De stelling van Pythagoras - EveryOneWeb
De stelling van Pythagoras - EveryOneWeb De stelling van Pythagoras - EveryOneWeb
De stelling van Pythagoras
- Page 2 and 3: Inhoud Inhoud......................
- Page 4 and 5: 2.3 Bewijs van de stelling van Pyth
- Page 6 and 7: In driehoek PQS geldt de stelling v
- Page 8 and 9: ○3 In een voetbalclub wordt het g
- Page 10 and 11: ○7 In een Oostenrijks skidorpje s
- Page 12 and 13: 3.2 Grafische voorstelling van de w
- Page 14 and 15: Probeer nu 68 eens te tekenen. Stel
<strong>De</strong> <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>
Inhoud<br />
Inhoud........................................................................................................................ 2<br />
1 Inleiding ................................................................................................................ 3<br />
2 <strong>De</strong> <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>................................................................................... 3<br />
2.1 <strong>De</strong> <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> ........................................................................ 3<br />
2.2 <strong>De</strong> omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>.................................................... 3<br />
2.3 Bewijs <strong>van</strong> de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> ...................................................... 4<br />
2.4 Bewijs <strong>van</strong> de omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> ................................. 5<br />
3 Toepassingen......................................................................................................... 7<br />
3.1 Oefeningen .................................................................................................. 7<br />
3.2 Grafische voor<strong>stelling</strong> <strong>van</strong> de wortel <strong>van</strong> een natuurlijk getal............... 12<br />
4 Oplossingen ......................................................................................................... 15
1 Inleiding<br />
<strong>De</strong> <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> is een alom bekende en veel gebruikte <strong>stelling</strong> die<br />
vele toepassingen kent. Op deze toepassingen komen we verderop terug.<br />
Beginnen doen we met een fragment uit “Meester, hij begint weer”, een feuilleton<br />
uit de jaren ’80, waarin de <strong>stelling</strong> aan bod kwam.<br />
(http://www.youtube.com/watch?v=Eft6spqr4WY)<br />
2 <strong>De</strong> <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong><br />
2.1 <strong>De</strong> <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong><br />
Daarnet hadden we het al even over de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>, maar wat houd<br />
deze in? <strong>De</strong> definitie luidt als volgt:<br />
In een rechthoekige driehoek is de som <strong>van</strong> de kwadraten <strong>van</strong> de<br />
lengten <strong>van</strong> de rechthoekszijden gelijk aan het kwadraat <strong>van</strong> de lengte<br />
<strong>van</strong> de schuine zijde.<br />
We kunnen de definitie ook in symbolen opschrijven, rekeninghoudend met<br />
figuur 1 wordt dit:<br />
2 2 2<br />
a + b = c<br />
(1)<br />
Figuur 1: <strong>De</strong>finitie <strong>van</strong> de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>.<br />
2.2 <strong>De</strong> omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong><br />
a<br />
<strong>De</strong> omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> is eigenlijk een logisch gevolg uit de<br />
