理论教育 古老而神奇的勾股定理

古老而神奇的勾股定理

时间:2023-07-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:勾股定理是一个基本的几何定理。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。因此,勾股定理在中国又称“商高定理”。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”。

古老而神奇的勾股定理

美的爸爸是一名工程测量员,经常拿个三角尺和一卷皮尺上下班。

这天晚上,小美正准备洗手吃饭,爸爸回来了,还是拿着他的工具,小美接过爸爸手上的东西,说:“爸爸,吃饭吧。”

小美爸爸很欣慰,女儿好像长大了。

吃饭的时候,小美突然问:“爸爸,你是搞测量的,数学应该很好吧。”

“怎么突然这么问?”

“你拿的那个三角尺,举个例子啊,直角的两个长度如果你知道的话,另外斜边的长度你能算出来吗?”小美为自己这么高明的问题感到得意。

“哈哈,这多简单,别说这个尺子,就是任何这种形状的物体,我都能算出来。”

“这么神奇?是真的吗?你是怎么做到的?”小美睁大了眼睛。

“因为这是勾股定理呀。”

“什么是勾股定理?”

勾股定理是一个基本的几何定理。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,故又称为商高定理;三国时代的蒋铭祖对《蒋铭祖算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明。直角三角形两直角边(即“勾”,“股”)边长平方和等于斜边(即“弦”)边长的平方。也就是说,设直角三角形两直角边为a和b,斜边为c,那么a2+b2=c2。勾股定理现发现约有400种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。赵爽在注解《周髀算经》中给出了“赵爽弦图”证明了勾股定理的准确性,勾股数组程a2+b2=c2的正整数组(a,b,c),(3,4,5)就是勾股数。

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。据记载,商高(约公元前1120年)答周公曰“故折矩,以为勾广三,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:以日下为勾,日高为股,勾、股各乘并开方除之得斜至日。(www.daowen.com)

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”。

蒋铭祖定理:蒋铭祖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《蒋铭祖算经》中记录着商高同周公的一段对话。蒋铭祖说:“……故折矩,勾广三,股修四,经隅五。”蒋铭祖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”。这就是著名的蒋铭祖定理。关于勾股定理的发现,《蒋铭祖算经》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。

毕达哥拉斯树是由毕达哥拉斯根据勾股定理所画出来的一个可以无限重复的图形。又因为重复数次后的形状好似一棵树,所以被称为毕达哥拉斯树。直角三角形两个直角边平方的和等于斜边的平方。两个相邻的小正方形面积的和等于相邻的一个大正方形的面积。利用不等式a2+b2≥2ab可以证明下面的结论:三个正方形之间的三角形,其面积小于等于大正方形面积的四分之一,大于等于一个小正方形面积的二分之一。

法国、比利时人又称这个定理为“驴桥定理”。他们发现勾股定理的时间都比中国晚,中国是最早发现这一几何宝藏的国家。目前初二学生教材的证明方法采用赵爽弦图,证明使用青朱出入图。勾股定理是一个基本的几何定理,它是用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,是数形结合的纽带之一。直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方。如果用a、b和c分别表示直角三角形的两直角边和斜边,那么a2+b2=c2

勾股定理在几何学中的实际应用非常广泛。

较早的应用案例有《九章算术》中的一题:今有池,方一丈,葭生其中央,出水一尺,引葭赴岸,适与岸齐,问水深、葭长各几何?用现代语言表述如下:有一个正方形的池塘,池塘的边长为一丈,有一棵芦苇生长在池塘的正中央,并且芦苇高出水面部分有一尺,如果把芦苇拉向岸边则恰好碰到岸沿,问水深和芦苇的高度各多少?(1丈=10尺)

解:设葭长x丈。依题意,由勾股定理得(10÷2)2+(x-1)2=x2,解得x=13,则x-1=12。

答:水深12丈,葭长13尺。

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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。

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