圆环面积公式与勾股定理
icon2 Brain Storm | icon4 2009-07-17 0:01| icon322 Comments | 本文内容遵从CC版权协议 转载请注明出自matrix67.com

    勾股定理有上百种证明,但其实它们都大同小异——无非是构造一组三角形和正方形并进行一系列变换。今天我看到了一个用圆面积来解释勾股定理的办法,颇有一些新意。

  

    考虑直角三角形OAB绕着一个锐角顶点O旋转一周。顶点A的轨迹是一个半径为a的圆,顶点B的轨迹是一个半径为c的圆。那么,线段AB扫过的区域(一个圆环)的面积就应该是大圆面积减去小圆面积,即π(c^2-a^2)。如果我们能够有一种办法说明,线段AB扫过的面积正好是πb^2,我们就相当于得到了勾股定理的另一个证明。

    利用微积分或许可以说明这一点,但这里有一个不算严格证明,但却非常直观有趣的想法。考虑线段AB扫过环形区域的过程,它事实上是由平移和旋转两部分叠加构成的——首先沿着圆的切线方向(即BA的方向)平移充分小的距离,然后旋转一个充分小的角度。但很显然,线段沿着自身的方向平移是不会产生面积的,因此线段AB实际扫过的面积就是它绕A点旋转一周的面积,即一个半径为b的圆。从图上看来这一点似乎很显然——上下两个图之间的粉色线条有“一一对应”的关系。这虽然不严密,却是一个很有意思的想法。

   

来源:http://www.cut-the-knot.org/Curriculum/Geometry/PythFromRing.shtml

22 条回复

  • 楼层: 沙发 | | morrowind 说:

    沙发,小时候自己也想了若干种证明法,就是无法得知是否与前人的雷同。

  • 楼层: 板凳 | | Phil 说:

    坐板凳~ Google Reader 更新还是慢了...

  • 楼层: 地毯 | | 严酷的魔王 说:

    牛~

  • 楼层: 地板 | | multiple1902 说:

    不严密哎,真的怎么都感觉不严密哎……这咋好一一对应呢?

  • 楼层: 地下室 | | amao 说:

    不严密。从直观上看,如果不是直角三角形,比如说比直角略大一点,那么上面的分析似乎仍然成立,但事实上不是这样。

  • 楼层: 地基 | | 3.14 说:

    我也是从reader上来的, 把A所在的圆收缩到一个点上,然后就变成了下图.

  • 楼层: 地壳 | | 何苦 说:

    其实有点问题。如果一开始不是直角三角形,难道也会得到a^2+b^2=c^2吗。

  • 楼层: 地幔 | | manson 说:

    只是个想法

  • 楼层: 地核 | | menie 说:

    是不行啊。。如果∠OAB是钝角仍然能得到一样的结论。。

  • 楼层: 10楼 | | pp 说:

    不是直角三角形,线段的“平移”方向就不是在与线段平行的方向了。。。。

  • 楼层: 11楼 | | TroubleMaker 说:

    我记得我小学时候一年的奥数题就有这个

  • 楼层: 12楼 | | pp 说:

    对于一般的三角形,把线段“平移”对面积的影响就是余弦定理中-2absinC的那一项吧。

  • 楼层: 12a楼 | | pp 说:

    对于一般的三角形,线段的“平移”对面积增加的量就对应于余弦定理中-2absinC吧。。

  • 楼层: 14楼 | | multiple1902 说:

    楼上说得对。那这个证明的问题就只在这个“一一对应”不严密上了。我再查查相关资料吧。

  • 楼层: 15楼 | | icesheep 说:

    让圆环域和圆域中的点按原图的意思,建立起点到点的双射函数,用双重积分换元法,把缩放因子求出为1即可.要严格还是微积分.

  • 楼层: 16楼 | | 小岛 说:

    呵呵....好特别的证法..

  • 楼层: 17楼 | | Ai.Freedom 说:

    很好很强大的证明

  • 楼层: 18楼 | | zfaustk 说:

    这个证法的逆推不是常用嘛...

  • 楼层: 19楼 | | Магсн 说:

    太强悍了。。。………………

  • 楼层: 20楼 | | Магсн 说:

    但是。推算圆的面积需要勾股定理么?

  • 楼层: 21楼 | | Jeff 说:

    直角三角型的话AB线段的旋转角就和OA线段的旋转角相等~
    取某个特定时候的OA线段,之后它转过360,AB也相应的转了360,一一对应~
    但不是直角三角形的话,AB线段的旋转角就和OA线段的旋转角不相等!
    然后就不知道怎么办了~~~~~
    求神牛解决~

  • 楼层: 22楼 | | xhinker 说:

    AB 和OA 始终是垂直的,因此在OA 的切线的方向上不产生面积,只有旋转产生的面积,相当的合理

  • 楼层: 23楼 | | Steven 说:

    直接 微积分搞定他......
    [[0-2pie]](1/2sinA*b^2) == pieb^2 == piec^2-piea^2

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