<strong>stelling</strong> <strong>van</strong> daarnet. <strong>De</strong>ze luidt als volgt:<br />
Wanneer in een driehoek de som <strong>van</strong> de kwadraten <strong>van</strong> de lengte <strong>van</strong><br />
twee zijden gelijk is aan het kwadraat <strong>van</strong> de lengte <strong>van</strong> de derde zijde,<br />
dan is deze driehoek rechthoekig.<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 3 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE<br />
b<br />
c
2.3 Bewijs <strong>van</strong> de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong><br />
Nu we weten wat de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> inhoudt, moeten we nog bewijzen<br />
dat deze <strong>stelling</strong> weldegelijk klopt. Er bestaan hiervoor een heel wat bewijzen<br />
waar wij er één <strong>van</strong> gaan behandelen.<br />
Hiervoor nemen we 4 congruente driehoeken (figuur 2). <strong>De</strong>ze hebben alle vier<br />
twee rechthoekszijden, de een met lengte a, de ander met lengte b. <strong>De</strong> schuine<br />
zijde heeft een lengte gelijk aan c.<br />
a<br />
b<br />
c<br />
a<br />
Figuur 2: Vier congruente driehoeken met<br />
rechthoekszijden a en b en schuine zijde c.<br />
Wanneer we de driehoeken wat verdraaien, kunnen we een vierkant leggen zoals<br />
in figuur 3:<br />
Figuur 3: Een vierkant met zijde c gevormd door de driehoeken uit figuur 2.<br />
In figuur 3 kunnen we drie verschillende figuren herkennen:<br />
- een groot vierkant met een oppervlakte gelijk aan 2<br />
c , (2)<br />
- een klein vierkant met een oppervlakte gelijk aan ( ) 2<br />
b<br />
a − en (3)<br />
-<br />
a ⋅b<br />
vier driehoeken met elk een oppervlakte gelijk aan .<br />
2<br />
(4)<br />
Tevens zien we dat de oppervlakte <strong>van</strong> het grote vierkant gelijk is aan de<br />
oppervlakte <strong>van</strong> het kleine vierkant samen de oppervlakte <strong>van</strong> de vier<br />
driehoeken. Combineren <strong>van</strong> vergelijkingen (2), (3) en (4) geeft ons dan:<br />
c<br />
2<br />
b<br />
c<br />
2 a ⋅b<br />
= ( a − b)<br />
+ 4 ⋅<br />
(5)<br />
2<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 4 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE<br />
a<br />
a<br />
b<br />
b<br />
c<br />
c<br />
a<br />
b<br />
c
Dit werken we even verder uit:<br />
2<br />
2<br />
( a − 2ab<br />
+ b ) + ab<br />
2<br />
c = 2<br />
(6)<br />
2 2<br />
2<br />
= a + 2ab − 2ab<br />
b<br />
(7)<br />
c +<br />
2 2 2<br />
= a b<br />
(8)<br />
c +<br />
Na het uitwerken <strong>van</strong> het merkwaardig product en het schrappen <strong>van</strong><br />
tegengestelde termen, zien we de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> verschijnen. Immers, c<br />
was de hypotenusa <strong>van</strong> de rechthoekige driehoek en a en b de rechthoekszijden.<br />
2.4 Bewijs <strong>van</strong> de omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong><br />
Net als de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>, gaan we ook de omgekeerde <strong>stelling</strong> bewijzen.<br />
Hiervoor beschouwen we een driehoek PQR (figuur 4a).<br />
P<br />
Q R<br />
(a) (b)<br />
Figuur 4: (a) Een driehoek PQR. (b) Aanvulling <strong>van</strong> figuur (a) met punt S dat<br />
verbonden is met punten P en Q en zodanig gelegen dat |SQ|=|QR|.<br />
SQ staat loodrecht op PQ.<br />
We breiden figuur 4a uit door een punt S te tekenen zodanig dat SQ loodrecht<br />
staat op PQ en dat SQ = QR.<br />
We verbinden S met P. Op die manier krijgen we<br />
een rechthoekige driehoek (figuur 4b). Er geldt dus:<br />
PQ = PQ<br />
(9)<br />
SQ = QR<br />
(10)<br />
