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勾股定理是几何学中的基本定理。它告诉我们,在直角三角形中,两条直角边的平方和等于斜边的平方。用公式表示就是a²+b²=c²。最经典的例子是3-4-5三角形,我们可以验证:3的平方加4的平方等于9加16等于25,正好等于5的平方。
勾股数是一个古老而重要的数学概念。简单来说,勾股数就是满足勾股定理的正整数三元组。也就是说,如果三个正整数a、b、c满足a²+b²=c²的关系,那么它们就构成一组勾股数。这里的关键是,三边长都必须是正整数,不能是小数或者分数。
让我们通过几个经典例子来理解勾股数。最著名的勾股数是3、4、5。我们来验证:3²+4²等于9+16等于25,正好等于5²。另一个例子是5、12、13:5²+12²等于25+144等于169,正好等于13²。还有8、15、17:8²+15²等于64+225等于289,正好等于17²。这些都是完美的勾股数。
现在我们来解决第一个问题。题目给出10和26,要求中间的数。既然这是勾股数,我们可以用勾股定理来求解。设未知数为b,那么10²+b²=26²。计算得出:100+b²=676,所以b²=576。开平方根得到b=24。我们可以验证:10²+24²=100+576=676=26²。所以答案是24。
通过观察表格,我们可以发现一些有趣的规律。第一列的数字3、4、5、6、7、8、9、10都是连续的正整数。经过仔细分析,我们可以得出一个重要的勾股数生成公式:当n为大于2的奇数时,a等于n,b等于n²减1除以2,c等于n²加1除以2。让我们验证这个公式:当n=3时,a=3,b=4,c=5;当n=5时,a=5,b=12,c=13;当n=7时,a=7,b=24,c=25。每一组都完美满足勾股定理。
现在让我们严格证明这个公式。给定a等于n,b等于n²减1除以2,c等于n²加1除以2,我们需要证明a²+b²=c²。将公式代入,得到n²加上n²减1除以2的平方。化简后得到n²加上n⁴减2n²加1除以4。通分后得到4n²加n⁴减2n²加1除以4,即n⁴加2n²加1除以4。这正好等于n²加1除以2的平方,也就是c²。因此公式得到证明。所以第一问的答案确实是24。
现在我们来解决表格中的填空题。题目给出10和26,要求中间的未知数。我们设这个未知数为b。根据勾股定理,10的平方加b的平方等于26的平方。计算得出100加b的平方等于676,所以b的平方等于576。开平方根得到b等于24。让我们验证一下:10的平方加24的平方等于100加576等于676,正好等于26的平方。所以答案是24。
通过仔细观察表格中的数据,我们可以发现一个重要规律。第一列的数字3、5、7、9、11、13都是奇数。经过分析,我们发现:当n为奇数时,可以用公式a等于n,b等于n²减1除以2,c等于n²加1除以2来生成勾股数。让我们验证这个规律:当n等于3时,a等于3,b等于4,c等于5;当n等于5时,a等于5,b等于12,c等于13;当n等于7时,a等于7,b等于24,c等于25。每一组都完美满足勾股定理。
现在我们来介绍更通用的勾股数生成公式。对于任意正整数m大于n,我们有:a等于m²减n²,b等于2mn,c等于m²加n²。让我们证明这个公式:a²加b²等于m²减n²的平方加2mn的平方,展开后得到m⁴减2m²n²加n⁴加4m²n²,化简得到m⁴加2m²n²加n⁴,这正好等于m²加n²的平方,也就是c²。通过几个例子验证:当m=2,n=1时得到3、4、5;当m=3,n=2时得到5、12、13。因此第二问的答案就是这个通用公式。