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面积计算(二十八)

勾股定理,一个伟大的定理。

在无数个关于最重要的数学公式(定理)的排行榜中都有它的一席之地。

简洁,明了。

据说,到目前为止,关于勾股定理一共有400多种证法,甚至连美国第17任总统加菲尔德也给出过一种证明方法。四十多年前刚恢复高考的时候,还曾经把勾股定理的证明放到高考数学的试题中去,当年还难道过一大片考生。

在西方,勾股定理又被称为毕达哥拉斯定理。从名字上就可以知道,在欧洲,这个定理最早是由毕达哥拉斯发现的。毕达哥拉斯发现了这个定理之后过于兴奋,直接就宰了一百头牛大宴宾客,所以又叫百牛定理。这个定理还有个很牛逼的后果就是直接导致了无理数被发现,由此还引发了一场血案,由于本书的空白处太少写不下,有兴趣的可以网上搜一下。

言归正传,我们来看看勾股定理的内容:

已知直角三角形三边为a,b,c,其中a,b为直角边,则  

            

我们就挑一种最通俗易懂的证明方法来证一下。

如图所示,把四个全等的直角三角形拼成一个正方形,则大正方形的面积等于四个直角三角形和里面小正方形的面积和,于是:

移项即得定理。

是不是很简洁?

这个定理在平面几何中有着非常广泛的应用,接下来我们就来看看在求面积的问题中它能发挥什么作用。为了方便,对于直角三角形我们简写做Rt△,今后不再说明。

例:已知在等腰Rt△ABC中,斜边AB上有点D,已知CD=7,BD-AD=4,求△ABC的面积。

如果我们已经知道了有勾股定理这个工具,那我该如何判断这个题目是否用勾股定理来做呢?

首先当然看有没有直角,如果题目中一个直角都没有,那么确实很难想到用勾股定理,本题中有直角,所以勾股定理可以用——但这并不是首先想到的。

题目要求的是△ABC的面积,而且是等腰直角三角形,所以我们只要知道一条直角边这个题目就做完了,因此最容易想到的思路应该是求AC或者BC的长度。

对小学生来说,没有三角的工具,这个看来很难做到——否则的话余弦定理一下子就能把所有的线段都算得明明白白的。

既然此路不通,那么只剩下求斜边AB以及AB边上的高这一条路了,对不对?

此时我们仍然没有想到用勾股定理的话也是正常的,只是这个时候应该要想到过C作CH垂直于AB,很显然,如果我们再拼一个一模一样的等腰直角三角形上去构成一个正方形,可以看出CH恰好是一条对角线的一半——也就是AB的一半,因此求出CH题目就做完了。

此时BD-AD=4,显然DH=(BD-AD)/2=2,所以

 问题来了,小学生开根号没学过怎么办?

肯定有绕开的办法啊!比起无法算出AC和BC的长度来说,能算出斜边上高的平方已经是个不小的收获了!我们注意到AB=2CH,而△ABC的面积等于1/2×AB×CH=1/2 ×2CH×CH,于是我们得到最后的结果就是45。

等等,勾股定理怎么不知不觉就用出来了?

很正常啊,找思路,一定是找最自然的那条路。一组底和高不能用,就换一组,换完了以后发现已知线段长度都能用的上,那不就做完了?

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