P Qˆ<br />
S = 90°<br />
(11)<br />
Kwadrateren en lid aan lid optellen <strong>van</strong> vergelijkingen (9) en (10) geeft ons:<br />
2<br />
2<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 5 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE<br />
2<br />
S<br />
2<br />
PQ + SQ = PQ + QR<br />
(12)<br />
P<br />
Q R
In driehoek PQS geldt de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> (zie vergelijking (11)). Dit wil<br />
dus zeggen dat de som <strong>van</strong> de kwadraten <strong>van</strong> de lengten <strong>van</strong> de rechthoekszijden<br />
gelijk is aan het kwadraat <strong>van</strong> de lengte <strong>van</strong> de schuine zijde of<br />
2<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 6 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE<br />
2<br />
2<br />
PQ + SQ = PS<br />
(13)<br />
Uit de omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> (die we aan het bewijzen zijn) volgt<br />
dat we deze som ook mogen schrijven voor driehoek PQR. Merk op dat we in<br />
driehoek PQR geen gebruik maken <strong>van</strong> de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>!<br />
2<br />
2<br />
2<br />
PQ + QR = PR<br />
(14)<br />
Wanneer we vergelijkingen (12), (13) en (14) combineren, vinden we:<br />
2<br />
2<br />
PS = PR<br />
(15)<br />
PS = PR<br />
(16)<br />
We mogen vergelijking (15) schrijven als vergelijking (16) omdat we enkel<br />
rekenen met de positieve vierkantswortels. Immers, een lengte kan nooit negatief<br />
zijn.<br />
Uit vergelijkingen (9), (10) en (16) volgt dat driehoeken PQS en PQR congruent<br />
zijn. Hieruit kunnen we besluiten dat de overeenkomstige hoeken gelijk zijn, of:<br />
Uit vergelijkingen (11) en (17) volgt vergelijking (20).<br />
PQˆ<br />
S = PQˆ<br />
R<br />
(17)<br />
SPˆ<br />
Q = RPˆ<br />
Q<br />
(18)<br />
QSˆ<br />
P = QRˆ<br />
P<br />
(19)<br />
P Qˆ<br />
R = 90°<br />
(20)<br />
We kunnen dus besluiten dat wanneer in een driehoek de som <strong>van</strong> de kwadraten<br />
<strong>van</strong> de lengten <strong>van</strong> de rechthoekszijden gelijk is aan het kwadraat <strong>van</strong> de lengte<br />
<strong>van</strong> de schuinde zijde, de beschouwde driehoek rechthoekig is. Met andere<br />
woorden: ook de omgekeerde <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> geldt. (i)
3 Toepassingen<br />
3.1 Oefeningen<br />
○1<br />
Vul onderstaande tabel met de lengten <strong>van</strong> zijden f, g en h verder aan.<br />
g<br />
f<br />
h<br />
Figuur 5: Een rechthoekige driehoek<br />
met zijden f, g en h.<br />
f g h<br />
1. 6 8<br />
2. 53 77<br />
3. 13 21<br />
4. 24 63<br />
5. 3 8<br />
○2<br />
Een man fietst een helling op. Volgens zijn fietscomputertje heeft hij 5 km<br />
gefietst, volgens zijn kaart heeft hij zich maar 4,8 km (horizontaal) verplaatst.<br />
Hoe groot is het hoogteverschil dat de fietser heeft overwonnen?<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 7 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE
○3<br />
In een voetbalclub wordt het grasplein heraangelegd. Hierdoor kan Jos een tijdje<br />
niet rechtstreeks <strong>van</strong> de kleedkamer (K) naar de cafetaria (C) wandelen, maar<br />
moet hij langs een vlagje (V). Hoeveel seconden kost het Jos nu meer om <strong>van</strong> de<br />
kleedkamer naar de cafetaria te gaan als je weet dat het veld 100 bij 50 meter<br />
groot is en hij een tempo haalt <strong>van</strong> 2 m/s?<br />
C<br />
Figuur 6: Voetbalveld met kleedkamer (K),<br />
vlagje (V) en cafetaria (C).<br />
○4<br />
In het magazijn <strong>van</strong> een schrijnwerkerij ligt een houten balk (zie figuur 7). Op<br />
