例题 01 同一中点条件的两问 知识清单例题
题目
如图, 在 Rt 中, 是 的中点, .
(1) AB 的长为 ______。
(2) 若 ,则 AC 的长为 ____.

答案与解析
解析
(1) 为直角, 是斜边 中点,所以 ,得 。
(2), 是这个 的对边,所以 。第二问另用了 条件,不能只凭中点推出。
本题结论
(1);(2)。
约 8993 字大约 30 分钟
勾股定理把直角条件转成三边的平方关系;逆定理把三边的关系转回直角。求边、求面积、作根号长度、求表面最短路,都先要认清所用的直角三角形。
直角三角形的两个锐角互余;反过来,一个三角形中两个内角互余,第三个角就是直角。直角所对的边叫作斜边,另外两边叫作直角边。
直角三角形两条直角边的平方和,等于斜边的平方。 若两直角边长为 a,b,斜边长为 c,则
a2+b2=c2.
| 要求的量 | 计算式 | 先核什么 |
|---|---|---|
| 斜边 | c=a2+b2 | a,b 夹直角 |
| 一条直角边 | a=c2−b2 | c 是斜边,且 c>b>0 |
边长必须统一单位。平方是面积量纲,开方后才是长度;实际边长取正根。字母 c 不是自动指定的斜边,直角位置才是依据。
四角拼图。 取四个两直角边为 a,b、斜边为 c 的全等直角三角形,放在边长 a+b 的正方形四角。中心四条边都是 c;中心每个角等于 180∘ 减两个互余锐角,所以为直角,中心确是正方形。

两种面积表达给出
(a+b)2=4×21ab+c2.
展开左边,得到 a2+2ab+b2=2ab+c2,两边同减 2ab,便有 a2+b2=c2。
弦图。 将同样的四个直角三角形放在边长 c 的外正方形中,中心正方形边长为两直角边之差的绝对值,所以
c2=4×21ab+(b−a)2=2ab+b2−2ab+a2=a2+b2.
两腿相等时,中心面积为零,等式仍成立,但不再称中心为非退化的小正方形。

等面积双拼图。 两幅图外边长同为 a+b,又放入相同的四个三角形。第一幅余下边长 c 的正方形,第二幅余下边长 a,b 的两个正方形。总面积相等,减去相同的四块,余下面积也相等。


青朱出入图。 沿图中标线分割,按同色的“出”“入”位置搬移而不缩放,原来两正方形的面积和不变,拼成边长 c 的正方形。这是割补,不是仅凭颜色相同便断言两个任意图形等面积。

欧几里得的面积证明。 在直角三角形三边外侧作正方形。图中 CA=FA=a、AD=AB=c,∠CAD 与 ∠FAB 都由 ∠CAB 加 90∘ 得到,所以 △CAD≅△FAB(SAS),面积相等。
△CAD 以 AD 为底,高为 DL,面积是矩形 ADLM 的一半。△FAB 以 FA 为底;BC∥FA,CA⊥FA,所以从 B 到 FA 的高等于 CA,面积为 a2/2。于是矩形 ADLM 的面积为 a2。另一侧同理得到矩形 MLEB 的面积为 b2。两矩形组成边长 c 的正方形,故 c2=a2+b2。

