爱因斯坦巧用相似证明勾股定理|爱因斯坦证明勾股定理

  学过几何的人都知道勾股定理(在西方又叫毕达哥拉斯定理).它是几何中一个重要的定理,应用十分广泛. 迄今为止,关于勾股定理的证明方法已有400多种,成为世界上证明方法最多的定理之一. 像三国时期的数学家赵爽、古希腊数学家欧几里得、美国第20任总统加菲尔德、画家达?芬奇、伟大的物理学家爱因斯坦等,都用各自的方法证明了勾股定理. 爱因斯坦12岁时,在未学过平面几何的情况下,根据三角形的相似特性(两直角三角形的相似,完全取决于它们的一个锐角,如果有一锐角相等,二者相似;否则,不相似),独立地给出了毕达哥拉斯定理的一个证法,为此,他长时间地激动!这虽然仅涉及一个非常古老的著名定理,他却经历了发现者首次的快乐. 而且这一证法是毕达哥拉斯定理中最简单和最好的证法,证法如下.
  已知:如图1,在Rt△ABC中,∠ACB=90°.
  求证:AC 2+BC 2=AB 2.
  证明:过C作CD⊥AB于D.
  ∵ CD⊥AB,∴∠ADC=∠BDC=90°.
  ∵∠ACB=90°,∴∠ADC=∠ACB.
  又∵∠A=∠A,∴△ACD∽△ABC.
  ∴ =,得AC 2=AD?AB. 同理BC 2=BD?AB.
  ∴ AC 2+BC 2=AD?AB+BD?AB=(AD+BD)?AB=AB 2.
  爱因斯坦之所以在12岁时完成了常人无法达到的成果,是由于他天赋的好奇心、敏锐的理性思维、刻苦的钻研精神以及启蒙者对他的谆谆教导. 虽然在公元前欧几里得的《几何原本》中,已经有了这种证法,但12岁的爱因斯坦证明出毕达哥拉斯定理,却是常人很难达到的成就.
  需要说明的是,爱因斯坦的证明方法用到了“相似三角形的对应边的比相等”,其实也可应用“相似三角形面积的比等于相似比的平方”证明. 即由△ACD∽△ABC得=.同理=.
  ∴+=+===1.
  ∴ AC2+BC2=AB2. 这种证法也十分简捷.
  为了开拓同学们的视野,下面再介绍两种利用相似证明勾股定理的方法:
  证法1 如图2,延长CA至D,使AD=AC,延长CB至E,使BE=BC. 连接DE,过点A作AM⊥DE,过点B作BN⊥DE,垂足分别为M、N.
  易证△ABC∽△DAM. ∴=,即AC?AD=DM?AB.
  而AD=AC,∴ AC2=DM?AB.
  同理BC2=EN?AB.
  而AB为△CDE的中位线,四边形ABNM为矩形,
  ∴ DE=DM+EN+MN=DM+EN+AB=2AB,∴ DM+EN=AB.
  ∴ AC2+BC2=DM?AB+EN?AB=(DM+EN)?AB=AB2.
  说明:上述证法是美国权威杂志《数学教师》上面的证法.
  证法2 如图3,分别过点A、B作BC、AC的平行线,相交于点D.
  易证四边形ACBD为矩形.
  于是AC=BD,AD=BC,∠BCD=∠ABC=∠ADC=∠BAD.
  过点C在∠ACB内部作∠ACE=∠BCD.
  又∠ACB=∠CBD=90°,∴△ACE∽△DCB.
  ∴ =,即AC?BD=AE?CD.①
  而∠BEC=∠BAC+∠ACE=∠BAC+∠BAD=∠CAD.
  ∴△BEC∽△ADB. ∴ =,即AD?BC=BE?AB.②
  ① 、 ②两边分别相加,得AC?BD+AD?BC=AE?CD+BE?AB.
  即AC2+BC2=AE?AB+BE?AB=AB(AE+BE)=AB2.

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