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畢氏定理

畢氏定理是說:直角三角形兩條直角邊的平方相加,等於斜邊的平方,寫成 a² + b² = c²,其中 a、b 是直角邊,c 是斜邊。例如直角邊 3 和 4,3 × 3 + 4 × 4 = 25 = 5 × 5,斜邊就是 5。

畢氏定理在 108 課綱排在國中二年級,學完根號以後馬上會用到,因為求出來的是斜邊的平方,還要開根號才是斜邊。它在中國古代叫勾股定理,國小已經認識的直角三角形,到這裡終於可以從兩條邊算出第三條邊。

先看重點

  • 直角邊 a、b,斜邊 c:a² + b² = c²,只適用在直角三角形。
  • 求斜邊:c = √(a² + b²);求直角邊:a = √(c² − b²)。
  • 斜邊是最長的邊,對著直角;算出來比直角邊短一定是算錯了。
  • 三邊滿足 a² + b² = c² 的三角形,一定是直角三角形。

畢氏定理的所有內容

畢氏定理公式

先找出斜邊:斜邊是對著直角的那一條,也是三條邊裡最長的。另外兩條夾著直角的邊叫直角邊,國中課本也叫做股。公式裡的平方是自己乘自己,a² 就是 a × a。

畢氏定理a² + b² = c²a、b 是兩條直角邊,c 是斜邊。
求斜邊c = √(a² + b²)兩條直角邊各自平方、相加,再開根號。
求直角邊a = √(c² − b²)斜邊平方減掉已知直角邊的平方,再開根號。
判斷直角三角形兩條短邊的平方和 = 最長邊的平方成立就是直角三角形,最長邊對著的角是直角。

用三個正方形看懂畢氏定理

在直角三角形的三條邊上各畫一個正方形,正方形的面積就是邊長的平方。畢氏定理說的是:兩條直角邊上的正方形面積加起來,剛好等於斜邊上的正方形面積。下圖的直角邊是 3 和 4,兩個小正方形是 9 和 16,加起來 25,正好是斜邊 5 上的大正方形。

為什麼一定會相等,有好幾種用拼圖說明的方法,整理在畢氏定理證明。

邊長 3面積 9邊長 4面積 16邊長 5面積 253 × 3 + 4 × 4 = 5 × 5,也就是 9 + 16 = 25
兩條直角邊上的正方形面積和,等於斜邊上的正方形面積

畢氏定理口訣和名字的由來

最常聽到的口訣是「勾三股四弦五」。中國古代把直角三角形較短的直角邊叫勾、較長的直角邊叫股、斜邊叫弦,這句話就是直角邊 3 和 4、斜邊 5。古書《周髀算經》記載了周朝商高談到勾三股四弦五,所以這個定理在中國也叫勾股定理或商高定理;西方用古希臘數學家畢達哥拉斯的名字命名,翻成中文就是畢氏定理。

要記公式,可以記「兩股平方和等於斜邊平方」,或是「勾平方加股平方等於弦平方」。除了 3、4、5,還有 5、12、13 和 8、15、17 這些三邊都是整數的組合,考試很常出,熟記可以省下開根號的時間,完整整理在畢氏定理常見組合。

畢氏定理題目

每一題都先確認哪一條是斜邊,再決定要用加的還是減的。答案不是整數時,可以寫成根號,也可以用下面的根號計算機算近似值。已知兩條直角邊求斜邊的更多練習在直角三角形求斜邊。

例 1直角三角形的兩條直角邊是 6 公分和 8 公分,斜邊是多少?

  1. 斜邊² = 6² + 8² = 36 + 64 = 100
  2. 斜邊 = √100 = 10(公分)

答:10 公分

例 2直角三角形的斜邊是 13 公分,一條直角邊是 5 公分,另一條直角邊是多少?

  1. 另一邊² = 13² − 5² = 169 − 25 = 144
  2. 另一邊 = √144 = 12(公分)

答:12 公分

例 3直角三角形的兩條直角邊是 2 和 3,斜邊是多少?