同一平方关系还能说明:分别以三边作同一类图形时,若面积都可写成同一个常数 k 乘边长平方,就有 ka2+kb2=kc2。正方形取 k=1;以边为直径的圆取 k=π/4;等边三角形取 k=3/4。不能把三种不同系数的图形随意混在一起相加。
若一个三角形的两边平方和等于第三边平方,那么第三边所对的角为直角。 检验时先找实际最长边。
证明不能在尚未确认为直角的原三角形里先套勾股。另作两直角边为 a,b 的直角三角形,它的斜边平方为 a2+b2=c2,正长度为 c。新、旧三角形三边对应相等,由 SSS 全等,直角便传回原图。
给出三个正数满足 a2+b2=c2 时,c 自动大于另外两边,且 (a+b)2=c2+2ab>c2,所以 a+b>c,确实能组成三角形。
| 使用方向 | 从什么出发 | 得到什么 |
|---|---|---|
| 勾股定理 | 已确认直角 | 三边平方关系,是性质 |
| 勾股逆定理 | 三边平方关系 | 确认直角,是判定 |
进一步,先确认正三边能构成三角形,再将最长边记为 c:
| 比较结果 | 三角形类型 |
|---|---|
| a2+b2>c2 | 锐角三角形 |
| a2+b2=c2 | 直角三角形 |
| a2+b2<c2 | 钝角三角形 |
平方比较的依据。 先看任一角 A,令 AB=a、AC=b、BC=c。从 C 向直线 AB 作垂线,垂足为 H,以 A 为原点、朝 B 为正方向,记 H 的有向位置为 t。勾股给
b2=t2+CH2,c2=(a−t)2+CH2,
相减得 a2+b2−c2=2at。因 a>0,差值的正、零、负对应 t 的正、零、负,也对应角 A 的锐、直、钝。这允许垂足在延长线上;垂足恰为端点时,水平距离为零,式子仍成立。
若 c 是最长边且 a2+b2>c2,另外两角对应的平方差分别为 b2+c2−a2>0、a2+c2−b2>0,所以另外两角也锐。这正是判整个三角形类型时不能省略“最长边”的原因。
若向最长边作高,垂足必在这条边内部:若落在一端外侧,到另一端的水平距离已大于最长边,再由勾股便会得到一腰更长,矛盾;垂足恰为端点时,另一腰也是更长的斜边。因此最长边还排除了这条高线的外垂足及端点情形。
能作为直角三角形三边长的三个正整数,叫作勾股数。常见的五组如下。
| 三个正整数 | 平方检验 |
|---|---|
| 3,4,5 | 9+16=25 |
| 5,12,13 | 25+144=169 |
| 8,15,17 | 64+225=289 |
| 7,24,25 | 49+576=625 |
| 9,40,41 | 81+1600=1681 |
若 a2+b2=c2,同乘正数 n 后仍有 (na)2+(nb)2=(nc)2。正整数倍一定仍是勾股数;任意正数倍只保证直角,是否为勾股数还要检查三个结果是不是整数。1,2,5 可组成直角三角形,却不是勾股数。
| 直角三角形中的性质 | 逆向判断 |
|---|---|
| 斜边中线等于斜边的一半,也等于两半斜边 | 三角形某边的中线等于该边一半,则该边所对角为直角 |
| 30∘ 所对的直角边等于斜边的一半 | 已知直角,一直角边等于斜边一半,则它所对的锐角为 30∘ |
斜边中线的证明。 设 C 为直角,D 是 AB 中点。延长 CD 至 E,使 DE=DC。利用中点、对顶角,两次 SAS 得 AC=BE、CB=EA,并得 AC∥BE、CB∥AE。于是 ∠CAE=90∘。再比较 △ACB 与 △CAE,公共边 AC、CB=AE 及所夹直角给 SAS 全等,所以 AB=CE=2CD。
逆向的初等证明。 若 CD=AB/2,则 DA=DB=DC。记 ∠DAC=∠ACD=x,∠DBC=∠BCD=y。D 在 AB 内部,故原三角形三个角为 x,y,x+y,内角和给 2(x+y)=180∘,所以 ∠ACB=90∘。学过圆后,还可用直径所对圆周角解释同一结论。
30°性质的证明。 设 C 为直角、∠A=30∘,沿 AC 翻折 B 得 D。两小三角形全等,AB=AD、BC=CD,且 B,C,D 共线;∠BAD=60∘,所以 △ABD 等边。于是 AB=BD=2BC。
逆向若已有直角,且 AB=2BC,同样翻折便有 BD=2BC=AB=AD,所以大三角形等边,半顶角为 30∘。两种证明都不能省略原直角条件。
垂线段为什么最短? 从线外点 P 向直线作垂线,垂足为 O。任取线上 A=O,有 PA2=PO2+OA2>PO2,故 PA>PO;A=O 时取等。比较的是所有允许落在整条直线上的终点,有限线段或有障碍的路线要另核范围。
HL为什么能确定全等? 两个直角三角形斜边同为 h,一条直角边同为 a,且 h>a>0,另一直角边都等于正数 h2−a2。三边对应相等,再用 SSS 全等。这里多出的直角条件,不能推广成一般 SSA 判据。
外心为什么有三种位置? 对三角形任一边 BC,设其中点为 M,BM=CM=s>0。取 BC 水平,A 在上方,高为 h>0。以 M 为原点、向 C 为正方向,记 A 的垂足位置为 x;在 BC 中垂线上,记外心 O 的有向高度为 t,向 A 一侧为正。
等距 OA=OB 给
x2+(h−t)2=s2+t2,2ht=x2+h2−s2.
另一方面,AB2=(x+s)2+h2、AC2=(x−s)2+h2、BC2=4s2,因此
AB2+AC2−BC2=4ht.
由前文三边平方的比较,左边正、零、负分别对应 ∠A 锐、直、钝;h>0,也分别对应外心与 A 在 BC 同侧、在 BC 中点、在另一侧。锐角三角形对三条边都在内部一侧,故外心在三角形内部;直角时为斜边中点;钝角时在钝角对边的外侧。
先找直角,再核中点是否在斜边上。中线与两半斜边相等,可以直接倍半换长度,也可以在小三角形中制造等腰关系。直角边不自动等于半斜边,另需角度条件。
题目
如图, 在 Rt △ABC 中, ∠ACB=90∘,D 是 AB 的中点, CD=6 .
(1) AB 的长为 ______。
(2) 若 ∠A=60∘ ,则 AC 的长为 ____.

