内容正文:
中国古代证明勾股定理的巧妙方法
大连市旅顺第二高级中学 2018年5月
中国古代数学成就
中国古代勾股定理史话
小组交流展示
迄今为止,关于勾股定理的证明方法已有500余种。
陈子与荣芳
商高与周公
大禹治水
中国古代数学家证明勾股定理的方法
赵爽弦图
中国古代数学家证明勾股定理的方法
出入相补原理
问题1
一个平面图形经过分割后,再无缝拼补,则前后两个图形的面积是否相等?
探究一 赵爽弦图证法
中国古代数学家证明勾股定理的方法
问题2
一直角三角形的勾为a和股为b,分别以它们为边长做两个正方形组成合并图形,你能画出图形并计算它的面积吗?
探究一 赵爽弦图证法
实验法
中国古代数学家证明勾股定理的方法
问题3
如果将图(1)经过割补拼成图(3),请你想一想,新图形是如何组成的,面积是多少?
探究一 赵爽弦图证法
中国古代数学家证明勾股定理的方法
《周髀算经》记载:
句股相乘为朱实二, 倍之为朱实四, 以句股之差自相乘为中黄实, 加差实亦成弦实。
问题4
其他小组还能从这个新图形中给出严格的证明吗?
探究一 赵爽弦图证法
朱实
中黄实
弦实
中国古代数学家证明勾股定理的方法
其大意为,一个任意直角三角形,以勾宽作红色正方形即朱方,以股长作青色正方形即青方。将朱方、青方两个正方形对齐底边排列,再以盈补虚,分割线内不动,线外则“各从其类”,以合成弦的正方形即弦方,弦方开方即为弦长。
探究二 刘徽青朱出入图证法
刘徽描述此图:
“勾自乘为朱方,股自乘为青方,令出入相补,各从其类,因就其余不动也,合成弦方之幂。开方除之,即弦也。”
外国数学家证明勾股定理的方法
毕达哥拉斯定理
外国数学家证明勾股定理的方法
梯形面积法即总统证法
欧几里得证法
现代计算机验证
试试解决中国古代有关勾股定理的问题
引葭赴岸
今有池方一丈,葭生其中央,出水一尺,引葭赴岸,适于岸齐,问水深,葭长各几何?
折竹抵地
今有竹高一丈,末折抵地,去本三尺.问折者高几何?
$$《周髀算经》记载的商高与周公的史话
第1小组整理资料发现:
勾股定理从被发现到现在已有五千年的历史。远在公元前三千年的巴比伦人,就已经知道和应用它了。我国古代也发现了这个定理。
据《周髀算经》记载,有周公向皇家数学家商高请教数学知识的对话。周公问:“夫天不可阶而升,地不可得尺寸而度,数安从出?意思是:我听说您对数学非常精通,我想请教一下:天没有梯子可以上去,地也没法用尺子去一段一段丈量,那么怎样才能得到关于天地的数据呢?”
商高回答说:数之法,出于方圆。圆出于方,方出于矩,矩出于九九八十一。故折矩,以为勾广三,股修四,径隅五。意思是说:数的产生来源于对方和圆这些形体的认识。其中有一条原理:当直角三角形的一条直角边“勾”等于3,另一条直角边“股”等于4的时候,那么它的斜边“弦”就必定是5。
可见当时,商高关于勾股定理已有明确的认识,以后人们就简单地把这个事实说成“勾三股四弦五”,根据该典也称勾股定理为商高定理。
$$勾股定理在大禹治水中的应用
第3小组整理资料发现:
勾股定理是中国古代天文观测实践中立竿测影的重大发现,在中国古代数学、天文历法和工程运用极其广泛,影响深远。
我国战国时期的古籍《路史后记十二注》中就有这样的记载:"禹治洪水决流江河,望山川之形,定高下之势,除滔天之灾,使注东海,无漫溺之患,此勾股之所系生也。"这段话的意思是说:大禹为了治理洪水,使不决流江河,根据地势高低,决定水流走向,因势利导,使洪水注入海中,不再有大水漫溺的灾害,是应用勾股定理的结果。
关于大禹治水应用勾股定理的记载,还有:“陆行乘车,水行乘船,泥行乘橇,山行乘檋(jū)。左准绳,右规矩,载四时,以开九州,通九道,陂(bēi)九泽,度九山。”意思是:经常随身离不开的东西,就是测定平直的水准和绳墨,划定图式的圆规和方矩,四时都带着他们,用以从事于开划九州,辟通九州道路,修筑九州湖泽堤障,计度九州山岳脉络。其中,“规”就是画圆的圆规;“矩”就是折成直角的曲尺,都是运用勾股定理的实用工具之一。
此外,《周髀》上还说:“故禹之所以治天下者,此数之所由生也”。意思是大禹除了把勾股定理应用于治水工程中,还把其中的原理延伸至国家建章立制的政治高度。
$$《周髀算经》记载的陈子与荣方的史话
第2小组整理资料发现:
陈子是周代的天文算学家,荣方是当时天文算学的爱好者。荣方对陈子的数学才能很羡慕,十分虚心地向陈子求教。陈子教给荣方学习和研究数学的方法,同时还教给荣方具体解决问题的方法。
据《周髀算经》记载,有一段陈子与荣方的对话,陈子说:“若求邪至日者,以日下为勾,日高为股;勾股各自乘,并而开方除之,得邪至日。”在古汉语里“邪”与“斜”是一样的;就是说,若求太阳到地面的距离,可以用矩来测量,