  1. 斜邊² = 2² + 3² = 4 + 9 = 13
  2. 斜邊 = √13,因為 3² = 9、4² = 16,√13 介於 3 和 4 之間
  3. 用計算機算 √13 ≈ 3.61

答:√13,約 3.61

例 4一支 2.5 公尺長的梯子斜靠在牆上,梯子底端離牆 0.7 公尺,梯子頂端離地面多高?

  1. 牆和地面垂直,梯子是斜邊 2.5 公尺,底端到牆的 0.7 公尺是一條直角邊
  2. 高² = 2.5² − 0.7² = 6.25 − 0.49 = 5.76
  3. 高 = √5.76 = 2.4(公尺)

答:2.4 公尺

例 5長方形的長是 12 公分、寬是 5 公分,對角線多長?

  1. 對角線把長方形分成兩個直角三角形,長和寬是直角邊,對角線是斜邊
  2. 對角線² = 12² + 5² = 144 + 25 = 169
  3. 對角線 = √169 = 13(公分)

答:13 公分

例 6三邊長 6、7、9 的三角形是直角三角形嗎?三邊長 7、24、25 呢?

  1. 6、7、9:6² + 7² = 36 + 49 = 85,9² = 81,85 不等於 81,不是直角三角形
  2. 7、24、25:7² + 24² = 49 + 576 = 625,25² = 625,相等,是直角三角形

答:6、7、9 不是;7、24、25 是

畢氏定理常見錯誤

畢氏定理的計算不難,錯誤大多出在認錯斜邊或漏了開根號。寫完答案可以用「斜邊一定最長」快速檢查。

  • 把最長邊當成直角邊:已知 5 和 13 求第三邊,要用 13² − 5²,不是 13² + 5²。
  • 忘了開根號:6² + 8² = 100,斜邊是 10,不是 100。
  • 直接把兩邊相加:3 + 4 = 7 不是斜邊,要先平方再相加。
  • 先加再平方:(3 + 4)² = 49,和 3² + 4² = 25 不一樣,因為 (a + b)² 會多出 2ab。
  • 用在不是直角三角形的圖形上:沒有直角就不能直接用 a² + b² = c²,要先找出或畫出直角。

畢氏定理計算機:用根號計算機算斜邊

數學王的根號計算機一次算一個根號,用來算畢氏定理分兩步:先自己算出根號裡的數,再輸入計算機。求斜邊時輸入兩條直角邊的平方和,求直角邊時輸入斜邊平方減直角邊平方,按「計算」會顯示近似值、最簡根式,以及答案介於哪兩個整數之間。

例如直角邊 5 和 7,先算 5² + 7² = 25 + 49 = 74,輸入 74,得到 √74 ≈ 8.602325,介於 8 和 9 之間。直角邊 4 和 4,輸入 16 + 16 = 32,會顯示 √32 = 4√2 ≈ 5.656854。斜邊 10、直角邊 6,輸入 100 − 36 = 64,會顯示 √64 = 8。根號的意思和化簡方法在根號。

常見問題

畢氏定理公式是什麼?

直角三角形的兩條直角邊 a、b 和斜邊 c 滿足 a² + b² = c²。求斜邊用 √(a² + b²),求直角邊用 √(c² − b²)。

畢氏定理幾年級學?

108 課綱排在國中二年級,和平方根、根號在同一個學年學習。國小只認識直角三角形,不會用畢氏定理算邊長。

畢氏定理口訣是什麼?

最有名的是「勾三股四弦五」,意思是直角邊 3 和 4 的直角三角形,斜邊是 5。也可以記「兩股平方和等於斜邊平方」。

不是直角三角形可以用畢氏定理嗎?

不能直接用。a² + b² = c² 只在直角三角形成立;反過來,三邊滿足這個式子的三角形一定是直角三角形,可以用來判斷。

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