解析
(1)C 为直角,D 是斜边 AB 中点,所以 CD=AB/2,得 AB=12。
(2)∠B=180∘−90∘−60∘=30∘,AC 是这个 30∘ 的对边,所以 AC=AB/2=6。第二问另用了 30∘ 条件,不能只凭中点推出。
本题结论
(1)AB=12;(2)AC=6。
题目
如图, 在 Rt△ABC 中, ∠BAC=90°, AD 是 BC 边上的中线, ED⊥BC, 交 BA 的延长线于点 E, 若 ∠E=35°, 求 ∠BDA 的度数.
解析
ED⊥BC、∠E=35∘,在直角三角形 EBD 中得 ∠B=55∘。
A 为直角,D 是斜边 BC 中点,所以 AD=BD。在 △ABD 中,∠DAB=∠B=55∘,于是 ∠BDA=180∘−110∘=70∘。
本题结论
∠BDA=70∘。
不能因为图上接近垂直就使用勾股或30°性质。先借等腰底角、中垂等距、角的加减等,证明新三角形里确有直角,再认准斜边与30°对边。
题目
如图, 已知在 △ABC 中, AB=AC , ∠BAC=120∘ , E,F 分别在 AB,BC 上, 且直线 EF 为 AB 的垂直平分线, BF=5 cm , 求 CF 的长.
解析
连接 AF。AB=AC、∠A=120∘,所以 ∠B=∠C=30∘。
F 在 AB 中垂线上,故 AF=BF=5 cm。△ABF 等腰,得 ∠BAF=30∘,于是 ∠FAC=120∘−30∘=90∘。
在直角三角形 AFC 中,AF 对着 30∘,所以 CF=2AF=10 cm。
本题结论
CF=10 cm。
抽出直角三角形,标出水平距离、竖直距离及斜距。若所求是高度差,要先求差再按点序加减;若同一物体改变摆放,找出保持不变的长度,用两次勾股列同一个方程,并检验位置范围。
题目
如图,某自动感应门的正上方A处装着一个感应器,离地面的高度AB为2.5米,一名学生站在C处时,感应门自动打开了,此时这名学生离感应门的距离BC为1.2米,他的头顶离感应器的距离AD为1.5米,则这名学生的身高CD为____米.
解析
过 D 作水平线 DE⊥AB,则 DE=BC=1.2 m、BE=CD。在直角三角形 ADE 中,
AE=1.52−1.22=0.81=0.9 m.
图中 A,E,B 顺次排列,身高 CD=BE=AB−AE=2.5−0.9=1.6 m。0.9 是竖直高度差,1.5 是斜距,都不能直接当身高。
本题结论
身高为 1.6 m。
题目
某小区两面直立的墙壁之间为安全通道,一架梯子的底端 A 在两面墙壁的底端 B,E 之间,BE=2.2 m,当这架梯子斜靠在左墙时,梯子顶端 D 到地面的距离 DE 为 2.4 m,保持梯子底端 A 不动,将梯子斜靠在右墙上,梯子顶端 C 到地面的距离 CB 为 2 m,则梯子底端 A 到左墙的距离 AE 为 ____ m.

