圆交点的两条线段长的比例中项)可得:AC²=AD•AE
    ∴b²=(c-a)(c+a)=c²-a²
    ∴a²+b²=c²

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    证法十二(利用多列米定理证明):
    在直角三角形ABC中,设BC=a,AC=b,斜边AB=c,过A点作AD∥CB,过B点作BD∥CA,则四边形ACBD为矩形,矩形ACBD内接于唯一的一个圆。
    根据多米列定理(圆内接四边形对角线的乘积等于两对边乘积之和)可得:
    AB•DC=DB•AC+AD•CB
    ∵AB=DC=c,DB=AC=b,AD=CB=a
    ∴c²=b²+a²

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    证法十三(作直角三角形的内切圆证明):
    在Rt△ABC中,设直角边BC=a,AC=b,斜边AB=c。作Rt△ABC的内切圆⊙O,切点分别为D、E、F,如下图所示,设圆O的半径为r。
    ∵AB=AF+BF,CB=BD+CD,AC=AE+CE
    ∴AC+CB-AB=(AE+CE)+(BD+CD)-(AF+BF)=CE+CD=2r,即a+b-c=2r
    ∴a+b=2r+c
    (a+b)²=(2r+c)²
    a²+b²+2ab=4(r²+rc)+c²
    ∵S△ABC=½ab
    ∴4S△ABC=2ab
    ∵S△ABC=S△AOB+S△BOC+S△AOC=½cr+½ar+½br=½(a+b+c)r=½(2r+c+c)r=r²+rc
    ∴4(r²+rc)=2ab
    ∴a²+b²+2ab=2ab+c²
    ∴a²+b²=c²

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    证法十四(利用反证法证明):
    在Rt△ABC中,设直角边BC=a,AC=b,斜边AB=c。过C点作CD⊥AB,垂足为D点,如下图所示。
    假设a²+b²≠c²,即AC²+BC²≠AB²
    则由AB²=AB·AB=AB·(AD+BD)=AB·AD+AB·BD知
    AC²≠AB·AD或BC²≠AB·BD
    即AD∶AC≠AC∶AB或BD∶BC≠BC∶AB
    在△ADC和△ACB中
    ∵∠A=∠A
    ∴若AD∶AC≠AC∶AB,则∠ADC≠∠ACB
    在△CBD和△ACB中
    ∵∠B=∠B
    ∴若BD∶BC≠BC∶AB,则∠CDB≠∠ACB
    ∵∠ACB=90°
    ∴∠ADC≠90°,∠CDB≠90°
    这与CD⊥AB矛盾,所以假设不成立
    ∴a²+b²=c²

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    证法十五(辛卜松证明):
    直角三角形以a、b为直角边,以c为斜边。作边长为a+b的正方形。
    把正方形ABCD划分成上方左图所示的几个部分,则正方形ABCD的面积为
    (a+b)²=a²+b²+2ab
    把正方形ABCD划分成上方右图所示的几个部分,则正方形ABCD的面积为
    (a+b)²=4x½ab+c²=2ab+c²
    ∴a²+b²+2ab=2ab+c²
    ∴a²+b²=c²

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    证法十六(陈杰证明):
    设直角三角形两直角边的长分别为a、b(b>a),斜边的长为c。做两个边长分别为a、b的正方形,把它们拼成如图所示形状,使E、H、M三点在一条直线上。 用数字表示面积的编号,如下图所示。
    在EH = b上截取ED = a,连结DA、DC,则 AD = c
    ∵ EM = EH + HM = b + a , ED = a
    ∴ DM = EM―ED = (b+a)―a = b
    又∵ ∠CMD = 90°,CM = a, ∠AED = 90°, AE = b
    ∴ RtΔAED ≌ RtΔDMC(SAS)
    ∴ ∠EAD = ∠MDC,DC = AD = c
    ∵ ∠ADE + ∠ADC+ ∠MDC =180°, ∠ADE + ∠MDC = ∠ADE + ∠EAD = 90°
    ∴ ∠ADC = 90°
    ∴ 作AB∥DC,CB∥DA,则四边形ABCD是一个边长为c的正方形
    ∵ ∠BAF + ∠FAD = ∠DAE + ∠FAD = 90°
    ∴ ∠BAF=∠DAE。连结FB,在ΔABF和ΔADE中
    ∵ AB =AD = c,AE = AF = b,∠BAF=∠DAE
    ∴ ΔABF ≌ ΔADE(SAS)
    ∴ ∠AFB = ∠AED = 90°,BF = DE = a
    ∴ 点B、F、G、H在一条直线上
    在RtΔABF和RtΔBCG中,
    ∵ AB = BC = c,BF = CG = a,
    ∴ RtΔABF ≌ RtΔBCG (HL)
    ∵c²=S₂+S₃+S₄+S₅, b²=S₁+S₂+S₆, a²=S₃+S₇,S₁=S₅=S₄=S₆+S₇,
    ∴a²+b²=S₃+S₇+S₁+S₂+S₆=S₂+S₃+S₁+(S₆+S₇)=S₂+S₃+S₄+S₅ =c²
    ∴ a²+b²=c²

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第1个回答  2022-12-01

加菲尔德证法、加菲尔德证法变式、青朱出入图证法、欧几里得证法、毕达哥拉斯证法、华蘅芳证法、赵爽弦图证法、百牛定理证法、商高定理证法、商高证法、刘徽证法、绉元智证法、梅文鼎证法、向明达证法、杨作梅证法、李锐证法

例,如下图:

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。延长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。

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,分别垂直BC和DE于K、L。

分别连接CF、AD,形成△BCF、△BDA。

∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A和G共线,同理可证B、A和H共线。

∠CBD和∠FBA都是直角,所以∠ABD=∠FBC。

因为AB=FB,BD=BC,所以△ABD≌△FBC。

因为A与K和L在同一直线上,所以四边形BDLK=2△ABD。

因为C、A和G在同一直线上,所以正方形BAGF=2△FBC。

因此四边形BDLK=BAGF=AB²。

同理可证,四边形CKLE=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,即a²+b²=c²。

扩展资料


性质:

1、勾股定理的证明是论证几何的发端;

2、勾股定理是历史上第一个把数与形联系起来的定理,即它是第一个把几何与代数联系起来的定理; 

3、勾股定理导致了无理数的发现,引起第一次数学危机,大大加深了人们对数的理解; 

4、勾股定理是历史上第—个给出了完全解答的不定方程,它引出了费马大定理; 

5、勾股定理是欧氏几何的基础定理,并有巨大的实用价值,这条定理不仅在几何学中是一颗光彩夺目的明珠,被誉为“几何学的基石”,而且在高等数学和其他科学领域也有着广泛的应用。1971年5月15日,尼加拉瓜发行了一套题为“改变世界面貌的十个数学公式”邮票,这十个数学公式由著名数学家选出的,勾股定理是其中之首。



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