下面哪一项是毕达哥拉斯定理?()
A中线定理
B蝴蝶效应
C墨菲定理
D勾股定理
正确答案:A
勾股定理
初等几何的著名定理之一。直角三角形两直角边上正方形面积的和等于斜边上正方形的面积,即如果直角三角形两直角边长度为a和b,斜边长度为c,那么a^2+b^2=c^2。中国古代称直角三角形的直角边为勾和股,斜边为弦,故此定理称为勾股定理。此定理在中国古代和西方早已被发现。数学史上普遍认为最先证明这个定理的是毕达哥拉斯,所以很多数学书上把此定理称为毕达哥拉斯定理。在中国,《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又有称之为商高定理;三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明。两千多年来,勾股定理由于应用的广泛性,吸引了历代众多的人,对它的证明已达数百种。
勾股定理(毕达哥拉斯定理)是数学上证明方法最多的定理之一——有四百多种证法!但有记载的第一个证明——毕达哥拉斯的证明方法已经失传。目前所能见到的最早的一种证法,属于古希腊数学家欧几里得。他的证法采用演绎推理的形式,记载在数学巨著《几何原本》里。在中国古代的数学家中,最早对勾股定理进行证明的是三国时期吴国的数学家赵爽。赵爽创制了一幅“勾股圆方图”,用数形结合的方法,给出了勾股定理的详细证明。在这幅“勾股圆方图”中,以弦为边长得到正方形ABDE是由4个相等的直角三角形再加上中间的那个小正方形组成的。每个直角三角形的面积为ab/2;中间的小正方形边长为b-a,则面积为(b-a) 2 。于是便可得如下的式子: 4×(ab/2)+(b-a) 2 =c 2 化简后便可得: a 2 +b 2 =c 2 亦即:c=(a 2 +b 2 ) (1/2) 赵爽的这个证明可谓别具匠心,极富创新意识。他用几何图形的截、割、拼、补来证明代数式之间的恒等关系,既具严密性,又具直观性,为中国古代以形证数、形数统一、代数和几何紧密结合、互不可分的独特风格树立了一个典范。 以下网址为赵爽的“勾股圆方图”:>
来源见下面:
在中国,周朝时期的商高提出了“勾三股四弦五”的勾股定理的特例。在西方,最早提出并证明此定理的为公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯学派,他用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和。
勾股定理现约有500种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,也是数形结合的纽带之一。
最早把数的概念提到突出地位的是毕达哥拉斯学派他们很重视数学,企图用数来解释一切宣称数是宇宙万物的本原,研究数学的目的并不在于使用而是为了探索自然的奥秘他们从五个苹果、五个手指等事物中抽象出了五这个数这在今天看来很平常的事,但在当时的哲学和实用数学界,这算是一个巨大的进步在实用数学方面,它使得算术成为可能在哲学方面,这个发现促使人们相信数是构成实物世界的基础
毕达哥拉斯本人以发现勾股定理(西方称毕达哥拉斯定理)著称于世这定理早已为巴比伦人和中国人所知,不过最早的证明大概可归功于毕达哥拉斯他是用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和,即毕达哥拉斯定理(勾股定理)
毕达哥拉斯对数论作了许多研究,将自然数区分为奇数、偶数、素数、完全数、平方数、三角数和五角数等在毕达哥拉斯派看来,数为宇宙提供了一个概念模型,数量和形状决定一切自然物体的形式,数不但有量的多寡,而且也具有几何形状在这个意义上,他们把数理解为自然物体的形式和形象,是一切事物的总根源因为有了数,才有几何学上的点,有了点才有线面和立体,有了立体才有火、气、水、土这四种元素,从而构成万物,所以数在物之先自然界的一切现象和规律都是由数决定的,都必须服从“数的和谐”,即服从数的关系
毕达哥拉斯还通过说明数和物理现象间的联系,来进一步证明自己的理论他曾证明用三条弦发出某一个乐音,以及它的第五度音和第八度音时,这三条弦的长度之比为6:4:3他从球形是最完美几何体的观点出发,认为大地是球形的,提出了太阳、月亮和行星作均匀圆运动的思想他还认为十是最完美的数,所以天上运动的发光体必然有十个
他还有一套这样的理论:地球沿着一个球面围绕着空间一个固定点处的“中央火”转动,另一侧有一个“对地星”与之平衡这个“中央火”是宇宙的祭坛,是人永远也看不见的这十个天体到中央火之间的距离,同音节之间的音程具有同样的比例关系,以保证星球的和谐,从而奏出天体的音乐
他同时任意地把非物质的、抽象的数夸大为宇宙的本原,认为“万物皆数”,“数是万物的本质”,是“存在由之构成的原则”,而整个宇宙是数及其关系的和谐的体系毕达哥拉斯将数神秘化,说数是众神之母,是普遍的始原,是自然界中对立性和否定性的原则
在平面几何中,有这样一条著名的定理:直角三角形中,两直角边的平方和等于斜边的平方,即C平方等于A平方加上B平方。西方人认为这定理是毕达哥拉斯在公元前500年发现的,所以称为毕达哥拉斯定理。其实在我国现存最早的数学著作《周髀算经》上,记载了公元前六七世纪荣方和陈子有关这条定理的一段对话,陈子说:“若求邪(斜)……勾股各自乘,并而开方除之”。这段话用公式表示即为:C等于根号下A平方加上B平方或C平方等于A平方加上B平方。因为陈子是比毕达哥拉斯早年代的人,所以有人主张将
“毕达哥哥拉斯定理”改称“陈子定理”。1951年,我国的《中国数学》杂志以“勾股定理”为其命名。
伴随着“毕达哥拉斯定理”的发明而必然出现的不可公约数危机,进一步加强了人们关于数与形相分离的观念,从而使独立于经验图形的纯粹数学演绎成为可能,并由此发展出抽象的形式系统(逻辑学)。
在国外,尤其在西方,勾股定理通常被称为毕达哥拉斯定理.这是由于,他们认为最早发现直角三角形具有“勾2+股2=弦2”这一性质并且最先给出严格证明的是古希腊的数学家毕达哥拉斯(Pythagoras,约公元前580-公元前500).
