勾股定理的应用是相当广泛的,我国古代名著《九章算术》(约公元前100年前后成书)的第九章,即最后一章,就专门讨论勾股定理的应用.前面所给出的变形及推广已构成一庞大的勾股“家族”.下面略举几个典型的例子谈谈它的应用.
例1.1 设 A ( x 1 , y 1 )、 B ( x 1 , y 1 )是平面内两点,求 A 、 B 间的距离| AB |.
图1-20
解 如图1-20,作 AC ⊥ BC ,则| AC |=| x 2 - x 1 |,同理,| BC |=| y 2 - y 1 |,依勾股定理,有
此即导出了我们常用的距离公式.
例1.2 (月牙定理)图1-21是以直角△ ABC 各边为直径所作的三个半圆形,试证明图中两个带阴影的月牙形面积之和等于直角△ ABC 的面积.
图1-21
证明 因为△ ABC 为直角三角形.
所以
故有
即直角边上两个半圆面积之和等于斜边上半圆的面积.(也可直接应用定理1.1)
减去公共部分(不带阴影的两弓形)即得结论.
这是希腊医生、数学家希波克拉底斯(Hippocrates,公元前470~前430年)研究过的一个问题.这一问题的发现,曾给数学家们很大鼓舞,他们想以此来寻求化圆为方(见第三十章§30.1三大几何作图问题)的方法,但最终还是一次又一次失败了,直到1882年林德曼(Lindemann,1852~1939年)证明了 π 的超越性后,才彻底地否定了这个问题.
例1.3 已知 a 、 b 、 c 、 d 为正实数,且 a 2 + b 2 =1, c 2 + d 2 =1,求证 ac + bd ≤1.
证明 (加菲尔德构图法)
构造如图1-22的直角梯形 BCDE ,设∠ BAC = α .显然Rt△ ABE 与Rt△ ACD 中,满足题设
图1-22
因为
又
所以
即