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从勾股定理说开去

从勾股定理说开去

勾股定理是在中国的叫法,通行的是称之为毕达哥拉斯定理,也叫做百牛定理,据说是毕达哥拉斯证明了该定理杀了一百头牛来庆祝。我们一般称之为勾股定理,是因为《周髀算经》里有“勾三股四弦五”的说法,后来刘徽用几何的方法证明了这个定理,就是青朱出入图,在我上学的时候,课本上是没有证明方法的,偶然的机会看现在的教材,全都是青出入方图,基本没有提及其他证明方法的。

实际上勾股定理的证明方法很多,中国古代数学(古代并不称之为数学,而说是算术,都是计算的实用成就)主要是在计算方法上取得了成就,包括埃及、印度、古代巴比伦等等基本都是类似的,这有点类似于中医,知道一些效果,但不知道具体的原理。

我们现在再来看刘徽的证明,是很不严谨的,首先中国古代没有直线、角、三角形内角和定理等定理的,首先无法精确的说明该问题,更加不用说证明了,不能上升为理性的证明。古代希腊最主要的成就其实并不是给后人多少知识,而是开辟了发现真理和知识的途径,他们沿着这一途径取得了同一时期其他文明不曾取得的成就,虽然问题也很多。

我们看欧几里得的证明:

证明的思路为:从A点画一直线至对边,使其垂直于对边。延长此线把对边上的正方形一分为二,把上方的两个正方形,通过等高同底的三角形,以其面积关系,转换成下方两个同等面积的长方形。

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,分别垂直BC和DE于K、L。

分别连接CF、AD,形成△BCF、△BDA。

∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A和G共线,同理可证B、A和H共线。

∠CBD和∠FBA都是直角,所以∠ABD=∠FBC。

因为AB=FB,BD=BC,所以△ABD≌△FBC。

因为A与K和L在同一直线上,所以四边形BDLK=2△ABD。

因为C、A和G在同一直线上,所以正方形BAGF=2△FBC。

因此四边形BDLK=BAGF=AB²。

同理可证,四边形CKLE=ACIH=AC²。

把这两个结果相加,AB²+AC²=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AB²+AC²=BC²,即a²+b²=c²。

由于欧几里得已经给出了公理、定理,还有各种精确的定义、概念,才使得证明过程严谨可靠,要想推翻他的证明,就要证明他的基础公理不正确,这后来就有了非欧几何。

我们虽然不能否定古代数学家(算术家)的成就,但也应当实事求是的指出不足的地方,这样才能让学生有更加深入的认识,才能不断进步!

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