实际上,在更早期的人类活动中,人们就已经认识到这一定理的某些特例.除我国在公元前1000多年前发现勾股定理外,据说古埃及人也曾利用“勾三股四弦五”的法则来确定直角.但是,这一传说引起过许多数学史家的怀疑.比如,美国的数学史家M·克莱因教授曾经指出:“我们也不知道埃及人是否认识到毕达哥拉斯定理.我们知道他们有拉绳人(测量员),但所传他们在绳上打结,把全长分成长度为3、4、5的三段,然后用来形成直角三角形之说,则从未在任何文件上得到证实.”不过,考古学家们发现了几块大约完成于公元前2000年左右的古巴比伦的泥版书,据专家们考证,其中一块上面刻有如下问题:“一根长度为30个单位的棍子直立在墙上,当其上端滑下6个单位时,请问其下端离开墙角有多远?”这是一个三边为3:4:5三角形的特殊例子;专家们还发现,在另一块版板上面刻着一个奇特的数表,表中共刻有四列十五行数字,这是一个勾股数表:最右边一列为从1到15的序号,而左边三列则分别是股、勾、弦的数值,一共记载着15组勾股数.这说明,勾股定理实际上早已进入了人类知识的宝库.
无论是古埃及人、古巴比伦人还是我们中国人谁最先发现了勾股定理,我们的先人在不同的时期、不同的地点发现的这同一性质,显然不仅仅是哪一个民族的私有财产而是我们全人类的共同财富值得一提的是:在发现这一共同性质后的收获却是不完全相同的.下面以“毕达哥拉斯定理”和“勾股定理”为例,做一简单介绍:
一、毕达哥拉斯定理
毕达哥拉斯是一个古希腊人的名字.生于公元前6世纪的毕达哥拉斯,早年曾游历埃及、巴比伦(另一种说法是到过印度)等地,后来移居意大利半岛南部的克罗托内,并在那里组织了一个集政治、宗教、数学于一体的秘密团体毕达哥拉斯学派,这个学派非常重视数学,企图用数来解释一切.他们宣称,数是宇宙万物的本原,研究数学的目的并不在于实用,而是为了探索自然的奥秘.他们对数学看法的一个重大贡献是有意识地承认并强调:数学上的东西如数和图形是思维的抽象,同实际事物或实际形象是截然不同的.有些原始文明社会中的人(如埃及人和巴比伦人)也知道把数脱离实物来思考,但他们对这种思考的抽象性质所达到的自觉认识程度,与毕达哥拉斯学派相比,是有相当差距的.而且在希腊人之前,几何思想是离不开实物的.例如,埃及人认为,直线就是拉紧的绳或田地的一条边;而矩形则是田地的边界.毕达哥拉斯学派还有一个特点,就是将算术和几何紧密联系起来.
正因为如此,毕达哥拉斯学派在他们的探索中,发现了既属于算术又属于几何的用三个整数表示直角三角形边长的公式:若2n+1,2n2+2n分别是两直角边,则斜边是2n2+2n+1(不过这法则并不能把所有的整勾股数组表示出来).也正是由于上述原因,这个学派通过对整勾股数的寻找和研究,发现了所谓的“不可通约量”例如,等腰直角三角形斜边与一直角边之比即正方形对角线与其一边之比不能用整数之比表达.为此,他们把那些能用整数之比表达的比称做“可公度比”,意即相比两量可用公共度量单位量尽,而把不能这样表达的比称做“不可公度比”.像我们今日写成:1的比便是不可公度比.至于与1不能公度的证明也是毕达哥拉斯学派给出的.这个证明指出:若设等腰直角三角形斜边能与一直角边公度,那么,同一个数将既是奇数又是偶数.证明过程如下:设等腰直角三角形斜边与一直角边之比为:,并设这个比已表达成最小整数之比.根据毕达哥拉斯定理2=2+2,有2=22.由于22为偶数即x2为偶数,所以必然也是偶数,因为任一奇数的平方必是奇数(任一奇数可表示为2n+1,于是(2n+1)2=4n2+4n+1,这仍是一个奇数.但是比:是既约的,因此,必然不是偶数而是奇数,既然是偶数,故可设=2.于是2=42=22.因此,2=22,这样,2是个偶数,于是也是偶数,但是同时又是个奇数,这就产生了矛盾.
