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畢氏定理

畢氏定理是說:在直角三角形裡,兩條組成直角(像書本那樣方方正正的角)的邊叫做直角邊,把這兩條邊的長度各自乘以自己,加起來之後,會等於第三條斜邊(就是對著直角的那條邊)長度乘以自己的結果。我們把它寫成 a² + b² = c²,這裡 a 和 b 代表兩條直角邊,c 代表斜邊。舉個例子,如果兩條直角邊的長度是 3 和 4,那我們算 3 × 3 + 4 × 4 = 25 = 5 × 5,這樣就知道斜邊的長度是 5 了。

畢氏定理在 108 課綱裡是安排在國中二年級學的。這是在學完根號之後馬上就會用到的知識,因為我們用公式算出來的結果是斜邊長度的平方,還要再開根號,才能得到斜邊真正的長度。這個定理在很久以前的中國被叫做勾股定理。我們在小學時已經認識直角三角形,到了現在,終於學會怎麼從知道兩條邊的長度,去算出第三條邊的長度了。

先看重點

  • 兩條直角邊的長度是 a 和 b,斜邊的長度是 c,它們的關係是 a² + b² = c²。這個公式只能用在有直角的三角形上。
  • 如果你知道兩條直角邊,想求斜邊,公式是 c = √(a² + b²);如果你知道斜邊和一條直角邊,想求另一條直角邊,公式是 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。
  • 如果一個三角形的三條邊剛好符合 a² + b² = c² 這個關係,那這個三角形一定就是直角三角形。

畢氏定理的所有內容

畢氏定理公式

我們先來找斜邊。斜邊是對著直角的那一條邊,也是三條邊裡面最長的那一條。另外兩條邊夾著直角,它們叫做直角邊,國中課本裡也稱它為股。公式裡面的平方,意思就是自己乘自己,例如 a² 就是 a × a。

畢氏定理a² + b² = c²a 和 b 是兩條直角邊,c 是斜邊。
求斜邊c = √(a² + b²)把兩條直角邊分別平方後加在一起,最後再開根號。
求直角邊a = √(c² − b²)用斜邊的平方減掉已知那條直角邊的平方,最後再開根號。
判斷直角三角形兩條短邊的平方和 = 最長邊的平方如果這個等式成立,那就是直角三角形,最長的那條邊對著的角就是直角。

用三個正方形看懂畢氏定理

在直角三角形的三條邊上,我們各畫一個正方形。正方形的面積,就是它的邊長平方。畢氏定理告訴我們:兩條直角邊上的正方形面積加起來,剛好等於斜邊上那個正方形的面積。看下面的圖,直角邊的長度是 3 和 4,對應的兩個小正方形面積是 9 和 16,把 9 和 16 加起來得到 25,這正好就是斜邊長度 5 所對應的那個大正方形的面積。

為什麼面積一定會相等呢?有好幾種用拼圖來解釋的方法,你可以去畢氏定理證明看看。

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加起來,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。

要記住公式的話,可以記「兩股平方和等於斜邊平方」,或者說「勾平方加股平方等於弦平方」。除了 3、4、5 這組數字,還有 5、12、13 和 8、15、17 這些三邊都是整數的組合,考試很常考到。如果你熟記這些數字,就可以省下算開根號的時間,完整的整理在畢氏定理常見組合。

畢氏定理題目

做每一題的時候,都要先看清楚哪一條是斜邊,再決定是要用加法還是減法。如果算出來的答案不是整數,你可以寫成根號的形式,也可以利用下面的根號計算機算出大約是多少。如果你想知道更多關於已知兩條直角邊求斜邊的練習,可以去直角三角形求斜邊看看。

例 1有一個直角三角形,它的兩條直角邊分別是 6 公分和 8 公分,請問它的斜邊是多少?

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

答:10 公分

例 2有一個直角三角形,斜邊長 13 公分,其中一條直角邊長 5 公分,請問另一條直角邊有多長?

  1. 另一條直角邊的平方 = 13² − 5² = 169 − 25 = 144
  2. 另一條直角邊 = √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. 斜邊的平方 = 2² + 3² = 4 + 9 = 13
  2. 斜邊 = √13,因為 3² = 9、4² = 16,所以 √13 在 3 和 4 中間
  3. 用計算機算出 √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. 牆和地面是垂直的,意思是它們碰在一起會形成像書本角一樣的直角。梯子是斜邊,長度 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. 對角線就是從一個角連到對面那個角的直線。它把長方形切成兩個直角三角形,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

畢氏定理的計算其實不難,大家最常犯的錯,就是認錯了哪一條是斜邊,或者算完忘記開根號。寫完答案後,你可以用「斜邊一定是最長的那條邊」這個規則,快速檢查一下有沒有算錯。

  • 把最長邊當成直角邊:如果你知道兩邊是 5 和 13,要算第三邊,因為 13 是最長的,所以它一定是斜邊。這時候要用 13² − 5²,而不是 13² + 5²。
  • 忘了開根號:算出 6² + 8² = 100 之後,斜邊的長度是 10,不是 100,因為要對 100 開根號。
  • 直接把兩邊相加:3 + 4 = 7 不是斜邊,要先平方再相加。
  • 先加起來再平方:(3 + 4)² = 49,這和先各自平方再加起來的 3² + 4² = 25 不一樣。因為 (a + b)² 展開後會多出 2ab 這部分。
  • 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只能算一個根號。用它來算畢氏定理要分兩步:先自己算出根號裡面的數字,再輸入計算機。如果要求斜邊,就輸入兩條直角邊的平方和;如果要求直角邊,就輸入斜邊的平方減去另一條直角邊的平方。按下「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。

舉例來說,直角邊是 5 和 7,先算 5² + 7² = 25 + 49 = 74,輸入 74,得到 √74 ≈ 8.602325,這介於 8 和 9 之間。如果是直角邊 4 和 4,輸入 16 + 16 = 32,會顯示 √32 = 4√2 ≈ 5.656854。如果是斜邊 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。要求斜邊就用 √(a² + b²),要求直角邊就用 √(c² − b²)。

畢氏定理幾年級學?

108 課綱把它安排在國中二年級學,和平方根、根號在同一個學年學習。小學生只認識直角三角形,不會用畢氏定理來算邊長。

畢氏定理口訣是什麼?

最有名的是「勾三股四弦五」。這是在說,如果一個直角三角形(就是有一個角像書本角那樣方方正正的三角形)的兩條直角邊長度分別是 3 和 4,那它的斜邊(就是對著直角的那條邊)長度就是 5。你也可以記成「兩條直角邊的平方加起來,等於斜邊的平方」。

不是直角三角形可以用畢氏定理嗎?

不能直接用。a² + b² = c² 這個算式只在直角三角形裡才成立。不過反過來想,如果一個三角形的三邊長度剛好符合這個算式,那這個三角形一定是直角三角形。所以你可以用這個方法來判斷一個三角形是不是直角三角形。

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