一道三角题的多种解法与“弦图”背景 湖北省阳新县高级中学 邹生书 题目 以的斜边为一边向形外作正方形,设,求证:. 这是笔者从华中师范大学彭翕成老师的博客中看到的一道题目,该题首先是由彭老师发给史嘉老师的并且要求用向量进行解答,然后史嘉老师将此题发到人教网上征求解答,引起网友们的强烈反响和热烈参与,解法多种多样精彩纷呈,笔者从中受益匪浅,现将有关解法和本人的肤浅体会整理成文与大家分享. 一、路漫漫其修远兮,吾将上下而求索 图1 证法1 如图1,过点作于点交于点,设,设正方形的边长为1,则,,. 于是.同理,.由余弦定理得, , , 图2 . 由上易证. 证法2 以的中点为坐标原点建立直角坐标系如图2所示,设正方形的边长为2.依题意点在以为直径的上半圆上,设点的坐标为.由向量夹角公式知,要证.只要证,只要证. 由,得.由,, 得. 所以. 又, , . 所以, 所以,故. 证法3以的中点为坐标原点建立直角坐标系如图2所示,设正方形的边长为2,依题意点在以为直径的上半圆上,设点的坐标为. 因为,所以要证,只要证,即要证,两边同除以,则只要证.由到角公式得, . 故. 二、“弦图”背景——会当临绝顶,一览众山小 该题文字简洁解法多样且背景深厚.上述证法运算量较大,若将其补成一个正方形如图3所示,补形后不仅图形对称完美,而且证明思路更加清晰证法更加简洁直观. 证法4 同法2只要证.如图3,过点作交的延长线于点,过点作交的延长线于点,设直线 图3 相交于点,易证四边形是正方形, 且四个角上的四个直角形全等,此图就是我国古代数 学家赵爽用于证明勾股定理的“弦图”. 设,则,则. 由向量数量积的几何意义得, , , 所以. . 所以.所以. 故. 证法5 同法4补形成正方形,由直角三角形的边角关系得,,所以.由余弦定理得, . 综上. 证法6 如图3,因为,所以要证,只要证 ,即要证. 而, ,所以, 故. 证法7 同法6只要证,两边同除以,则只要证,而,故. 赵爽弦图 2002年国际数学家大会在北京召开,大会的会标是我国古代数学家赵爽画的“弦图”,体现了数学研究中的继承和发展.赵爽的“弦图”隐含了勾股定理的两种面积证法,其证法如下: 证法1 由“弦图”知,边长为的正方形面积等于边长为的正方形面积减去4个两直角边为的三角形面积,即. 证法2由“弦图”知,边长为的正方形面积等于边长为的正方形面积加上4个两直角边为的三角形面积,即. 赵爽的“弦图”证法优美精巧是证明勾股定理最著名的证法之一,特别是“弦图”一图蕴涵两种证法更是举世无双.“弦图”是证明勾股定理的无字证明,充分体现了我国古代的数学文明和数学文化,本题补形后的“弦图”不仅图形对称完美,而且证明思路更加清晰证法更加简洁直观,使我们再次领会到“弦图”的魅力和丰富的数学内涵. (责任编辑:admin) |