关于对毕达哥拉斯定理的证明,现在人类保存下来的最早的文字资料是欧几里得(公元前300年左右)所著的《几何原本》第一卷中的命题47:“直角三角形斜边上的正方形等于两直角边上的两个正方形之和”.实际上,毕达哥拉斯学派关心得更多的是数学问题本身的研究;以毕达哥拉斯学派为代表的古希腊数学是以空间形式为主要研究对象,以逻辑上的演绎推理为主要的理论形式.而毕达哥拉斯定理的发现(关于可公度比与不可公度比的研究、讨论),实际上导致了无理数的发现,尽管毕达哥拉斯学派不愿意接受这样的数,并因此造成了数学史上所谓的第一次数学危机,但是毕达哥拉斯学派的探索仍然是功不可没的.
二、我国的勾股定理
在我国,至今可查的有关勾股定理的最早记载,是大约公元前1世纪前后成书的《周髀算经》,其中有一段公元前1千多年前的对话:“昔者周公问于商高曰:窃闻乎大夫善数也,请问古者包牺立周天历度,夫天不可阶而升,地不可得尺寸而度.请问数安从出?商高曰:数之法,出于圆方.圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一.故折矩,以为勾广三,股修四,径隅五.”
《周髀算经》中还有“陈子测日”的记载:根据勾股定理,周子可以测出日高及日远.例如,当求得了日高及测得了测量人所在位置到日下点的距离之后,计算日远的方法是:“若求邪至日者,以日下为勾,日高为股,勾股自乘,并开方而除之,得邪至日者.”
《周髀算经》是我国流传至今的一部最早的数学著作.书中主要讲述了学习数学的方法以及用勾股定理来计算高深远近和比较复杂的分数计算等.在唐代,《周髀算经》与其他九部陆续出现在我国汉唐两代千余年间的数学著作一起,被国子监算学馆定为课本,后世通称这十本书为《算经十书》.《算经十书》较全面地反映了自先秦至唐初我国的数学成就.其中许多书中都涉及到了勾股定理的内容,尤其《九章算术》(《算经十书》之一)第九章“勾股”专门讲解有关直角三角形的理论,所讨论的主要内容就是勾股定理及其应用.该章共有设问24题,提出22术.其中第6题是有名的“引葭赴岸”:“今有池方一丈,葭生其中央.出水一尺,引葭赴岸,适与岸齐.问水深、葭长各几何.”这是一个流传甚广的题目,类似题目一再在其他书中出现,例如成书于5世纪中叶的《张邱建算经》(《算经十书》之一)、朱世杰所著的《四元玉鉴》(1303年)等.
我们的先辈们还根据勾股定理发明了一种由互相垂直的勾尺和股尺构成的测量工具矩.如,《周髀算经》中记载了商高对用矩之道的论述:“平矩以正绳,偃矩以望高,复矩以测深,卧矩以知远.”又如,我国魏晋间杰出的数学家刘徽在他的名著《海岛算经》(《算经十书》之一)中共列出了9个有代表性的可用矩解决的测望问题,其中第4个问题是:“今有望深谷,偃矩岸上,令勾高六尺,从勾端望谷底,入下股九尺一寸,又设重矩于上,其矩间相去三丈,更从勾端望谷底,入上股八尺五寸,问谷深几何.”
我国最早的关于勾股定理的证明,目前人们认为是汉代赵爽对《周髀算经》的注释.
我国古代的数学与古希腊的数学不大一样.实际上,我国数学的主要研究对象不是空间形式,而是数量关系;其理论形式不是逻辑演绎体系,而是以题解为中心的算法体系.与古希腊数学采取层层论证的思维方式不同,我国古代数学家的思维方式是以直觉思维为主,又以类比为发现和推论结果的主要手段.
对于勾股定理,我国古代的数学家没有把主要精力放在仅仅给出严格的逻辑推理证明上,也没有在不可通约量究竟是什么性质的数上面做文章,而是立足于对由此可以解决的一类实际问题算法的深入研究.通过在直角三角形范围内讨论与勾股定理、相似直角三角形性质定理有关的命题,他们推出了一种组合比率算法勾股术.勾股术把相似直角三角形的概念作为基本概念,把相似直角三角形的性质作为基本性质,使相似直角三角形之间的相似比率构成了勾股的核心.勾股术用比率表达相似勾股对应边成比例的原理,勾股整数和勾股两容(容圆、容方)问题的求解;建立了勾股测量的理论基础.后来,刘徽实际上把相似勾股形理论确定为勾股比率论,并明确提出了“不失本率原理”,又把这个原理与比例算法结合起来,去论证各种各样的勾股测量原理,从而为我国古代的勾股测望术建立了坚实的理论基础.
有的专家还提出:勾股定理在我国古代数学中占有十分重要的地位,千百年来逐渐形成了一门以勾股定理及其应用为核心的中国式的几何学.
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