勾股定理揭示了直角三角形三邊之間的關(guān)系,大約在公元前1100多年前,商高已經(jīng)證明了普通意義下的勾股定理,在國外把勾股定理稱為“畢達(dá)哥拉斯定理”.
勾股定理是平面幾何中一個(gè)重要定理,其廣泛的應(yīng)用體現(xiàn)在:勾股定理是現(xiàn)階段線段計(jì)算、證明線段平方關(guān)系的主要方法,運(yùn)用勾股 定理的逆定理,通過計(jì)算也是證明兩直線垂直位置關(guān)系的一種 有效手段.
直角三角形是一類特殊三角形,有著豐富的性質(zhì):兩銳角互余(角的關(guān)系)、勾股定理(邊的關(guān)系),30°角所對(duì)的直角邊等于斜邊的一半(邊角關(guān)系),這些性質(zhì)在求線段的長度、證明線段倍分關(guān)系、證明線段平方關(guān)系等方面有廣泛的應(yīng)用.
例題求解
【例1】如圖,以等腰直角三角形ABC的斜邊AB為邊向內(nèi)作等邊△ABD,連結(jié)DC,以DC為邊作等邊△DCE,B、E在CD的同側(cè),若AB= ,則BE= .
(重慶市中考題)
思路點(diǎn)撥 因BE不是直 角三角形的邊,故不能用勾股定理直接計(jì)算,需找出與BE相等的線段轉(zhuǎn)化問題.
注 千百年來,勾股定理的證明吸引著數(shù)學(xué)愛好者,目前有400多種證法,許多證法的共同特點(diǎn)是通過弦圖的割補(bǔ)、借助面積加以證明,美國第20任總統(tǒng)加菲爾德(1831—1881)曾給出一個(gè)簡單證法.
勾股定理的發(fā)現(xiàn)是各族人民早期文明的特征,有人建議,將來與“外星人”交往,可以把勾股定理轉(zhuǎn)化為光電訊號(hào),傳向異域,他們一定懂得勾股定理.
現(xiàn)已確定的2002年8月在北京舉行的國際數(shù)學(xué)家大會(huì)的會(huì)標(biāo)來源于弦圖的圖案.
【例2】 2002年8月在北京召開的國際數(shù)學(xué)家大會(huì)會(huì)標(biāo)取 材于我國古代數(shù)學(xué)家趙爽的《勾股圓方圖》,它是由四個(gè)全等的直角三角形與中間的小正方形拼成的一個(gè)大正方形(如圖所示).如果 大正方形的面積是13,小正方形的面積是1,直角三角形的較短直角邊為a,較長直角邊為b,那么(a+b)2的值為( )
A.13 B .19 C.25 D.169
(山東省中考題)
思路點(diǎn)撥 利用勾股定理、面積關(guān)系建立a、b的方程組.
【例3】 如圖,P為△ABC邊BC上的一點(diǎn),且PC=2PB, 已知∠ABC=45°,∠APC=60°,求∠ACB的度數(shù).
(“祖沖之杯”邀請(qǐng)賽試題)
思路點(diǎn)撥 不可能簡單地由角的關(guān)系推出∠ACB的度數(shù),解本例的關(guān)鍵是由條件構(gòu)造出含30°角的直角三角形.
【例4】如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CD⊥AB于D,設(shè)AC=b,BC=a,AB=c,CD=h.
求證:(1) ;
(2) ;
(3) 以 、 、 為邊的三角形,是直角三角形.
思路點(diǎn)撥 (1)只需證明 ,從左邊推導(dǎo)到右邊;(2)證明( ;(3)證明 .在證明過程中,注意面積關(guān)系式 的應(yīng)用.
【例5】 一個(gè)直角三角形的邊長都是整數(shù),它的面積和周長的數(shù)值相等,這樣的直角三角形是否存在?若存在,確定它三邊的長,若不存 在,說明理由.
(北京市競(jìng)賽題)
思路點(diǎn)撥 假設(shè)存在符合條件的直角三角形,它的三邊長為a、b、c,其中c為斜邊,則 ,于是將存在性問題的討論轉(zhuǎn)化為求方程組的解.
注 當(dāng)勾股定理不能直接運(yùn)用時(shí),常需要通過等線段的代換、作輔助垂線等途徑,為勾股定理的運(yùn)用創(chuàng)造必要的條件,有時(shí)又需要由線段的數(shù)量關(guān)系去判斷線段的位置關(guān)系, 這就需要熟悉一些常用的勾股數(shù)組.
從代數(shù)角度,考察方程 的正整數(shù)解,古代中國人發(fā)現(xiàn)了“勾三股,四弦五”,古希臘人找到了這個(gè)方程的全部整數(shù)解(用代數(shù)式表示的勾股數(shù)組).
17世紀(jì),法國數(shù)學(xué)家費(fèi)爾馬提出猜想:當(dāng) ≥3時(shí),方程 無正整數(shù)解.
1994年,曼國普林斯頓大學(xué)維爾斯教授歷盡艱辛證明了這個(gè)猜想,被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的成果.
一般地,在有等邊三角形、正 方形的條件下,可將圖形旋轉(zhuǎn)60°或90°,旋轉(zhuǎn)過程中角度、線段的長度保持不變,在新的位置上分散的條件相對(duì)集中,以便挖掘隱含條件,探求解題思路.
