勾股定理的证明方法(共37种,越多越好!)

2024-11-07 14:31:59
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多种证明方法
  这个定理有许多证明的方法,其证明的方法可能是数学众多定理中最多的。路明思(Elisha Scott Loomis)的 Pythagorean Proposition(《毕达哥拉斯命题》)一书中总共提到367种证明方式。   有人会尝试以三角恒等式(例如:正弦和余弦函数的泰勒级数)来证明勾股定理,但是,因为所有的基本三角恒等式都是建基于勾股定理,所以不能作为勾股定理的证明(参见循环论证)。
证法1
  作四个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b ,斜边长为c. 把它们拼成如图那样的一个多边形,使D、E、F在一条直线上。 过点C作AC的延长线交DF于点P.   ∵ D、E、F在一条直线上, 且RtΔGEF ≌ RtΔEBD,   ∴ ∠EGF = ∠BED,   ∵ ∠EGF + ∠GEF = 90°,   ∴ ∠BED + ∠GEF = 90°,   ∴ ∠BEG =180°―90°= 90°   又∵ AB = BE = EG = GA = c,   ∴ ABEG是一个边长为c的正方形。   ∴ ∠ABC + ∠CBE = 90°   ∵ RtΔABC ≌ RtΔEBD,   ∴ ∠ABC = ∠EBD.   ∴ ∠EBD + ∠CBE = 90°   即 ∠CBD= 90°   又∵ ∠BDE = 90°,∠BCP = 90°,   BC = BD = a.   ∴ BDPC是一个边长为a的正方形。   同理,HPFG是一个边长为b的正方形.   设多边形GHCBE的面积为S,则   A^2+B^2=C^2
证法2
  作两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a) ,斜边长为c. 再做一个边长为c的正方形。 把它们拼成如图所示的多边形,使E、A、C三点在一条直线上.   过点Q作QP∥BC,交AC于点P.   过点B作BM⊥PQ,垂足为M;再过点   F作FN⊥PQ,垂足为N.   ∵ ∠BCA = 90°,QP∥BC,   ∴ ∠MPC = 90°,   ∵ BM⊥PQ,   ∴ ∠BMP = 90°,   ∴ BCPM是一个矩形,即∠MBC = 90°。   ∵ ∠QBM + ∠MBA = ∠QBA = 90°,   ∠ABC + ∠MBA = ∠MBC = 90°,   ∴ ∠QBM = ∠ABC,   又∵ ∠BMP = 90°,∠BCA = 90°,BQ = BA = c,   ∴ RtΔBMQ ≌ RtΔBCA.   同理可证RtΔQNF ≌ RtΔAEF.即A^2+B^2=C^2
证法3
  作两个全等的直角三角形,设它们的两条直角边长分别为a、b(b>a) ,斜边长为c. 再作一个边长为c的正方形。 把它们拼成如图所示的多边形.   分别以CF,AE为边长做正方形FCJI和AEIG,   ∵EF=DF-DE=b-a,EI=b,   ∴FI=a,   ∴G,I,J在同一直线上,   ∵CJ=CF=a,CB=CD=c,   ∠CJB = ∠CFD = 90°,   ∴RtΔCJB ≌ RtΔCFD ,   同理,RtΔABG ≌ RtΔADE,   ∴RtΔCJB ≌ RtΔCFD ≌ RtΔABG ≌ RtΔADE   ∴∠ABG = ∠BCJ,   ∵∠BCJ +∠CBJ= 90°,   ∴∠ABG +∠CBJ= 90°,   ∵∠ABC= 90°,   ∴G,B,I,J在同一直线上,   A^2+B^2=C^2.
证法4
  作三个边长分别为a、b、c的三角形,把它们拼成如图所示形状,使H、C、B三点在一条直线上,连结   BF、CD. 过C作CL⊥DE,   交AB于点M,交DE于点L.   ∵ AF = AC,AB = AD,   ∠FAB = ∠GAD,   ∴ ΔFAB ≌ ΔGAD,   ∵ ΔFAB的面积等于,   ΔGAD的面积等于矩形ADLM   的面积的一半,   ∴ 矩形ADLM的面积 =.   同理可证,矩形MLEB的面积 =.   ∵ 正方形ADEB的面积   = 矩形ADLM的面积 + 矩形MLEB的面积   ∴ 即A^2+B^2=C^2
证法5(欧几里得的证法)
  《几何原本》中的证明   在欧几里得的《几何原本》一书中提出勾股定理由以下证明后可成立。 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,使其垂直于对边上的正方形。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。   在正式的证明中,我们需要四个辅助定理如下:   如果两个三角形有两组对应边和这两组边所夹的角相等,则两三角形全等。(SAS定理) 三角形面积是任一同底同高之平行四边形面积的一半。 任意一个正方形的面积等于其二边长的乘积。 任意一个四方形的面积等于其二边长的乘积(据辅助定理3)。 证明的概念为:把上方的两个正方形转换成两个同等面积的平行四边形,再旋转并转换成下方的两个同等面积的长方形。   其证明如下:   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。此线将分别与BC和DE直角相交于K、L。 分别连接CF、AD,形成两个三角形BCF、BDA。 ∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A 和 G 都是线性对应的,同理可证B、A和H。 ∠CBD和∠FBA皆为直角,所以∠ABD等于∠FBC。 因为 AB 和 BD 分别等于 FB 和 BC,所以△ABD 必须相等于△FBC。 因为 A 与 K 和 L是线性对应的,所以四方形 BDLK 必须二倍面积于△ABD。 因为C、A和G有共同线性,所以正方形BAGF必须二倍面积于△FBC。 因此四边形 BDLK 必须有相同的面积 BAGF = AB²。 同理可证,四边形 CKLE 必须有相同的面积 ACIH = AC^2;。 把这两个结果相加, AB^2;+ AC^2;; = 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AB^2;+ AC^2;= BC^2;。 此证明是于欧几里得《几何原本》一书第1.47节所提出的