AlegsaOnline.com

Pytagorova veta: definícia, vzorec a dôkazy pre pravouhlý trojuholník

Pytagorova veta: jasná definícia, prehľad vzorca a rôzne dôkazy pre pravouhlý trojuholník — vysvetlené jednoducho s príkladmi a ilustráciami.

Autor: Leandro Alegsa Dátum vytvorenia: 20. júna 2021 Posledná aktualizácia: 17. marca 2026

simple.wikipedia.org · Public domain

Pytagorova veta (nazývaná aj veta o preponách) je v matematike základné tvrdenie o stranách pravouhlého trojuholníka.

V pravouhlom trojuholníku jeden z uhlov má veľkosť 90 stupňov — je to pravý uhol. Dve strany, ktoré zvierajú pravý uhol, sa najčastejšie označujú ako odvesny (alebo ramená); tretia strana, ktorá je proti pravému uhlu, je hypotenúza (niekedy sa v starších alebo iných názvoch objavuje pojem priečnik). Hypotenúza je vždy najdlhšia strana trojuholníka.

Pytagorova veta vyjadruje vzťah medzi dĺžkami týchto strán: plocha štvorca nad hypotenúzou sa rovná súčtu plôch štvorcov nad odvesnami. Ak sú dĺžky odvesien a a b a dĺžka hypotenúzy je c, potom

a 2 + b 2 = c 2 {\displaystyle a^{2}+b^{2}=c^{2}} $a^{2}+b^{2}=c^{2}$ .

Veta je pomenovaná po starogréckom matematiku gréckeho matematika Pytagora, hoci poznatky o tomto vzťahu sa nezávisle objavili už v starovekej Mezopotámii, Indii či Číne. V rôznych kultúrach existovali numerické a geometrické záznamy, ktoré zodpovedajú Pytagorovej vete dlho predtým, než ju pomenovali podľa Pytagora.

Dôsledky a použitie

Praktický výpočet vzdialenosti: v rovine s pravouhlými súradnicami poskytuje veta vzorec pre vzdialenosť medzi bodmi (odvodenie z a^2 + b^2 = c^2).
Konverzná veta: ak pre trojicu kladných čísel a, b, c platí a^2 + b^2 = c^2, potom trojuholník s týmito stranami (usporiadanými tak, že c je najväčšie) je pravouhlý.
Pytagorove trojice: celočíselné trojice (a, b, c), ktoré spĺňajú rovnosť (napr. 3, 4, 5 alebo 5, 12, 13), sú dôležité v diophantických úlohách a konštrukciách.
Všeobecnenia: vekosť zákona kosín umožňuje získať Pytagorovu vetu ako špeciálny prípad; existujú aj rozšírenia do vyšších dimenzií (napr. v Euklidovskom priestore n-dimenzionálny Pythagorov vzťah pre pravouhlé vektory).

Kategórie dôkazov

Existuje mnoho rôznych dôkazov tejto vety. V literatúre sa často rozdeľujú do niekoľkých skupín; medzi najčastejšie patria:

Geometrické dôkazy — napr. dôkaz usporiadaním štvorcov (rearrangement proof) alebo Euclidov dôkaz založený na obsahu.
Dôkazy pomocou podobnosti trojuholníkov — využívajú vlastnosti podobných trojuholníkov vytvorených výškou na preponu.
Algebraické a analytické dôkazy — použitie súradníc alebo vektorov (napr. vypočítanie dĺžky úsečky v pravoúhlom súradnicovom systéme).
Dôkazy z geometrického počtu plôch — porovnanie plôch väčších útvarov rozdelených na menšie (klasické „štyri pravouhlé trojuholníky v rámci väčšieho štvorca“).

Krátky klasický dôkaz (usporiadanie štvorcov)

Predstavme si veľký štvorec so stranou (a + b) rozdelený štyrmi kongruentnými pravouhlými trojuholníkmi s odvesnami a, b a preponou c a vnútorným menším štvorcom so stranou c. Obsah veľkého štvorca je (a + b)^2. Tento obsah sa zároveň rovná súčtu obsahov štyroch trojuholníkov (4 · (ab/2) = 2ab) a obsahu vnútorného štvorca (c^2). Dostaneme tak

(a + b)^2 = c^2 + 2ab. Po úprave a^2 + 2ab + b^2 = c^2 + 2ab => a^2 + b^2 = c^2.

Dôkaz pomocou podobnosti

V pravouhlom trojuholníku položme z vrcholu pravého uhla výšku na preponu. Tento krok vytvorí dva menšie trojuholníky, ktoré sú podobné pôvodnému. Z podobnosti získame pomery strán, ktoré vedú k rovnosti a^2 = c·(projection of a on c) a b^2 = c·(projection of b on c). Sčítaním týchto dvoch rovností dostaneme a^2 + b^2 = c^2.