een hoekpunt <strong>van</strong> de balk zit een houtworm. Hoeveel millimeter hout moet de<br />
worm opeten vooraleer hij in het midden <strong>van</strong> de balk is? We nemen aan dat hij de<br />
kortste weg neemt.<br />
30<br />
50<br />
Figuur 7: Houten balk met de<br />
afmetingen in millimeter.<br />
100<br />
K<br />
V<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 8 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE
○5<br />
Fientje heeft net een ruit getekend waar<strong>van</strong> de zijden gelijk zijn aan 5 cm. Hoe<br />
lang zijn de diagonalen als je weet dat de lange diagonaal (b) dubbel zolang is als<br />
de korte (a)?<br />
○6<br />
Op een golfterrein staat een paaltje (figuur 8). Bij zonsondergang is de schaduw<br />
4,8 m lang. Nadat het zonlicht de top <strong>van</strong> het paaltje passeert, legt het nog 5 m af<br />
vooraleer het op de grond komt. Hoe hoog is het paaltje?<br />
Figuur 8: <strong>De</strong> schaduw <strong>van</strong> een<br />
paaltje.<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 9 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE
○7<br />
In een Oostenrijks skidorpje staat een kabellift die bestaat uit twee stukken.<br />
Tijdens het eerste stuk verplaats je je horizontaal over 90 m, tijdens het tweede<br />
stuk is dat 174 m. Welke hoogte overwin je als je weet dat de eerste kabel 240 m<br />
lang is en de tweede 600 m?<br />
Figuur 9: Een stuk <strong>van</strong><br />
de skilift.<br />
○8<br />
Louis heeft een wekkertje. Wanneer het drie uur is, zijn de uiteinden <strong>van</strong> beide<br />
wijzertjes 3 cm <strong>van</strong> elkaar verwijderd. Hoe lang zijn de wijzers als je weet dat de<br />
kleine wijzer (a) half zo lang is als de grote wijzer (b)?<br />
Figuur 10: Wekkertje<br />
<strong>van</strong> Louis.<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 10 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE
○9<br />
Kaatje heeft een vlieger gekocht (zie figuur 11). Ze wil hem versieren door er op<br />
de rand rode tape op te plakken. Hoeveel centimeter tape heeft ze nodig?<br />
6<br />
6 21<br />
6<br />
Figuur 11: <strong>De</strong> vlieger <strong>van</strong><br />
Kaatje met de afmetingen<br />
in centimeter.<br />
○10<br />
In een fabriek worden kartonnen dozen vervaardigd waar<strong>van</strong> de lengte l 3 keer<br />
zo groot is als de breedte b. <strong>De</strong> dozen worden getransporteerd door een soort <strong>van</strong><br />
tunnel met een vierkantige doorsnede <strong>van</strong> 20 cm. Hoe groot mogen de dozen zijn<br />
opdat ze niet komen vast te zitten in de tunnel? <strong>De</strong> dikte speelt hier geen rol.<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 11 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE
3.2 Grafische voor<strong>stelling</strong> <strong>van</strong> de wortel <strong>van</strong> een natuurlijk<br />
getal<br />
Het berekenen <strong>van</strong> de vierkantswortel uit een natuurlijk getal is niet altijd even<br />
simpel. <strong>De</strong>nk bijvoorbeeld maar aan de vierkantswortel uit 2. Je zou dan denken<br />
dat het dan haast onmogelijk is om zo’n vierkantswortel grafisch voor te stellen.<br />
In dit stukje gaan we zien dat dit eigenlijk toch niet zo moeilijk is en hoe we dit<br />
moeten aanpakken. Allereerst kijken we even naar figuur 12.<br />
Figuur 12: Een rechthoekige driehoek met a en b als<br />
rechthoekszijden en c als schuine zijde.<br />
Uit vergelijking (1), dus de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>, kunnen we c afzonderen wat<br />
ons vergelijking (21) oplevert.<br />
2 2<br />
c = a + b<br />
(21)<br />
