做8個全等的直角三角形,設它們的兩條直角邊長分別為a、b,斜邊長為c,再做三個邊長分別為a、b、c的正方形,把它們像上圖那樣拼成兩個正方形.
從圖上可以看到,這兩個正方形的邊長都是a + b,所以面積相等. 即
, 整理得 .
證法2(鄒元治證明)
以a、b 為直角邊,以c為斜邊做四個全等的直角三角形,則每個直角三角形的面積等於 . 把這四個直角三角形拼成如圖所示形狀,使A、E、B三點在壹條直線上,B、F、C三點在壹條直線上,C、G、D三點在壹條直線上.
∵ RtΔHAE ≌ RtΔEBF,
∴ ∠AHE = ∠BEF.
∵ ∠AEH + ∠AHE = 90?,
∴ ∠AEH + ∠BEF = 90?.
∴ ∠HEF = 180?―90?= 90?.
∴ 四邊形EFGH是壹個邊長為c的
正方形. 它的面積等於c2.
∵ RtΔGDH ≌ RtΔHAE,
∴ ∠HGD = ∠EHA.
∵ ∠HGD + ∠GHD = 90?,
∴ ∠EHA + ∠GHD = 90?.
又∵ ∠GHE = 90?,
∴ ∠DHA = 90?+ 90?= 180?.
∴ ABCD是壹個邊長為a + b的正方形,它的面積等於 .
∴ . ∴ .
證法3(趙爽證明)
以a、b 為直角邊(b>a), 以c為斜
邊作四個全等的直角三角形,則每個直角
三角形的面積等於 . 把這四個直角三
角形拼成如圖所示形狀.
∵ RtΔDAH ≌ RtΔABE,
∴ ∠HDA = ∠EAB.
∵ ∠HAD + ∠HAD = 90?,
∴ ∠EAB + ∠HAD = 90?,
∴ ABCD是壹個邊長為c的正方形,它的面積等於c2.
∵ EF = FG =GH =HE = b―a ,
∠HEF = 90?.
∴ EFGH是壹個邊長為b―a的正方形,它的面積等於 .
∴ .
∴ .
證法4(1876年美國總統Garfield證明)
以a、b 為直角邊,以c為斜邊作兩個全等的直角三角形,則每個直角三角形的面積等於 . 把這兩個直角三角形拼成如圖所示形狀,使A、E、B三點在壹條直線上.
∵ RtΔEAD ≌ RtΔCBE,
∴ ∠ADE = ∠BEC.
∵ ∠AED + ∠ADE = 90?,
∴ ∠AED + ∠BEC = 90?.
∴ ∠DEC = 180?―90?= 90?.
∴ ΔDEC是壹個等腰直角三角形,
它的面積等於 .
又∵ ∠DAE = 90?, ∠EBC = 90?,
∴ AD‖BC.
∴ ABCD是壹個直角梯形,它的面積等於 .
∴ .
∴ .
證法5(梅文鼎證明)
做四個全等的直角三角形,設它們的兩條直角邊長分別為a、b ,斜邊長為c. 把它們拼成如圖那樣的壹個多邊形,使D、E、F在壹條直線上. 過C作AC的延長線交DF於點P.
∵ D、E、F在壹條直線上, 且RtΔGEF ≌ RtΔEBD,
∴ ∠EGF = ∠BED,
∵ ∠EGF + ∠GEF = 90°,
∴ ∠BED + ∠GEF = 90°,
∴ ∠BEG =180?―90?= 90?.
又∵ AB = BE = EG = GA = c,
∴ ABEG是壹個邊長為c的正方形.
∴ ∠ABC + ∠CBE = 90?.
∵ RtΔABC ≌ RtΔEBD,
∴ ∠ABC = ∠EBD.
∴ ∠EBD + ∠CBE = 90?.
即 ∠CBD= 90?.
又∵ ∠BDE = 90?,∠BCP = 90?,
BC = BD = a.
∴ BDPC是壹個邊長為a的正方形.
同理,HPFG是壹個邊長為b的正方形.
設多邊形GHCBE的面積為S,則
,
∴ .
證法6(項明達證明)
做兩個全等的直角三角形,設它們的兩條直角邊長分別為a、b(b>a) ,斜邊長為c. 再做壹個邊長為c的正方形. 把它們拼成如圖所示的多邊形,使E、A、C三點在壹條直線上.
過點Q作QP‖BC,交AC於點P.
過點B作BM⊥PQ,垂足為M;再過點
F作FN⊥PQ,垂足為N.
∵ ∠BCA = 90?,QP‖BC,
∴ ∠MPC = 90?,
∵ BM⊥PQ,
∴ ∠BMP = 90?,
∴ BCPM是壹個矩形,即∠MBC = 90?.
