勾股定理 · PythagoLab
勾股定理:亲手把碎片拼进斜边上的正方形,赵爽弦图与刘徽出入相补,欧几里得证明的剪切变换,转动水槽让 a² 和 b² 的水倒满 c²,勾股数散点图。
章节内容
拼图挑战
直角三角形三条边上各有一个正方形。勾股定理说:两个小正方形的面积之和,等于斜边上的大正方形的面积,a² + b² = c²。
别急着算,先动手:b² 已经被切成 4 块,把它们和 a² 一起拖进 c²,看能不能拼满。
出入相补
中国古代称直角三角形的两条直角边为“勾”“股”,斜边为“弦”。三国时赵爽用“弦图”、魏晋时刘徽用“出入相补”证明了勾股定理。
“出入相补”:图形剪下的部分移到别处,面积不变。
欧几里得的证明
《几何原本》第一卷第 47 个命题。从直角顶点 C 作斜边的垂线,把 c² 分成两个矩形,再证明它们分别等于 a² 和 b²。
动画把证明中的全等三角形换成了三个保持面积的变换:剪切、旋转、剪切。
更多证法
勾股定理大概是证法最多的定理,有人收集了三百多种。这里再看两种:毕达哥拉斯学派的“重排”,和美国总统加菲尔德的“梯形”。
倒水
把三个正方形做成一样厚的水槽,连在直角三角形的三条边上。
先在 a² 和 b² 里装满水,然后慢慢转动整块板,水会流进 c²。猜猜看:能装满吗?会溢出吗?
勾股数
三边都是整数的直角三角形,三边长叫一组勾股数,如 3、4、5 和 5、12、13。
任取正整数 m > n,a = m² − n²,b = 2mn,c = m² + n² 一定是勾股数。拖动 m、n 试试,或者点散点图上的点。
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