9.勒讓德第二定理

若[某一個]三角形的三個內(nèi)角和等于兩個直角,則[每一個]三角形的三個內(nèi)角和等于兩個直角。

這個定理神奇的地方是走触,可以“以偏概全”。只要看到一只黑色的烏鴉泥耀,就可以斷言“天下烏鴉一般黑”饺汹。

哪怕假如用“勾三股四弦五”找到一個很特殊的直角三角形,并且證明了它的三個內(nèi)角和為兩直角痰催,那么就可以斷言,所有的三角形內(nèi)角和是兩個直角迎瞧。

這個定理同樣不依賴平行公設(shè)夸溶。證明時,使用薩謝利四邊形的性質(zhì)凶硅。

薩謝利四邊形:四邊形ABCD中缝裁,角A和角B是直角,一組對邊AD和BC相等足绅。

其中捷绑,AB稱為下底,CD稱上底氢妈,AD和BC稱作腰粹污。

在不依賴于平行公理的情況下,無法證明這是一個矩形首量。但可以得到它的一些性質(zhì)壮吩,一是它兩個頂角C和D相等进苍,二是底邊的中垂線平分整個四邊形,分成全等的兩個四邊形鸭叙。

薩氏四邊形

定理:若四邊形ABCD的四個角都是直角觉啊,則每一條從直線CD的一點E所作的對邊AB的垂線EF,也垂直于CD.

證明圖

如圖沈贝,已知四邊形ABCD的四個角都是直角杠人。E在CD上,EF垂直于AB于點F.求證:FE垂直與CD.

證明過程中宋下,不能使用平行公理嗡善,以及任何與平行公理等價的命題,如三角形內(nèi)角和為兩直角杨凑,所有三角形的內(nèi)角和都相同等滤奈。

證明:作EF關(guān)于AD和BC的鏡像點,E1,F1以及E2,F2.這些點在已知直線上撩满。

連接AE,AE1蜒程,
AD=AD,
角ADE= 角ADE1
DE=DE1
故[三角形ADE]全等于[三角形ADE1]
故AE=AE1
角EAF=E1AF1

又AF=AF1
所以三角形EAF全等于三角形E1AF1

E1F1=EF,且E1F1垂直于AB

同理E2F2垂直于AB伺帘,且E2F2=EF

所以E1F1=E2F2=EF

四邊形E1F1F2E2為薩氏四邊形昭躺,頂角E1=頂角E2
四邊形E1F1FE為薩氏四邊形,頂角E1=角E1EF
四邊形E2F2FE為薩氏四邊形伪嫁,頂角E2=角E2EF

所以领炫,角E2EF=角E1EF
所以FE垂直于CD于點E.

(同時,角E1,角E2也是直角)

定理:若某一個四邊形的四個角都是直角张咳,那么帝洪,每一個有三個直角的四邊形的第四個角也是直角。

證明方法脚猾,重疊一個直角葱峡。然后構(gòu)成類似上一個定理的圖形,可證明在交點處形成直角龙助,從而證明砰奕,第四個角也是直角。

由此提鸟,可證明勒讓德第二定理军援。
由給定三角形底邊為上底,中位線直線為下底称勋,構(gòu)造撒氏四邊形胸哥。可證得該四邊形的兩個頂角之和與給定三角形三個內(nèi)角和相等铣缠。

然后作薩氏四邊形的對稱軸烘嘱,可以得到三個直角的四邊形昆禽,第四個角為給定三角形內(nèi)角和的一半。

或者說蝇庭,三角形的內(nèi)角和醉鳖,是對應(yīng)“三個直角的四邊形”的第四個角的兩倍。

因此哮内,只要有一個三角形內(nèi)角和為兩個直角盗棵,那么它對應(yīng)的“三直角四邊形”第四角就會為直角,于是北发,所有的“有三個直角的四邊形”第四個角都是直角纹因,對應(yīng)的,所有的三角形內(nèi)角和就是兩個直角琳拨。

補充說明:

《幾何原本》第一卷第22定義已經(jīng)暗示:

存在四個角都是直角的四邊形瞭恰。

通過這個定義,可以移除第五公設(shè)狱庇,或者惊畏,把第五公設(shè)恢復(fù)到第一卷第18命題。原來的第18命題與第19命題合并成為一個命題密任。

第22定義颜启,還暗示了,存在一種四邊形浪讳,四邊都相等缰盏,而且四個角都是直角,命名為[正方形]淹遵。

據(jù)此口猜,可用對角線分割之,可以得到兩個全等的三角形(SAS證)透揣,每一個三角形內(nèi)角和都是兩個直角暮的。根據(jù)勒讓德第二定理,可以推導(dǎo)出任意三角形的內(nèi)角和為兩個直角淌实。

歐氏幾何的內(nèi)角和定理同第五公設(shè)等價,據(jù)此猖腕,第五公設(shè)可以恢復(fù)成為第18命題拆祈,作為一個普通命題。

且第四公設(shè)強調(diào)所有的直角都相等倘感,正可為此處SAS證明全等作鋪墊放坏,變更第五公設(shè)在《原本》中的位置。

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