數學勾股定理及逆定理

2022-12-27 21:45:03 字數 4879 閱讀 9081

一、一周知識概述

勾股定理:如果直角三角形的兩條直角邊長分別為a、b,斜邊為c,那麼a2+b2=c2.即直角三角形兩直角邊的平方和等於斜邊的平方.

勾股定理只適用於直角三角形,對於一般非直角三角形就不存在這種關係.勾股定理的作用是:①已知直角三角形的兩邊求第三邊;②在直角三角形中,已知其中的一邊,求另兩邊的關係;③用於證明平方關係;④利用勾股定理,作出長為的線段.

二、重點、難點、疑點突破

1、勾股定理:勾股定理反映了直角三角形(三邊分別為a,b,c,其中c為斜邊)的三邊關係,即c2=a2+b2. 它的變形為c2-a2=b2或c2-b2=a2.

運用它可以由直角三角形中的兩條邊長求第三邊.

例如:已知乙個直角三角形兩邊長分別為3cm,4cm,求第三邊長.

因為該題設沒有說明哪條邊是直角三角形的斜邊,所以要進行分類討論.

當兩直角邊分別為3cm,4cm時;當斜邊為4cm,一直角邊為3cm時

2、直角三角形的幾個性質

(1)兩銳角互餘; (2)三邊長滿足勾股定理;

(3)如果有乙個銳角等於30°,那麼所對的直角邊(設此邊長為a)等於斜邊的一半,三邊長的關係為a,,2a; (4)等腰直角三角形(直角邊邊長為a)三邊長的關係為a,a,; (5)面積等於兩直角邊乘積的一半.

3、用尺規畫長為的線段

教材中介紹了用尺規畫長為的線段的作法,對畫長為(k為自然數)的線段,我們通常可將k寫成兩個自然數的平方和或平方差來解決.

例如用尺規畫長為的線段.

因為21=25-4=52-22,所以畫rt△abc,使一條直角邊ac=2,斜邊ab=5,則另一條直角邊bc=;同理,因為37=36+1=62+12,所以畫rt△abc,使兩直角邊ac=1,bc=6,則斜邊ab=.

4、數形結合思想

三、典型例題剖析

1、運用勾股定理求值

例1、如圖,在△abc中,cd⊥ab於d,若ab=5,cd=,∠bcd=30°,求ac的長.解:∵cd⊥ab於d,∠bcd=30°,∴bd=bc.

設bd=x,則bc=2x.

在rt△bcd中,由勾股定理有bd2+cd2=bc2,即

點撥:這裡分別在兩個直角三角形中運用了勾股定理,但含30°角的直角三角形的性質也給解題帶來了很大的方便.

例2、如圖,在△abc中,∠a=90°,p是ac的中點,pd⊥bc於d,bc=9,dc=3,求ab的長.

解:鏈結pb,bd=bc-dc=6.

在rt△bdp和rt△pdc中,

pd2=bp2-bd2,pd2=pc2-dc2,

∴bp2-bd2=pc2-dc2.

∴bp2- pc2=36-9=27.

∵ap=pc,∴bp2-ap2=ab2=27,

∴ab=.

點撥:  鏈結bp,在pd為公共邊的兩個直角三角形中運用勾股定理,得到bp2-pc2=bd2-dc2=27,是解答本題的關鍵所在.

例3、如圖,在△abc中,∠c=90°,ad、be是中線,be=,ad=5,求ab的長.

解:設ce=x,cd=y,則

ac=2x,bc=2y.

在rt△acd和rt△bce中,由勾股定理得

在rt△abc中,.

點撥:運用勾股定理計算時,常設未知數,列方程或方程組來求解.

2、構造直角三角形解題

例4、如圖,已知,∠a=60°,∠b=∠d=90°,ab=2,cd=1.求bc和ad的長.

解:如圖,延長bc,ad交於e.

∵∠b=90°,∠a=60°,

∴∠e=30°,∴ae=2ab=4.

同理ce=2cd=2.

在rt△abe中,be2=ae2-ab2=16-4=12,

∴be=.

在rt△cde中,de2=ce2-cd2=4-1=3,

∴de=.

∴bc=be-ce=-2,ad=ae-de=4-.

點撥:  靈活根據圖形及條件,構造直角三角形(其實也就是補圖),創造條件去利用勾股定理解題.

例5、如圖,在△abc中,∠bac=90°,ab=ac,點d、e在bc上,且∠dae=45°,求證:cd2+be2=de2.

解:如圖,將△abe繞點a逆時針旋轉90°得△acf,則

∠acf=∠b=45°,be=cf,∠bae=∠caf.

又∵∠acb=45°,∴∠dcf=90°.

∵∠ead=45°,∴∠bae+∠dac=45°.

∴∠daf=∠caf+∠dac=45°.

在△aed和△afd中,

∴△aed≌△afd,∴ed=fd.

又在rt△cdf中,cd2+cf2=fd2,∴cd2+be2=de2.

點撥:  此題從待論證的結論可以聯想到勾股定理,而三條線段不在同乙個直角三角形中,故可運用旋轉法將分散的線段集中在同乙個三角形中.

3、運用面積法解題

例6、如圖,△abc中,∠b=90°,兩直角邊ab=7,bc=24.在三角形內有一點p到各邊的距離相等,則這個距離是( )

a.1b.3

c.6d.無法求出

解:依勾股定理知ac=.

