三国时期魏国数学家刘徽为古籍《九章算术》作注释时提出"出入相补法"验证勾股定理,如图所示,请加以说明

\u4e09\u56fd\u65f6\u671f.\u9b4f\u56fd\u6570\u5b66\u5bb6\u5218\u5fbd\u4e3a\u53e4\u7c4d\u4e5d\u7ae0\u7b97\u672f\u4f5c\u6ce8\u91ca\u65f6\uff0c\u63d0\u51fa \u51fa\u5165\u76f8\u8865\u6cd5\u9a8c\u8bc1\u52fe\u80a1\u5b9a\u7406\uff0c\u5982\u56fe\u6240\u793a\u8bf7\u52a0\u4ee5\u8bc1\u660e


\u5982\u56fe\uff1a
\u6b63\u65b9\u5f62ABCD\u8fb9\u957f\u4e3aa \uff0c\u70b9B\u5728AG\u4e0a\uff0c
\u6b63\u65b9\u5f62EFGB\u8fb9\u957f\u4e3ab \uff0c\u70b9C\u5728EB\u4e0a\uff0c
\u6b63\u65b9\u5f62EHIA\u8fb9\u957f\u4e3ac \uff0c\u70b9H\u5728FG\u4e0a\uff0c
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\u2234 Rt\u25b3EFH\u4e2d\uff0c
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\u2234 \u22204=\u22205\uff0c\u53c8DA=JI=a\uff0c\u2220ADL=\u2220IJK=90\u00b0\uff0c
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假设现在给定一个正方形BEGF。这道题目本身并没有难度,关键在于楼主不允许使用全等。

 

  1. 即便如此,可以把题目看成以H为动点在GF上移动,HE为边长,做一个正方形AEHI,因为H点是移动的,相应的A点也会跟着移动,但我可以和楼主保证,当H点移动到G点时,此刻AG=2BG或AB=BG,因为他们满足了各自之间的垂直关系。当H点移动到F点时,A点与B点重合。

     

     

  2. 根据以上的观点,得知正方形ABCD的边长是变化的。这样就满足了a^2+b^2=c^2前提,即我给你一个定量(假设是b),那么a的取值就随c的变化而变化。因为H点在GF上移动这个限制,所以也导致了AB的变化范围必须是在(0-b)之间。

     

     

  3. 如果楼主只是认为a、b、c是相较于边长,那么此题就显得毫无意义。关键是刘徽采用拓补的思路,即正方形AEHI=正方形ABCD+正方形BEFG。

 

在达成以上共识后,我们再来讨论拓补对于勾股定理的意义。我们假设AG与IH的交点为O

思路:

  1. 首先楼主限定了我不能用全等,那根据平行线之间成比例的关系。我们将三角形HEF旋转90度。使得,点A、E、H在同一直线上。此时,点B、E、F也在同一直线上,并且HF//AB,这样我们就能得到HF=AB=a(这个不是全等,这个是平行线之间,线段成比例的概念)你也可以认为这是将三角形HEF拓补到整个图形的右侧。

  2. 其实只要证明出AB=HF=a,那么GH=b-a,此题几乎已经破解。我们假设AG与IH的交点为O,那么根据平行线之间线段成比例的概念,我们可以将线段OG,GH,OH分别表示用a和b表示出来。

  3. 此时正方形AEHI的面积相当于三角形AIO,三角形ABE,三角形BOE,三角形EOH面积之和,且这些三角形都是直角三角形,个边长都可以用代数a和b表示出来,而正方形AEHI本身的面积就是c^2,所以不用担心会出现恒等式的情况。(注意只要将4个直角三角形的面积相加,不要列出等式,因为这本来就是相等的,肯定会是恒等式的概念,即A-B=0)

 证闭

关键我们要从这个问题中看见本质,其实就是H点在GF上移动,问你正方形边长AB与HF之间的关系,我们一但抓住本质,就很容易把这个问题想清楚。

这和我们生活中遇到很多情况都是一样的,为人处事但求一个明确的思路,看清问题的本质很有利于提升我们自己的效率,从而脱颖而出。



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