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勾股定理概念、知识点及练习题

日期:10-31 19:43:16 | 初二数学 | 浏览次数: 626 次 | 收藏

标签:初二数学,http://www.gaofen123.com 勾股定理概念、知识点及练习题,

  【性质与概念】

  性质

  1.直角三角形两直角边为a和b,斜边为c,那a2+b2=c2

  2.勾股数互质

  概念

  在任何一个的直角三角形(Rt△)中,两条直角边的长度的平方和等于斜边长度的平方(也可以理解成两个长边的平方相减与最短边的平方相等)。

  历史

  毕达哥拉斯定理是一个基本的几何定理,传统上认为是由古希腊的毕达哥拉斯所证明。在中国,《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又有称之为商高定理,三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明。埃及称为埃及三角形。

  早在毕达哥拉斯之前,许多民族已经发现了这个事实,而且古巴比伦、古埃及、古中国、古印度等的发现都有真凭实据,有案可查。相反,毕达哥拉斯的著作却什么也没有留传下来,关于他的种种传说都是后人辗转传播的。可以说真伪难辨。这个现象的确不太公平,之所以这样,是因为现代的数学和科学来源于西方,而西方的数学及科学又来源于古希腊,古希腊流传下来的最古老的著作是欧几里得的《几何原本》,而其中许多定理再往前追溯,自然就落在毕达哥拉斯的头上。他常常被推崇为“数论的始祖”,而在他之前的泰勒斯被称为“几何的始祖”,西方的科学史一般就上溯到此为止了。至于希腊科学的起源只是近一二百年才有更深入的研究。因此,毕达哥拉斯定理这个名称一时半会儿改不了。不过,在中国,因为我们的老祖宗也研究过这个问题,因此称为商高定理,而更普遍地则称为勾股定理。中国古代把直角三角形中较短的直角边叫做勾,较长的直角边叫做股,斜边叫做弦。

  古埃及人用这样的方法画直角勾股定理,是几何学中一颗光彩夺目的明珠,被称为“几何学的基石”,而且在高等数学和其他学科中也有着极为广泛的应用。正因为这样,世界上几个文明古国都已发现并且进行了广泛深入的研究,因此有许多名称。

  中国是发现和研究勾股定理最古老的国家之一。中国古代数学家称直角三角形为勾股形,较短的直角边称为勾,另一直角边称为股,斜边称为弦,所以勾股定理也称为勾股弦定理。在公元前1000多年,据记载,商高(约公元前1120年)答周公曰“故折矩,以为句广三,股修四,径隅五。既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五。两矩共长二十有五,是谓积矩。”因此,勾股定理在中国又称“商高定理”。在公元前7至6世纪一中国学者陈子,曾经给出过任意直角三角形的三边关系即“以日下为勾,日高为股,勾、股各乘并开方除之得邪至日。

  还有的国家称勾股定理为“平方定理”。

  在陈子后一二百年,希腊的著名数学家毕达哥拉斯发现了这个定理,因此世界上许多国家都称勾股定理为“毕达哥拉斯”定理。为了庆祝这一定理的发现,毕达哥拉斯学派杀了一百头牛酬谢供奉神灵,因此这个定理又有人叫做“百牛定理”.

  商高定理商高是公元前十一世纪的中国人。当时中国的朝代是西周,是奴隶社会时期。在中国古代大约是战国时期西汉的数学著作《周髀算经》中记录着商 高同周公的一段对话。商高说:“…故折矩,勾广三,股修四,经隅五。”商高那段话的意思就是说:当直角三角形的两条直角边分别为3(短边)和4(长边)时,径隅(就是弦)则为5。以后人们就简单地把这个事实说成“勾三股四弦五”。这就是著名的勾股定理.关于勾股定理的发现,《周髀算经》上说:"故禹之所以治天下者,此数之所由生也。""此数"指的是"勾三股四弦五",这句话的意思就是说:勾三股四弦五这种关系是在大禹治水时发现的。

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  勾股数通式和常见勾股素数

  若 m 和 n 是互质,而且 m 和 n 至少有一个是偶数,计算出来的 a, b, c 就是素勾股数。(若 m 和 n 都是奇数, a, b, c 就会全是偶数,不符合互质。)

  所有素勾股数(不是所有勾股数)都可用上述列式当中找出,这亦可推论到数学上存在无穷多的素勾股数。

  常见的勾股数及几种通式:

  (1) (3, 4, 5), (6, 8,10) … …

  3n,4n,5n (n是正整数)

  (2) (5,12,13) ,( 7,24,25), ( 9,40,41) … …

  2n + 1, 2n^2 + 2n, 2n^2 + 2n + 1 (n是正整数)

  (3) (8,15,17), (12,35,37) … …

  2^2*(n+1),[2(n+1)]^2-1,[2(n+1)]^2+1 (n是正整数)

  (4)m^2-n^2,2mn,m^2+n^2 (m、n均是正整数,m>n)

  100以内勾股素数

  依据

  几个文明古国都先后研究过这条定理,远在公元前约三千年的古巴比伦人就知道和应用勾股定理,他们还知道许多勾股数组。古埃及人在建筑宏伟的金字塔和尼罗河泛滥后测量土地时,也应用过勾股定理。我国也是最早了解勾股定理的国家之一。三千多年前,周朝数学家就提出“勾三、股四、弦五”,它被记载于《周髀算经》中。[2]

  《周髀算经》中关于勾股定理的证明:

  “数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一。”:解释发展脉络——数之法出于圆(圆周率三)方(四方),圆出于方(圆形面积=外接正方形×圆周率÷4),方出于矩(正方形源自两边相等的矩),矩出于九九八十一(长乘宽面积计算依自九九乘法表)。

  “故折矩①,以为句广三,股修四,径隅五。”:开始做图——选择一个 勾三(圆周率三)、股四(四方) 的矩,矩的两条边终点的连线应为5(径隅五)。 “

  “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。

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