美国第二十任总统詹姆斯·阿布拉姆·加菲尔德(James Abram Garfield)提出了一种直观、简捷且易懂的勾股定理证明方法,后人称之为“总统证法”。以下是这一证法的详细步骤和解释:
构建直角梯形
画一个直角梯形ABCD,其中AB和CD是两条平行边,AD和BC是直角边,且AB是较长的底边,CD是较短的底边。设直角边AD和BC的长度分别为a和b,斜边AB的长度为c。
计算梯形面积
梯形的面积可以通过两种方法计算:
方法一:使用梯形面积公式 \( S = \frac{(a+b) \times (a+b)}{2} = \frac{(a+b)^2}{2} \)。
方法二:将梯形分成两个直角三角形和一个大直角三角形,分别计算它们的面积之和。即 \( S = \frac{ab}{2} + \frac{ab}{2} + \frac{c^2}{2} = ab + \frac{c^2}{2} \)。
建立等式
将两种面积计算方法相等,得到:
\[
\frac{(a+b)^2}{2} = ab + \frac{c^2}{2}
\]
化简等式
两边同时乘以2,得到:
\[
(a+b)^2 = 2ab + c^2
\]
展开并整理
展开左边的平方,得到:
\[
a^2 + 2ab + b^2 = 2ab + c^2
\]
将等式两边的2ab相减,得到勾股定理的公式:
\[
a^2 + b^2 = c^2
\]
通过这种方法,加菲尔德总统成功地用直观和简洁的方式证明了勾股定理,这一证明方法后来被称为“总统证法”。