解析
设 AE=x m,则 AB=2.2−x,且 0<x<2.2。同一架梯子长不变,所以 AD=AC,
x2+2.42=(2.2−x)2+22.
展开并消去 x2,得 5.76=8.84−4.4x,所以 4.4x=3.08,x=0.7。回验 AB=1.5,两斜边平方均为 6.25,范围满足。
本题结论
AE=0.7 m。
题目
(2024四川巴中)“今有方池一丈,葭生其中央,出水一尺,引葭赴岸,适与岸齐.问:水深几何?”这是我国数学史上的“葭生池中”问题,即 AC=5,DC=1,BD=BA ,则 BC= ( )
A.8
B.10
C.12
D.13
解析
设 BC=x>0,露出水面部分 DC=1,草全长 BD=x+1,拉直后 BA=BD=x+1。
在直角三角形 ABC 中,x2+52=(x+1)2。展开后同减 x2,得 25=2x+1,所以 x=12。回验两直角边为 5,12,斜边为 13。
本题结论
选 C,BC=12。
先求出两条直角边,用它们作底、高;再以斜边及其对应垂高表示同一个面积。一般地,斜边高 h=ab/c 来自 ab/2=ch/2,不是把斜边与任一直角边直接相乘。
题目
如图,在 △ABC 中,∠ACB=90∘,AB=5 cm,BC=4 cm,CD⊥AB 于 D,求 CD 的长。
解析
由勾股,AC=52−42=3 cm。
同一个三角形的两种面积表达为
21×3×4=21×5×CD.
两边乘2后再除5,得到 CD=12/5 cm。代回面积都是 6 cm2,高的单位仍是厘米。
本题结论
CD=512 cm。
弦图外正方形边是斜边,中心边是两腿之差的绝对值。原外面积、中心面积、四三角形总面积、单块面积不能混。已知和平方与差平方时,常用两式相加或相减消去交叉项,无须先分别求每条边。
题目
(2024 江苏南通)“赵爽弦图”巧妙利用面积关系证明了勾股定理.如图所示的“赵爽弦图”是由四个全等直角三角形和中间的小正方形拼成的一个大正方形.设直角三角形的两条直角边长分别为 m,n(m>n) . 若小正方形面积为5,(m+n)2=21, 则大正方形面积为
A.12
B.13
C.14
D.15
解析
中心正方形面积给 (m−n)2=5,另有 (m+n)2=21。
两式展开相加,得 2m2+2n2=26,所以 m2+n2=13。外正方形边是直角三角形的斜边,由勾股定理,其面积恰为 m2+n2。
再用两式相减检验:4mn=16,四三角形总面积 2mn=8,加中心面积5,也得到13。
本题结论
选 B,大正方形面积为 13。
网格中把长度的平方拆成横、纵整数格数的平方和,但三条边必须共用同一组三个端点。数轴作根式点时,先用直角三角形得到准确长度,再用圆规转移;正负坐标由所选半轴决定。
题目
在如图所示的正方形网格中,已知每个小正方形的边长都是1.请在网格中画出格点三角形 ABC , 使 AB=22,BC=13,AC=17 . (格点三角形的顶点均为网格线的交点)