Merk op dat we enkel met de positieve vierkantswortel werken. Immers, c stelt<br />
de lengte <strong>van</strong> de schuine zijde voor en die kan uiteraard niet negatief zijn.<br />
Wanneer we vergelijking (21) bekijken, zien we dat c de vierkantswortel voorstelt<br />
<strong>van</strong> een som <strong>van</strong> twee kwadraten. Wanneer we dus de vierkantwortel <strong>van</strong> een<br />
natuurlijk getal grafisch willen voorstellen, hoeven we dit getal dus enkel te<br />
schrijven als een som <strong>van</strong> twee kwadraten.<br />
Als voorbeeld gaan we<br />
kwadraten:<br />
2 grafisch bepalen. 2 is te schrijven als de som <strong>van</strong> twee<br />
2 2<br />
2 = 1 + 1<br />
(22)<br />
Hierna kunnen we 2 gaan tekenen:<br />
a<br />
Figuur 13: Grafische voor<strong>stelling</strong> <strong>van</strong> 2 .<br />
In figuur 13 stelt de blauwe lengte 2 voor. <strong>De</strong>ze afstand werd ook uitgezet op de<br />
getallenas.<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 12 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE<br />
b<br />
c<br />
0 1 2<br />
2
Zojuist hebben we de vierkantswortel uit een natuurlijk getal voorgesteld. Dat<br />
ging best wel vlot. Maar wat doe je wanneer je je natuurlijk getal niet al een som<br />
<strong>van</strong> twee kwadraten geschreven krijgt?<br />
<strong>De</strong>ze situatie bekijken we aan de hand <strong>van</strong> een voorbeeld.<br />
Veronderstel dat we 3 grafisch willen voorstellen. Eerst moeten we 3 zien te<br />
schrijven al de som <strong>van</strong> twee kwadraten.<br />
( ) 2<br />
2<br />
3 1 2 1 2<br />
= + = + (23)<br />
Je ziet dat we in vergelijking (23) 2 hebben voorgesteld als het kwadraat <strong>van</strong> zijn<br />
wortel. Dit kan ik doen omdat ik daarnet (zie figuur 13) 2 bepaald heb. We<br />
kunnen 3 nu dus gaan tekenen.<br />
0 1 2<br />
Figuur 14: Grafische voor<strong>stelling</strong> <strong>van</strong> 3 .<br />
In figuur 14 stelt de groene lengte 3 voor. <strong>De</strong>ze afstand werd ook uitgezet op de<br />
getallenas.<br />
Nu je dit allemaal weet, kun je aan de slag. Probeer 13 eens te tekenen.<br />
(Hint: 13 = 9 + 4 = 3² + 2²)<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 13 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE<br />
3
Probeer nu 68 eens te tekenen.<br />
Stel tot slot 27 grafisch voor.<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 14 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE
4 Oplossingen<br />
Oef. 1<br />
1. 10 2. 55,86 3. 16,49 4. 58,25 5. 8,54<br />
Oef. 2<br />
1,4 km<br />
Oef. 5<br />
Oef. 3<br />
19 s<br />
Oef. 4<br />
a = 5 ≈ 2,24 cm<br />
b = 2 ⋅ 5 ≈ 4,47 cm<br />
Oef. 6<br />
1,4 m<br />
Oef. 8<br />
Oef. 7<br />
323,76 m<br />
a = 1,34 cm b = 2,68 cm<br />
Oef. 9<br />
60,65 cm<br />
Oef. 10<br />
l = 18,97 cm b = 6,32 cm<br />
Extra:<br />
Interactieve voor<strong>stelling</strong> <strong>van</strong> de <strong>stelling</strong> <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong>:<br />
http://www.youtube.com/watch?v=MYlnE_aO6Uc<br />
Bronnen:<br />
57,88 mm<br />
Figuur 0: http://www.mh2.dds.nl/latijn/pythagoras.gif<br />
Figuur 6: http://proto5.thinkquest.nl/~jre0740/Homepage_files/voetbalveld.JPG,<br />
geraadpleegd op 15 april 2010<br />
Figuur 8: Microsoft Mediagalerie, geraadpleegd op 16 april 2010<br />
Figuur 9: Microsoft Mediagalerie, geraadpleegd op 17 april 2010<br />
Figuur 10: Microsoft Mediagalerie, geraadpleegd op 17 april 2010<br />
(i) http://www.pandd.demon.nl/propI44.htm#I-48; geraadpleegd op 11 april 2010<br />
Stelling <strong>van</strong> <strong>Pythagoras</strong> - 15 - HTTP://WWW.EVERYONEWEB.BE/STUDIEHOEKJE