學(xué)力訓(xùn)練
1.如圖,AD是△ABC的中線,∠ADC=45°,把△ACD沿AD對(duì)折,點(diǎn)C落在點(diǎn)C′的位置,則BC′與BC之間的數(shù)量關(guān)系是 .(山西省中考題)
2.如圖,△ABC是直角三角形,BC是斜邊,將△ABP繞點(diǎn)A逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后,能與△ACP'重合,若AP=3,則PP′的長等于 .
3.如圖,已知AB=13,BC=14,AC=15,AD⊥BC于D,則AD= .
(武 漢市選拔賽試題)
4.如圖,四邊形ABCD中,AB=3cm,BC=4cm,CD=12?,DA=13cm,且∠ABC=90°,則四邊形ABCD的面積是 cm2.
5.如圖,一個(gè)長為10米的梯子,斜靠在墻上,梯子的頂端距地面的垂直距離為8米,如果梯子的頂端下滑1米,那么,梯子底端的滑動(dòng)距離( )
A.等于1米 B.大于l米 C.小于l米 D.不確定
(寧波市中考題)
6.如果一個(gè)三角形的一條邊是另一條邊的2倍,并且有一個(gè)角是30°,那么這個(gè)三角形的形狀是( )
A.直角三角形 B.鈍角三角形 C.銳角三角形 D.不能確定
7.在四邊形ABCD中,∠A=60°,∠B=∠D=90°,BC=2,CD=3,則AB=( )
8.在由單位正方形組成的網(wǎng)格圖中標(biāo)出了AB,CD,EF,GH四條線段,其中能構(gòu)成一個(gè)直角三角形三邊的線段是( )
A.CD,EF,GH B.AB,CD,EF C.AB,CD,GH D.AB,EF,GH
(北京市競(jìng)賽題)
9.如圖,正方形網(wǎng)格中的每個(gè)小正方形邊長都是1,每個(gè)小格的頂點(diǎn)叫做格點(diǎn),以格點(diǎn)為頂點(diǎn)分別按下列要求畫三角形:(1)使三角形的三邊長分別為3,2 , ;(2)使三角形為鈍角三角形且面積為4.
(吉林省中考題)
10.如圖,在△ABC中,AB=AC,∠A=120°,MN垂直平分AB,求證:CM=2BM.
(南道市中考題)
11.如圖,在Rt△ABC中,∠A=90°,D為斜邊BC中點(diǎn),DE⊥DF,求證: .
12.如圖,在△ABC中,AB=5,AC=13,邊BC上的中線AD=6,則BC的長為 .
(湖北省預(yù)賽試題)
13.如圖,設(shè)P是等邊△ABC內(nèi)的一點(diǎn),PA=3,PB=4,PC=5,則∠APB的度數(shù)是 .
14.如圖,一個(gè)直角三角形的三邊長均為正整數(shù),已知它的一條直角邊的長恰是1997,那么另一條直角邊的長為 .
15.若△ABC的三邊a、b、c滿足條件: ,則這個(gè)三角形最長邊上的高為 .
16.在銳角△ABC中,已知某兩邊a=1,b=3,那么第三邊的變化范圍是( )
A.2
17.如圖,用3個(gè)邊長為l的正方形組成一個(gè)對(duì)稱圖形,則能將其完全覆蓋的圓的最小半徑為( )
A. B. C. D.
(天津市競(jìng)賽題)
18.△ABC三邊BC、CA、AB的長分別為a、b、c,這三邊的高依次為 、 、 ,若a≤ ,b≤,則這個(gè)三角形為( )
A.等邊三角形 B.等腰非直角三角形 C.直角非等腰三角形 D.等腰直角三角形
(武漢市選拔賽試題)
19.如圖,Rt△ABC中,∠ACB=90°,CD⊥AB于D,AF平分∠CAB交CD于E,交CB于F,且EG∥AB交CB于G,則CF與CB的大小關(guān)系是( )
A. CF>GB B. CF=GB C.GF
21.如圖,在△ABC中,AB=AC,(1)若P是BC邊上的中點(diǎn),連結(jié)AP,求證:BP×CP=AB2一AP2;(2)若P是BC邊上任意一點(diǎn),上面的結(jié)論還成立嗎?
若成立,請(qǐng)證明,若不成立,請(qǐng)說明理由;(3)若P是BC邊延長線上一點(diǎn),線段AB、AP、BP、CP之間有什么樣的關(guān)系?請(qǐng)證明 你的結(jié)論.
22.如圖,在△ABC中,∠BAC=90°,AB=AC,E、F分別是BC上兩點(diǎn),若∠EAF=45°,試推斷BE、CF、EF之間的數(shù)量關(guān)系,并說明理由.
23.如圖,∠ACB=90°,AD是∠CAB 的平分線,BC=4,CD= ,求AC的長.
(河南省競(jìng)賽題)
24.(1)四年一度的國際數(shù)學(xué)家大會(huì)于2002年8月20日在北京召開.大會(huì)會(huì)標(biāo)如圖甲.它是由四個(gè)相同的直角三角形與中間的小正方形拼成的一個(gè)大正方形.
若大正方形的面積為13,每個(gè)直角三角形兩直角邊的和是5,求中間小正方形的面積.
(2)現(xiàn)有一張長為6.5cm.寬為2?的紙片,如圖乙,請(qǐng)你將它分割成6塊,再拼合成一個(gè)正方形.(要求:先在圖乙中畫出分割線,再畫出拼成的正方形并標(biāo)明相應(yīng)數(shù)據(jù))
(煙臺(tái)市中考題)
25.如圖,在四邊形ABCD中,∠ABC=30°,∠ADC=60°,AD=CD,求證:BD2=AB2+BC2.
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