解析
平方分解为 8=22+22、13=22+32、17=42+12。
如图取 A,从它向右2格、向上2格取 B;向右4格、向下1格取 C。于是从 B 到 C 自然是向右2格、向下3格。三组勾股检验同时得到原要求,且三个点都在给定网格内。

本题结论
图示三点给出一种符合要求的作法。
题目
在数轴上作出表示 10 的点.
解析
负半轴上的另一个交点坐标为 −10,不符合本题要求;不能用小数近似量取代准确作图。
本题结论
正半轴上的交点 C 表示 10。
连接对角线,让两个三角形共用一条边。已有直角的先用勾股求边;未给直角的,先用逆定理确认。最后根据土地实际区域,判断两面积应相加还是相减。
题目
有一块土地,其形状如图所示, ∠B=∠D=90∘,AB=20 米,BC=15米,CD=7米, 请计算这块土地的面积.
解析
连接 AC。由 ∠B=90∘,AC=202+152=25 m。再由 ∠D=90∘,AD=252−72=24 m。
图中对角线 AC 把地块分成两块内部三角形,因此
S=21×20×15+21×24×7=150+84=234 m2.
两个乘积分别使用各自互相垂直的直角边。
本题结论
土地面积为 234 m2。
表面展开保持路线长度。先按“绕几周、沿哪一面”选择展开后的终点,再在允许区域中比较距离。平面中看似更近的点,可能代表没有绕圈或走入物体内部,不能作为候选。
题目
有一个圆柱形油罐,如图所示,计划从点 A 起环绕油罐建盘梯,正好到点 A 正上方的点 B 处.现要先沿该油罐外壁画一条指示线,再沿指示线进行建造,问指示线最短是多少米?(已知油罐的底面周长是 12 m,高 AB 是 5 m)
解析
沿母线 AB 展开侧面,得到宽12米、高5米的长方形。绕一周的终点要取另一条复制边上的 B′,不能取同侧 B。
两点间线段最短,故选择 AB′。它在矩形内,卷回后沿侧壁连续并恰绕一周。勾股给
AB′=122+52=13 m.
竖直的 AB=5 m 只走零周,不符合限制;穿过内部的空间线段也不沿外壁。
本题结论
最短指示线长为 13 m。
先找折痕上的固定点和折前、折后的对应点,写出保长关系。一个直角移到哪里也要按顶点对应,不是图中任意交点都变成直角。设未知线段后,用点序表示其余段,并检验根的范围。
题目
如图,折叠矩形 ABCD 的一边 BC,使点 B 落在 AD 边上的点 F 处,已知 AB=3,BC=5,求 EF 的长.