Príklad

Ak sú odvesny a = 3 a b = 4, potom podľa vetvy c^2 = a^2 + b^2 = 9 + 16 = 25, takže c = 5. Trojuholník so stranami 3, 4, 5 je teda pravouhlý.

Upozornenia a ďalšie informácie

Pytagorova veta platí iba v euklidovskej geometrii pre pravouhlé trojuholníky. V ne-euklidovských geometriách (napr. eliptickej alebo hyperbolickej) má vzťah odlišnú formu.
V praxi sa veta používa v stavebníctve, navigácii, počítačovej grafike, trigonometrických výpočtoch a všade tam, kde treba rýchlo vypočítať vzdialenosť alebo zistiť pravouhlosť.

Existuje množstvo ďalších dôkazov i historických poznámok o vývoji tejto vety; vyššie uvedené sú základné a najbežnejšie poznatky potrebné pre pochopenie významu a použitia Pytagorovej vety.

Dôkaz

Jeden z dôkazov Pytagorovej vety našiel grécky matematik Eudoxos z Knidu.

V dôkaze sú použité tri lemy:

Trojuholníky s rovnakou základňou a výškou majú rovnakú plochu.
Trojuholník, ktorý má rovnakú základňu a výšku ako strana štvorca, má rovnakú plochu ako polovica štvorca.
Trojuholníky s dvoma zhodnými stranami a jedným zhodným uhlom sú zhodné a majú rovnaký obsah.

Dôkazom je:

Modrý trojuholník má rovnakú plochu ako zelený trojuholník, pretože má rovnakú základňu a výšku (lema 1).
Zelený aj červený trojuholník majú dve strany rovné stranám rovnakých štvorcov a uhol rovný priamemu uhlu (uhol 90 stupňov) plus uhol trojuholníka, takže sú zhodné a majú rovnaký obsah (lema 3).
Plochy červeného a žltého trojuholníka sú rovnaké, pretože majú rovnaké výšky a základne (lema 1).
Plocha modrého trojuholníka sa rovná ploche žltého trojuholníka, pretože

A b l u e = A g r e e e n = A r e d = A y e l l o w {\displaystyle {\color {blue}A_{blue}}={\color {green}A_{green}}={\color {red}A_{red}}={\color {yellow}A_{yellow}}} ${\color {blue}A_{blue}}={\color {green}A_{green}}={\color {red}A_{red}}={\color {yellow}A_{yellow}}$

Hnedé trojuholníky majú rovnakú plochu z rovnakých dôvodov.
Modrá a hnedá farba majú polovicu plochy menšieho štvorca. Súčet ich plôch sa rovná polovici plochy väčšieho štvorca. Z tohto dôvodu sú polovice plôch malých štvorcov rovnaké ako polovica plochy väčšieho štvorca, takže ich plocha je rovnaká ako plocha väčšieho štvorca.

Dôkaz pomocou podobných trojuholníkov

Ďalší dôkaz Pytagorovej vety môžeme získať pomocou podobných trojuholníkov.

d a = a c ⇒ d = a 2 c ( 1 ) {\displaystyle {\frac {d}{a}}={\frac {a}{c}}\quad \Pravá šípka \quad d={\frac {a^{2}}{c}}\quad (1)} ${\frac {d}{a}}={\frac {a}{c}}\quad \Rightarrow \quad d={\frac {a^{2}}{c}}\quad (1)$

e/b = b/c => e = b^2/c (2)

Z obrázka vieme, že c = d + e {\displaystyle c=d+e\,\! } $c=d+e\,\!$ . A nahradením rovníc (1) a (2):

c = a 2 c + b 2 c {\displaystyle c={\frac {a^{2}}{c}}+{\frac {b^{2}}{c}}} $c={\frac {a^{2}}{c}}+{\frac {b^{2}}{c}}$

Násobenie c:

c 2 = a 2 + b 2 . {\displaystyle c^{2}=a^{2}+b^{2}\,\!. } $c^{2}=a^{2}+b^{2}\,\!.$

Pytagorovské trojice

Pytagorova trojica alebo trojica sú tri celé čísla, ktoré zodpovedajú rovnici a 2 + b 2 = c 2 {\displaystyle a^{2}+b^{2}=c^{2}} $a^{2}+b^{2}=c^{2}$ .

