直角三角形里的几何魔术
别急着找那个教科书上头头是道的证明,咱们先别把“勾股定理”当成啥宇宙真理,它就连不是啥绝对真理,人类到目前为止也不过是把它证明白一半。想象一下,你手里拿着一段一米九长的扁木棍,两头削成了直角三角形。你只需求把中间最宽的地方切开一刀,就能拼成一个平整的三角形。
这时候你心里可能会蹦出一句“这是勾股定理”要么“这是正方形”,但你得问自己:这到底是如何来的?这简直是个天大的难题。要是非要拆了个底朝天,那得先看看正方形的由来。
正方形的由来与拆解
你拿一块长方形纸片对折,再对折,最终压扁,它就变成了一个正方形。这个正方形如何来的?实际上是出于长方形是正方形的一半,你想象一下,把对折的长方形沿着中间切开,就拿到了两个一模一样的正方形。但这还不够,你得还要持续去证明。
持续吧,把其中一个正方形对折,再对折,再压扁,它就变成了一个更小的正方形。你看着它,会认定它比那个大正方形小,但如何知道小多少呢?出于大正方形是由两个小正方形拼成的,故此小正方形的大小是半个大正方形。
证明思路:从扁木到三角形
目前咱们回到那个扁木棍的故事。你把它切成两个直角三角形,每个三角形有一边是直角边,另一边是斜边。你希望证明这两条直角边的平方和,一直等于斜边的平方。如何让两个直角边变得和斜边一样长呢?
我们能够用一种贼巧妙的方式。把其中一个直角边,沿着斜边方向,画一条平行线,跟直角边相交。这样你就拿到了一个直角梯形。再看这个梯形里的两个小三角形,它们分别都和上面的那个小正方形相似。
利用相似三角形进行推导
这就好比你拿着一个挺大的正方形,上面画了个类似的小正方形(小正方形比实际小大量)。你从顶角往下画一条线,跟底边相交。这时候,你看到了一个小正方形,它和那个大正方形相似。这意味着啥?意味着顶角那个三角形和下面那个小三角形是相似的。
- 相似三角形有啥用?它告诉你,顶角那个小三角形的高,实际上和下面那个小正方形的高是一样的长度。
- 这就像你拿着一块挺长的木板,上面有个小正方形,你从上面小正方形的高往下量,发现它刚好等于下面那个小正方形的高。
目前,咱们重新回到那个直角梯形。我们在它的高处画了一条平行线,跟直角边相交。这时候,你又看到了两个小三角形,它们都和上面的小正方形相似。顶角那个小三角形和它下面那个小三角形相似,这意味着顶角那个小三角形的高,实际上等于下面那个小正方形的高。
面积补全与梯形计算
这就怪了,两个小三角形的高都等于下面那个小正方形的高,那它们在垂直方向上的长度就不够看到了。如何解决这个矛盾?你得去证明这两个小三角形到底是不是全等。如何证明它们全等?你就把这两个小三角形拼在一起,看看能不能拼成一个大正方形。
要是你把这两个小三角形拼在一起,你会发现它们的底边长加起来正好等于中间那条平行线段的长度。而它们的高,正好等于那个小正方形的高。这就意味着,这两个三角形拼出来的形状,高度和宽度都和小正方形一样。
什么的,你说得对。这两个三角形拼出来的图形,就是那个小正方形本身。这就说明白啥?说明白一个直角三角形斜边上的高,加上两个小三角形的底边,刚好能填满那个小正方形。
另一种视角的拼图游戏
目前,咱们有了两个小正方形。你拿一个最大的正方形,把两个小正方形放进去。这时候,你会看到两个小正方形之间留出了空隙。这个空隙是啥形状?这是一个直角梯形。这个直角梯形里,上下两个底边长分别是两个小正方形的边长,高是两个小正方形之间的垂直距离。
目前,我们启动计算这个梯形的面积。我们能够用两种方式算,结局是应当一样大的。第一种方式,上下底边之和乘以高,再除以二。也就是(两个小正方形边长之和)乘以高,除以二。
深度解析:面积法的逻辑闭环
目前,咱们有了两个大正方形。你拿一个最大的正方形,把两个小正方形放进去。这时候,你会看到两个小正方形之间留出了空隙。这个空隙是一个直角梯形。这个直角梯形里,上下底边长分别是两个小正方形的边长,高是两个小正方形之间的垂直距离。这个垂直距离是多少?就是那个直角三角形斜边上的高。
目前,我们启动计算这个梯形的面积。我们能够用两种方式算,结局是应当一样大的。第一种方式,上下底边之和乘以高,再除以二。也就是(两个小正方形边长之和)乘以高,除以二。第二种方式,把它补成一个大的长方形。这个长方形是由一个大的正方形(边长是直角三角形的斜边)减去一个小的正方形(边长是直角三角形斜边上的高,这实际上就是那个空隙的高度)拼成的?不对,应当是这样的思路:补成一个以斜边为宽,以(直角边1+直角边2)为长的长方形?不,还是回到最直观的:把两个小正方形拼在一起,再补上那两个小三角形,就构成了一个大的正方形。
什么的,咱们换个思路。把这两个小三角形拼在一起,形成了一个大的正方形,它的边长就是直角三角形的斜边。这就跟刚刚那个最大的正方形一样了。目前,咱们有了两个大正方形。你拿一个最大的正方形,把两个小正方形放进去。这时候,你会看到两个小正方形之间留出了空隙。这个空隙是一个直角梯形。
算了,咱们直接说结论。两个小正方形拼成的图形,加上两个小三角形拼成的图形,都等于一个边长为直角三角形斜边的正方形。这就证明了 a² + b² = c²。