解析
折痕为 EC,E,C 固定,B 折到 F,所以 BE=EF、BC=FC=5,原 B 处直角移到 F。
在直角三角形 CDF 中,CD=AB=3,得 DF=52−32=4,故 AF=AD−DF=5−4=1。
设 EF=x,则 BE=x、AE=3−x,且 0<x<3。在直角三角形 AEF 中,
x2=(3−x)2+12.
展开消去 x2,得 6x=10,所以 x=5/3。回验 AE=4/3、AF=1,平方和为 25/9=EF2,且位置范围成立。
本题结论
EF=35。
给两边且只说“直角三角形”,先排除较短已知边作斜边的可能,再分别考察较长已知边与未知边作斜边。额外给了直角顶点时,才可以据此删去不符的分支。
题目
在 Rt△ABC 中, AC = 3, AB = 4, 则 BC 的长为 ____.
解析
AC=3<AB=4,所以 AC 不能是斜边。
两种均给正长度及合法三角形,题目未再限制直角位置,所以都要保留。
本题结论
BC=5 或 7。
逆定理检验的是较小两边平方和与最长边平方。根式、分数也可以是直角三角形边长;“不是勾股数”并不等于“不是直角三角形”。
题目
在 △ABC 中, ∠A,∠B,∠C 所对的边分别是 a, b, c, a🅱️c = 9:15:12, 试判断 △ABC 是不是直角三角形.
解析
设 a=9k、b=15k、c=12k,其中 k>0。最长边是 b,
a2+c2=(81+144)k2=225k2=b2.
由勾股逆定理,b 所对的角 B 为直角。误检 a2+b2=c2 得不到本题结论。
本题结论
是直角三角形,∠B=90∘。
题目
判断由线段 a, b, c 组成的三角形是不是直角三角形.
(1) a=7,b=24,c=25 .
(2) a=41,b=4,c=5 .
(3) a=45,b=1,c=43 .
(4) a=40,b=50,c=60 .
解析
四组正边长都满足两较短边和大于最长边。分别检查:
| 小问 | 最长边 | 另两边平方和与最长边平方 | 判断 |
|---|---|---|---|
| (1) | 25 | 72+242=625=252 | 直角 |
| (2) | 41 | 42+52=41=(41)2 | 直角 |
| (3) | 5/4 | 12+(3/4)2=25/16=(5/4)2 | 直角 |
| (4) | 60 | 402+502=4100>3600=602 | 非直角,进一步可判锐角 |
前三组中只有第一组为正整数勾股数;第二、三组虽然不是整数勾股数,仍能构成直角三角形。第四组的锐角细分使用本页已证明的平方比较。
本题结论
(1)(2)(3)是直角三角形;(4)不是,是锐角三角形。
外面积减中心面积,得到的是所有剩余色块的总面积。题目问一块还是整个外方,决定还需不需要除以块数;代数中的 2ab 与三角形面积 ab/2 不能混为一谈。
题目
如图所示的“赵爽弦图”由4个全等的直角三角形和一个小正方形组成的。如图,直角三角形的直角边长为 a,b ,斜边长为 c ,若 b−a=4,c=20 ,则每个直角三角形的面积为 ____。

解析
外正方形面积为 c2=400,中心面积为 (b−a)2=16。剩下四个全等三角形,总面积 400−16=384,每个面积为 384/4=96。
也可由 a2+b2=400、(b−a)2=16,相减得 2ab=384,于是 ab=192,单块面积 ab/2=96。这里 384 不是单块面积。
本题结论
每个直角三角形面积为 96。
已知某个小三角形有直角,不代表整个大三角形也有直角。先求公共边,再逆判大三角形,最后按边界判断缺口面积;不能照搬凸四边形的两块相加。
题目
一块地如图所示, 已知 AD=4m,CD=3m,AD⊥CD,AB=13m,BC=12m , 则这块地的面积为 ____ m2 .
解析
连接 AC。小三角形 ADC 在 D 处直角,故 AC=42+32=5 m。
大三角形中,AC2+BC2=25+144=169=AB2,由逆定理确认 ∠ACB=90∘。其面积为 5×12/2=30 m2。
D 在大三角形内部,地块是大三角形扣掉 ADC,所以 S=30−4×3/2=24 m2。
本题结论
地块面积为 24 m2。
两个变量表示直角三角形的两个锐角时,先满足互余,还要各自严格在 0∘ 与 90∘ 之间。不能把一次函数的任意实数范围搬过来,端点也会使三角形退化。
题目
(2024 海南)设直角三角形中一个锐角为 x 度,0<x<90,另一个锐角为 y 度,则 y 与 x 的函数关系式为( )。
A. y=180+x
B. y=180−x
C. y=90+x
D. y=90−x
解析
内角和给 x+y+90=180,所以 y=90−x。原 0<x<90 又保证 0<y<90。
A、C 使 y 大于 90;B 是两角互补而非互余,且 y>90。只有 D 同时满足角和与锐角范围。
本题结论
选 D,y=90−x,0<x<90。