Známym príkladom je trojuholník so stranami 3, 4 a 5. Ak a=3 a b=4, potom 3 2 + 4 2 = 5 2 {\displaystyle 3^{2}+4^{2}=5^{2}} $3^{2}+4^{2}=5^{2}$ , pretože 9 + 16 = 25 {\displaystyle 9+16=25} $9+16=25$ . Toto sa dá tiež zobraziť ako 3 2 + 4 2 = 5. {\displaystyle {\sqrt {3^{2}+4^{2}}=5.} ${\sqrt {3^{2}+4^{2}}}=5.$

Trojuholník tri-štyri-päť funguje pre všetky násobky 3, 4 a 5. Inými slovami, čísla ako 6, 8, 10 alebo 30, 40 a 50 sú tiež Pytagorovými trojicami. Ďalším príkladom trojuholníka je trojuholník 12-5-13, pretože 12 2 + 5 2 = 13 {\displaystyle {\sqrt {12^{2}+5^{2}}}=13} ${\sqrt {12^{2}+5^{2}}}=13$ .

Pytagorova trojica, ktorá nie je násobkom iných trojíc, sa nazýva primitívna Pytagorova trojica. Každú primitívnu Pytagorovu trojicu možno nájsť pomocou výrazu ( 2 m n , m 2 - n 2 , m 2 + n 2 ) {\displaystyle (2mn,m^{2}-n^{2},m^{2}+n^{2})} $(2mn,m^{2}-n^{2},m^{2}+n^{2})$ , ale musia byť splnené nasledujúce podmienky. Ukladajú obmedzenia na hodnoty m {\displaystyle m} a n {\displaystyle n} .

m {\displaystyle m} a n {\displaystyle n} sú kladné celé čísla
m {\displaystyle m} a n {\displaystyle n} nemajú žiadne spoločné činitele okrem 1
m {\displaystyle m} a n {\displaystyle n} majú opačnú paritu. m {\displaystyle m} a n {\displaystyle n} majú opačnú paritu, keď m {\displaystyle m} je párne a n {\displaystyle n} je nepárne, alebo m {\displaystyle m} je nepárne a n {\displaystyle n} je párne.
m > n {\displaystyle m>n} .

Ak sú splnené všetky štyri podmienky, potom hodnoty m {\displaystyle m} a n {\displaystyle n} vytvárajú primitívnu Pytagorovu trojicu.

m = 2 {\displaystyle m=2} $m=2$ a n = 1 {\displaystyle n=1} $n=1$ vytvárajú primitívnu Pytagorovu trojicu. Hodnoty spĺňajú všetky štyri podmienky. 2 m n = 2 × 2 × 1 = 4 {\displaystyle 2mn=2\times 2\times 1=4} $2mn=2\times 2\times 1=4$ , m 2 - n 2 = 2 2 - 1 2 = 4 - 1 = 3 {\displaystyle m^{2}-n^{2}=2^{2}-1^{2}=4-1=3} $m^{2}-n^{2}=2^{2}-1^{2}=4-1=3$ a m 2 + n 2 = 2 2 + 1 2 = 4 + 1 = 5 {\displaystyle m^{2}+n^{2}=2^{2}+1^{2}=4+1=5} $m^{2}+n^{2}=2^{2}+1^{2}=4+1=5$ , takže vznikne trojica ( 3 , 4 , 5 ) {\displaystyle (3,4,5)} $(3,4,5)$ .

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to Pytagorova veta?

Odpoveď: Pytagorova veta je tvrdenie o stranách pravouhlého trojuholníka.

Otázka: Aký uhol je v pravouhlom trojuholníku vždy rovný 90 stupňom?

Odpoveď: Jeden z uhlov pravouhlého trojuholníka sa vždy rovná 90 stupňom, čo sa označuje ako pravý uhol.

Otázka: Ako sa nazývajú dve strany vedľa pravého uhla?

Odpoveď: Dve strany vedľa pravého uhla sa nazývajú ramená.

Otázka: Ako sa nazýva strana protiľahlá k pravému uhlu?

Odpoveď: Strana protiľahlá k pravému uhlu sa nazýva hypotenza a je to vždy najdlhšia strana.

Otázka: Existuje rovnica na výpočet tejto vety?

Odpoveď: Áno, existuje rovnica na výpočet tejto vety, ktorá hovorí, že "štvorec dĺžky hypotezy sa rovná súčtu štvorcov dĺžok ostatných dvoch strán".

Otázka: Považujú sa všetky trojuholníky s uhlom 90 stupňov za "pravouhlé" trojuholníky?

Odpoveď: Nie, nie všetky trojuholníky s uhlom 90 stupňov sa považujú za "pravé" trojuholníky; len tie, v ktorých je jedna strana (prepona) dlhšia ako ostatné dve strany a na svojom konci vytvára uhol 90 stupňov, možno klasifikovať ako "pravé" trojuholníky.

Autor

AlegsaOnline.com - Pytagorova veta - Leandro Alegsa

Dátum vytvorenia: 20. júna 2021
Posledná aktualizácia: 17. marca 2026

URL: https://sk.alegsaonline.com/art/80255