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勾股定理

一句话总结: 在任何直角三角形中,最长边的平方等于另外两条边的平方之和:a² + b² = c²。

为什么成立

勾股定理(又称毕达哥拉斯定理)可以让你不用测量,就算出直角三角形(有一个 90° 角的三角形,就像书页的一角)中缺少的那条边。建筑工人用它来检查墙角是否成直角,它还能算出梯子的长度、屏幕的对角线,或是横穿田地的捷径有多长。直角对面的最长边叫作斜边(英文 hypotenuse,读作 hy-POT-en-yooz),通常标记为 c。“平方”是指一个数乘以它自己(5² = 5 × 5 = 25),而“平方根”则是把平方还原(√25 = 5)。勾股定理也是坐标图上求距离、三角学以及之后许多数学内容的起点。

可以这样理解: 想象在直角三角形的每条边上各拼一块正方形瓷砖。如果两条较短的边分别是 3 cm 和 4 cm,那么它们的瓷砖面积就是 9 cm² 和 16 cm²。把这两块小瓷砖切开,正好能拼满最长边上的那块瓷砖,它的面积是 25 cm²。两个小正方形总能把大正方形完美填满,不多不少,也没有空隙。 (不适用的情况:这个类比讲的是面积,而不是长度,所以不能直接把边长相加(3 + 4 等于 7,而不是 5);必须先平方、再相加,最后开平方根。而且它只适用于有直角的三角形;换成其他三角形,小正方形就无法刚好填满大正方形。)

例题详解

一个长方形公园长 8 米、宽 6 米。从一个角到对角的斜穿小路有多长?

  1. 对角线把长方形分成两个直角三角形。对角线在直角的对面,所以它就是斜边 c。
  2. 把两条较短的边分别平方:6² = 36,8² = 64。
  3. 把它们相加:36 + 64 = 100,所以 c² = 100。
  4. 开平方根,把平方还原:c = √100 = 10。
  5. 检查是否合理:10 m 比任何一条短边(8 m)都长,但比沿着边走一圈(6 + 8 = 14 m)要短。

答案: 这条斜穿小路长 10 米。

常见错误

  • 把边长直接相加,而不是把它们的平方相加(3 + 4 = 7)。所以一定要先把每条边平方,再相加。
  • 最后忘记开平方根,把 c² 当成答案。记住最后一步是对总和开 √。
  • 求较短的边时却用了加法。如果斜边已知,就要改用减法:a² = c² − b²。
  • 把错误的边标成 c。一定要先找到直角对面的那条边,因为只有它才可能是斜边。

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一个直角三角形的两条较短边分别是 3 cm 和 4 cm。斜边有多长?

家长常见问题

孩子几年级学勾股定理?

在英格兰,通常在 9 年级引入,有时在 8 年级,并在 10 和 11 年级复习巩固。在澳大利亚,一般在 9 年级教授;在美国,这是 8 年级的内容。学生需要先熟练掌握平方和平方根。

在家怎样帮助孩子学习勾股定理?

利用身边的实物:量一量桌子或手机屏幕的长和宽,用 a² + b² = c² 预测对角线的长度,再实际量一量来验证。鼓励孩子把步骤说出来:找出斜边、平方、相加或相减、再开平方根。练熟 15² 以内的平方数,也会让计算轻松很多。

勾股定理适用于所有三角形吗?

不是,它只适用于直角三角形。不过,你可以反过来用:如果对于最长边 c,a² + b² 等于 c²,那么这个三角形一定有一个直角。建筑工人就是用这个方法来检查墙角是否成标准直角的。

什么是勾股数?

勾股数是恰好满足 a² + b² = c² 的三个整数,例如 3、4、5 和 5、12、13。勾股数的任意倍数也同样成立,所以 6、8、10 也是一组。能认出勾股数可以节省时间,还能帮助孩子检查答案。