∵ ∠QBM + ∠MBA = ∠QBA = 90?,
∠ABC + ∠MBA = ∠MBC = 90?,
∴ ∠QBM = ∠ABC,
又∵ ∠BMP = 90?,∠BCA = 90?,BQ = BA = c,
∴ RtΔBMQ ≌ RtΔBCA.
同理可證RtΔQNF ≌ RtΔAEF.
從而將問題轉化為證法4(梅文鼎證明).
證法7(歐幾裏得證明)
做三個邊長分別為a、b、c的正方形,把它們拼成如圖所示形狀,使H、C、B三點在壹條直線上,連結
BF、CD. 過C作CL⊥DE,
交AB於點M,交DE於點
L.
∵ AF = AC,AB = AD,
∠FAB = ∠GAD,
∴ ΔFAB ≌ ΔGAD,
∵ ΔFAB的面積等於 ,
ΔGAD的面積等於矩形ADLM
的面積的壹半,
∴ 矩形ADLM的面積 = .
同理可證,矩形MLEB的面積 = .
∵ 正方形ADEB的面積
= 矩形ADLM的面積 + 矩形MLEB的面積
∴ ,即 .
證法8(利用相似三角形性質證明)
如圖,在RtΔABC中,設直角邊AC、BC的長度分別為a、b,斜邊AB的長為c,過點C作CD⊥AB,垂足是D.
在ΔADC和ΔACB中,
∵ ∠ADC = ∠ACB = 90?,
∠CAD = ∠BAC,
∴ ΔADC ∽ ΔACB.
AD∶AC = AC ∶AB,
即 .
同理可證,ΔCDB ∽ ΔACB,從而有 .
∴ ,即 .
證法9(楊作玫證明)
做兩個全等的直角三角形,設它們的兩條直角邊長分別為a、b(b>a),斜邊長為c. 再做壹個邊長為c的正方形. 把它們拼成如圖所示的多邊形. 過A作AF⊥AC,AF交GT於F,AF交DT於R. 過B作BP⊥AF,垂足為P. 過D作DE與CB的延長線垂直,垂足為E,DE交AF於H.
∵ ∠BAD = 90?,∠PAC = 90?,
∴ ∠DAH = ∠BAC.
又∵ ∠DHA = 90?,∠BCA = 90?,
AD = AB = c,
∴ RtΔDHA ≌ RtΔBCA.
∴ DH = BC = a,AH = AC = b.
由作法可知, PBCA 是壹個矩形,
所以 RtΔAPB ≌ RtΔBCA. 即PB =
CA = b,AP= a,從而PH = b―a.
∵ RtΔDGT ≌ RtΔBCA ,
RtΔDHA ≌ RtΔBCA.
∴ RtΔDGT ≌ RtΔDHA .
∴ DH = DG = a,∠GDT = ∠HDA .
又∵ ∠DGT = 90?,∠DHF = 90?,
∠GDH = ∠GDT + ∠TDH = ∠HDA+ ∠TDH = 90?,
∴ DGFH是壹個邊長為a的正方形.
∴ GF = FH = a . TF⊥AF,TF = GT―GF = b―a .
∴ TFPB是壹個直角梯形,上底TF=b―a,下底BP= b,高FP=a +(b―a).
用數字表示面積的編號(如圖),則以c為邊長的正方形的面積為
①
∵ = ,
∴ = . ②
把②代入①,得
= = .
∴ .
證法10(李銳證明)
設直角三角形兩直角邊的長分別為a、b(b>a),斜邊的長為c. 做三個邊長分別為a、b、c的正方形,把它們拼成如圖所示形狀,使A、E、G三點在壹條直線上. 用數字表示面積的編號(如圖).
∵ ∠ TBE = ∠ABH = 90?,
∴ ∠TBH = ∠ABE.
又∵ ∠BTH = ∠BEA = 90?,
BT = BE = b,
∴ RtΔHBT ≌ RtΔABE.
∴ HT = AE = a.
∴ GH = GT―HT = b―a.
又∵ ∠GHF + ∠BHT = 90?,
∠DBC + ∠BHT = ∠TBH + ∠BHT = 90?,
∴ ∠GHF = ∠DBC.
∵ DB = EB―ED = b―a,
∠HGF = ∠BDC = 90?,
∴ RtΔHGF ≌ RtΔBDC. 即 .
過Q作QM⊥AG,垂足是M. 由∠BAQ = ∠BEA = 90?,可知 ∠ABE
= ∠QAM,而AB = AQ = c,所以RtΔABE ≌ RtΔQAM . 又RtΔHBT ≌
RtΔABE. 所以RtΔHBT ≌ RtΔQAM . 即 .
