畢氏定理是什麼?
畢氏定理是描述直角三角形三邊關係的定理:在直角三角形裡,兩個股(夾住直角的兩條邊)長度的平方和,等於斜邊(直角所對、也是最長的那條邊)長度的平方。寫成公式就是 ,其中 a、b 是兩股,c 是斜邊。這是台灣國中數學的重要單元,段考與會考都常出現。
從這條式子可以變化出三種常見用法,也就是上面計算機的三個模式:
- 已知兩股求斜邊:
- 已知斜邊與一股求另一股:把公式移項成
- 判定是否為直角三角形:用畢氏定理的逆定理,看最長邊的平方是否等於另外兩邊的平方和。
先認出斜邊,是解題第一步
很多人算錯,是因為一開始就沒認清哪一條是斜邊。斜邊有兩個特徵:它是直角正對面的那條邊,也是三邊裡最長的一條。求斜邊時要把兩股平方相加再開根號;反過來,已知斜邊求股時,是用斜邊的平方減去已知股的平方,順序不能顛倒。這也是為什麼求股時斜邊一定要比股長,否則相減會變成負數,在實數裡開不了根號。
答案是根號,不一定要化成小數
直角三角形的邊長很常是無理數。例如兩股都是 1 時,斜邊是 ,這已經是最精確的答案,不必硬湊成 1.414。上面的計算機會先把根號化到最簡(例如 ),再附上小數近似值,讓你考試寫根號、生活估算看小數都方便。只有當平方和剛好是完全平方數(像 3、4 兩股的 25)時,答案才會是漂亮的整數。
常見易錯點
- 把斜邊當成股,或把股當成斜邊。記住:斜邊最長、對著直角。
- 求股時用加法。求股是相減(),不是相加。
- 平方後忘記開根號,直接把 當成 c。
- 根號沒化到最簡,例如把 留著不寫成 。
- 判定直角時,拿任意兩邊的平方和去比第三邊,沒有先找出最長邊。逆定理一定是「最長邊的平方」對「另外兩邊平方和」。
範例詳解
斜邊 。3-4-5 是最有名的直角三角形,斜邊剛好是整數 5。
移項成 。這是 5-12-13 直角三角形。注意是用斜邊平方減股平方。
。5 不是完全平方,也沒有可提出的平方因數,所以最簡答案就是 ,小數約 2.236。
最長邊是 10。檢查 ,兩股平方和等於斜邊平方,所以是直角三角形(其實就是 3-4-5 的兩倍放大)。
常見問題
怎麼判斷哪一邊是斜邊?
斜邊是直角所對面的那條邊,也一定是三角形裡最長的一條。找斜邊時,先找出直角的位置,正對它的就是斜邊;如果只給三邊長,最長的那條就是斜邊。
答案是根號可以嗎?一定要換成小數嗎?
可以,而且根號通常才是最精確的答案。像 √2、√5 這種化不掉的根號,寫成根號形式反而比四捨五入的小數更正確。考試時多半保留根號並化到最簡,需要估算大小時再看小數近似。
3-4-5 為什麼是直角三角形?
因為它滿足畢氏定理:3² + 4² = 9 + 16 = 25 = 5²,兩股平方和等於斜邊平方。根據畢氏定理的逆定理,只要三邊滿足這個關係,就是直角三角形。5-12-13、8-15-17 也是同樣的整數組。
已知斜邊求股,為什麼是相減不是相加?
因為畢氏定理是 a² + b² = c²,斜邊 c 最大。要求某一股,就把式子移項成 b² = c² − a²,用斜邊的平方減掉已知股的平方,再開根號。若相減後是負數或零,代表你給的「斜邊」其實沒有比股長,三角形不成立。
畢氏定理只能用在直角三角形嗎?
是的,a² + b² = c² 只對直角三角形成立。如果不是直角三角形,兩短邊平方和會不等於最長邊平方;逆定理判定直角時,靠的就是這個關係。非直角三角形要用其他方法(如餘弦定理,屬高中範圍)。
※ 本工具為學習輔助用途,計算方式依台灣國中數學課程常見教法設計。作業與考試請以老師教學與課本為準。