設點p到各邊的距離為r,鏈結pa、pb、pc.依三角形的面積關係,有

s△abp+s△bcp+s△acp=s△abc,

即ab·r+bc·r+ac·r=ab·bc.

得(7+24+25)r=7×24,解得r=3.

故選b.

點撥:  涉及到垂線段的問題,常可聯絡到某一三角形的高,從而可應用面積法來解題.因為它是一種代數方法,因此顯得十分直觀、簡捷.

例7、如圖,rt△abc的兩直角邊ab=4,ac=3,△abc內有一點p,pd⊥bc於d,pe⊥ac於e,pf⊥ab於f,且.求pd、pe、pf的長.

解:在rt△abc中,

∵ab=4,ac=3,∴bc==5.

設pf=x,pe=y,pd=z,則

.  ①

鏈結pa、pb、pc.

∵s△pab+s△pbc+s△pac=s△abc,

∴ab·x+bc·z+ac·y=ab·ac,

即4x+3y+5z=12.   ②

①+②,得4x+3y+5z+=24,

配方,得

∴pd=pe=pf=1.

點撥:  本題顯然不能直接運用勾股定理來計算pd、pe、pf的長,只能在鏈結pa、pb、pc後,將原三角形分成三個分別以ab、bc、ca為底,pf、pd、pe為高的三角形,由面積法列出關係式,再利用題設條件,即可求解.

4、構造幾何圖形解答代數問題

例8、設a、b、c、d都是正數,求證:

.分析:題**現線段的平方和,考慮構造直角三角形,利用勾股定理證明.

證明:構造乙個邊長分別為(a+b)、(c+d)的矩形abcd(如圖).

在rt△abe中,

.在rt△bcf中,

.在rt△def中,

.在△bef中,be+ef>bf,即

點撥:勾股定理將直角三角形的位置關係(兩邊垂直)轉化為數量關係,這為我們運用代數方法研究幾何問題提供了工具,反過來,對有些代數問題,特別是含有平方和或平方差的代數式,我們也可以通過構造直角三角形用勾股定理來解決,即用幾何方法解決代數問題.

一、一周知識概述

1、勾股定理的逆定理是直角三角形判定的重要方法

如果三角形的三邊長為a,b,c,且滿足a2+b2=c2,那麼這個三角形是直角三角形.

這就是勾股定理的逆定理.在敘述定理時,不能簡單地將原命題(勾股定理)的條件和結論顛倒過來,寫成「如果乙個三角形的兩直角邊a,b的平方和等於斜邊c的平方,即a2+b2=c2,那麼這個三角形是直角三角形」.要是這樣敘述,則條件中所說「直角邊,斜邊」等名詞已承認三角形是直角三角形,而結論又為直角三角形,這樣條件與結論就會混亂.

勾股定理的逆定理給出了判定乙個三角形是直角三角形的方法.這種方法與前面學過的一些判定方法不同,它是通過代數運算「算」出來的.實際上利用計算證明幾何問題在幾何裡也是很重要的.這裡體現了數學中的重要思想——數形結合思想,打破了利用角與角之間的轉化計算直角的方法,建立了通過求邊與邊關係判定直角的新方法.它將數形之間的聯絡體現得淋漓盡致,因此也有人稱勾股定理的逆定理為「數形結合的第一定理」!

2、逆命題和逆定理的概念

把乙個命題的題設和結論互換,就得到它的逆命題.乙個真命題的逆命題不一定也是真命題.例如「全等三角形的對應角相等」是乙個真命題,它的逆命題是「對應角相等的兩個三角形是全等三角形」,顯然這個命題不是真命題,即為假命題.

乙個定理的逆命題是真命題,那麼這個逆命題就是這個定理的逆定理.例如:勾股定理和勾股定理的逆定理,就是互逆定理.前乙個是直角三角形的性質定理,後乙個是直角三角形的判定定理,我們要善於比較這兩個定理間的聯絡和區別.我們前面學習的角平分線的性質與判定,線段垂直平分線的性質與判定等都是像這樣的互逆定理,大家可以對照複習一下.

對於那些不是以「如果……,那麼……」形式給出的命題,在敘述它們的逆命題時,可以把這些命題變為「如果……,那麼……」的形式.例如「等邊對等角」可以改寫為「如果乙個三角形是等腰三角形,那麼它的兩個底角相等」.

3、勾股陣列

能夠成為直角三角形三條邊長的三個正整數,稱為勾股陣列.

不難驗證(3,4,5),(5,12,13),(7,24,25),(9,40,41),(11,60,61),…均為基本勾股陣列.

顯然,若(a,b,c)為基本勾股陣列,則(ka,kb,kc)也為勾股陣列,其中k為正整數.例如(6,8,10),(9,12,15),(10,24,26),…為勾股陣列.

若能掌握前幾個基本勾股陣列,會給解題帶來方便和快捷.

二、重難點知識歸納

1、勾股定理的逆定理的應用.

2、逆命題和逆定理的概念.

3、勾股陣列.

三、典型例題剖析

1、利用勾股定理的逆定理證直角

例1、如圖,在△abc中,d是bc上一點,ab=10,bd=6,ad=8,ac=17.求△abc的面積.

解:∵bd2+ad2=36+64=100=102=ab2,

∴△abd是直角三角形,∠adb=90°.

在△adc中,

∴bc=bd+dc=6+15=21.

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