Question

某興趣小組在學習了勾股定理之后提出：“銳（鈍）角三角形有沒有類似于勾股定理的結論”的問題．首先定義了一個新的概念：如圖（1）△ABC中，M是BC的中點，P是射線MA上的點，設=k，若∠BPC=90°，則稱k為勾股比．

（1）如圖（1），過B、C分別作中線AM的垂線，垂足為E、D．求證：CD=BE．
（2）①如圖（2），當=1，且AB=AC時，AB²+AC²=______BC²（填一個恰當的數）．
②如圖（1），當k=1，△ABC為銳角三角形，且AB≠AC時，①中的結論還成立嗎？若成立，請寫出證明過程；若不成立，也請說明理由；
③對任意銳角或鈍角三角形，如圖（1）、（3），請用含勾股比k的表達式直接表示AB²+AC²與BC²的關系（寫出銳角或鈍角三角形中的一個即可）．

Answer 1

（1）證明：∵M是BC的中點，
∴BM=CM，
∵BE⊥AM于E，CD⊥AM于D，
∴∠E=∠CDM=90°，
在△BME和△CMD中，
，
∴△BME≌△CMD（AAS），
∴CD=BE；

（2）①AB²+AC²=2.5BC²．
②結論仍然成立．
理由如下：∵AM是△ABC的中線，
∴PM=BM=CM=BC，
∵k=1，
∴AP=PM，
∴AM=2PM=BC，
在Rt△ABM中，AB²=AM²+BM²=BC²+BC²=BC²，
在Rt△ACM中，AC²=AM²+CM²=BC²+BC²=BC²，
∴AB²+AC²=BC²+BC²=2.5BC²；
即AB²+AC²=2.5BC²；

③結論：銳角三角形：AB²+AC²=BC²，
鈍角三角形：AB²+AC²=BC²，
理由如下：設EM=DM=a，則AE=AM+a，AD=AM-a，
在Rt△ABE中，AB²=AE²+BE²=（AM+a）²+BE²=AM²+2AM•a+a²+BE²，
在Rt△ACD中，AC²=AD²+CD²=（AM-a）²+CD²=AM²-2AM•a+a²+CD²，
∴AB²+AC²=2AM²+（a²+BE²）+（a²+CD²），
∵BE⊥AM于E，CD⊥AM于D，
∴∠E=∠CDM=90°，
∴a²+BE²=BM²=BC²，a²+CD²=CM²=BC²，
∴AB²+AC²=2AM²+BC²，
∵=k，
∴AP=kPM，
∵∠BPC=90°，AM是△ABC的中線，
∴PM=BC，
若△ABC是銳角三角形，則AM=AP+PM=kPM+PM=（k+1）PM=BC，
∴AB²+AC²=2×（BC）²+BC²=BC²，
即AB²+AC²=BC²；
若△ABC是鈍角三角形，則AM=PM+AP=PM-kPM=（1-k）PM=BC，
AB²+AC²=2×（BC）²+BC²=BC²，
即AB²+AC²=BC²．
分析：（1）根據中點的定義可得BM=CM，然后利用“角角邊”證明△BME和△CMD全等，再根據全等三角形對應邊相等即可得證；
（2）①②根據直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半可得PD=BC，然后求出BC=AD，再根據勾股定理列式其解即可；
③設EM=DM=a，表示出AE、AD，然后根據勾股定理列式表示出AB²、AC²，再求出AB²+AC²，再次利用勾股定理列式求出BE²+x²=CD²+x²=BC²，然后根據勾股比用PM表示出AM，再根據直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半可得PM=BC，然后分△ABC是銳角三角形與鈍角三角形兩種情況代入進行計算即可得解．
點評：本題考查了勾股定理的應用，全等三角形的判定與性質，直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半的性質，讀懂題目信息，在不同的直角三角形中利用勾股定理列式用AM²表示出AB²+AC²是解題的關鍵，也是本題的難點．