由RtΔABE ≌ RtΔQAM,又得QM = AE = a,∠AQM = ∠BAE.
∵ ∠AQM + ∠FQM = 90?,∠BAE + ∠CAR = 90?,∠AQM = ∠BAE,
∴ ∠FQM = ∠CAR.
又∵ ∠QMF = ∠ARC = 90?,QM = AR = a,
∴ RtΔQMF ≌ RtΔARC. 即 .
∵ , , ,
又∵ , , ,
∴
=
= ,
即 .
證法11(利用切割線定理證明)
在RtΔABC中,設直角邊BC = a,AC = b,斜邊AB = c. 如圖,以B為圓心a為半徑作圓,交AB及AB的延長線分別於D、E,則BD = BE = BC = a. 因為∠BCA = 90?,點C在⊙B上,所以AC是⊙B 的切線. 由切割線定理,得
=
=
= ,
即 ,
∴ .
證法12(利用多列米定理證明)
在RtΔABC中,設直角邊BC = a,AC = b,斜邊AB = c(如圖). 過點A作AD‖CB,過點B作BD‖CA,則ACBD為矩形,矩形ACBD內接於壹個圓. 根據多列米定理,圓內接四邊形對角線的乘積等於兩對邊乘積之和,有
∵ AB = DC = c,AD = BC = a,
AC = BD = b,
∴ ,即 ,
∴ .
證法13(作直角三角形的內切圓證明)
在RtΔABC中,設直角邊BC = a,AC = b,斜邊AB = c. 作RtΔABC的內切圓⊙O,切點分別為D、E、F(如圖),設⊙O的半徑為r.
∵ AE = AF,BF = BD,CD = CE,
∴
= = r + r = 2r,
即 ,
∴ .
∴ ,
即 ,
∵ ,
∴ ,
又∵ = =
= = ,
∴ ,
∴ ,
∴ , ∴ .
證法14(利用反證法證明)
如圖,在RtΔABC中,設直角邊AC、BC的長度分別為a、b,斜邊AB的長為c,過點C作CD⊥AB,垂足是D.
假設 ,即假設 ,則由
= =
可知 ,或者 . 即 AD:AC≠AC:AB,或者 BD:BC≠BC:AB.
在ΔADC和ΔACB中,
∵ ∠A = ∠A,
∴ 若 AD:AC≠AC:AB,則
∠ADC≠∠ACB.
在ΔCDB和ΔACB中,
∵ ∠B = ∠B,
∴ 若BD:BC≠BC:AB,則
∠CDB≠∠ACB.
又∵ ∠ACB = 90?,
∴ ∠ADC≠90?,∠CDB≠90?.
這與作法CD⊥AB矛盾. 所以, 的假設不能成立.
∴ .
證法15(辛蔔松證明)
設直角三角形兩直角邊的長分別為a、b,斜邊的長為c. 作邊長是a+b的正方形ABCD. 把正方形ABCD劃分成上方左圖所示的幾個部分,則正方形ABCD的面積為 ;把正方形ABCD劃分成上方右圖所示的幾個部分,則正方形ABCD的面積為 = .
∴ ,
∴ .
證法16(陳傑證明)
設直角三角形兩直角邊的長分別為a、b(b>a),斜邊的長為c. 做兩個邊長分別為a、b的正方形(b>a),把它們拼成如圖所示形狀,使E、H、M三點在壹條直線上. 用數字表示面積的編號(如圖).
在EH = b上截取ED = a,連結DA、DC,
則 AD = c.
∵ EM = EH + HM = b + a , ED = a,
∴ DM = EM―ED = ―a = b.
又∵ ∠CMD = 90?,CM = a,
∠AED = 90?, AE = b,
∴ RtΔAED ≌ RtΔDMC.
∴ ∠EAD = ∠MDC,DC = AD = c.
∵ ∠ADE + ∠ADC+ ∠MDC =180?,
∠ADE + ∠MDC = ∠ADE + ∠EAD = 90?,
∴ ∠ADC = 90?.
∴ 作AB‖DC,CB‖DA,則ABCD是壹個邊長為c的正方形.
∵ ∠BAF + ∠FAD = ∠DAE + ∠FAD = 90?,
∴ ∠BAF=∠DAE.
連結FB,在ΔABF和ΔADE中,
∵ AB =AD = c,AE = AF = b,∠BAF=∠DAE,
∴ ΔABF ≌ ΔADE.
∴ ∠AFB = ∠AED = 90?,BF = DE = a.
∴ 點B、F、G、H在壹條直線上.
在RtΔABF和RtΔBCG中,
∵ AB = BC = c,BF = CG = a,
∴ RtΔABF ≌ RtΔBCG.
∵ , , ,
,
∴
=
=
=
∴ .