初中数学 · 动态几何实验室

勾股树模型

切换层数、摇动分支角 θ —— 见证「每层面积和恒等于底层」
每层面积和 = S₀ ⟹ S总 = (n + 1)·S₀ 勾股定理的面积版:两子面积和 = 父面积
模型同源真题 2024·贵州贵阳 ★★☆☆☆
如图,勾股树底层正方形的面积为 S₀ = 4,每往上一层,两个子正方形的面积之和恰好等于父正方形的面积。则长到第 5 层时(约定:第 0 层为底层底座,第 1~5 层为新增枝,共 6 层正方形),所有正方形的总面积 = ______。
实验台 · 会生长的勾股定理
切换生长层数,开自动演示看「摇曳」—— 每层总面积永远等于底层正方形
点 生 长

◈ 实时观测

分支角 θ40°
底层面积 S₀—
第 1 层面积和—
第 2 层面积和—
当前层数 n 的总面积(n 为新增枝层数,不含底座)—
(n+1)·S₀ 即 底座+新枝共 n+1 层—
每层面积和 = S₀ ⟹ 总面积 = (n+1)·S₀ ✓
每层面积和 = S₀ ⟹ S总 = (n+1)·S₀
勾股定理:两个子正方形面积 = 父正方形面积 —— 树怎么摇、长多高,每层都和底座一样大
口诀:勾股树上正方形,两子面积等父方;长一层来多一个,总面底层乘层加一
实验台 · 改变 θ,形状变面积不变
拖动 θ 滑杆端点(圆上金点)—— 树形剧烈变化,但每层面积和纹丝不动
⇅ 拖 动 我

◈ 实时观测

θ(左分支角)40°
左子方面积占比 cos²θ—
右子方面积占比 sin²θ—
cos²θ + sin²θ1.000
第 3 层面积和 / S₀1.000
cos²θ + sin²θ = 1 ⟹ 面积守恒 ✓
面积守恒的本质:cos²θ + sin²θ = 1
子正方形边长 = c·cosθ 与 c·sinθ ⟹ 面积 = c²cos²θ + c²sin²θ = c² —— 勾股定理和「同角三角平方和」是同一件事
口诀:树摇千般形,面积一分不少

中考真题(冲刺)

围绕「勾股树:每层面积和 = 底层面积」· 做完先在实验台拖一拖验证

🏆 通关进度:0 / 6
第 1 关 单选题 直击中考 ★★☆☆☆
2024·四川遂宁
如图,勾股定理示意图:直角三角形三边上各作一个正方形,最大正方形(底层)面积为 25,则第一层两个小正方形的面积之和是( )
25
A.12.5
B.25
C.50
D.不确定
答案:B(25)
正方形面积 = 边长平方 ⟹ 两小正方形面积和 = 两直角边平方和 = 斜边平方 = 25。勾股定理的「面积版」。
第 2 关 填空题 直击中考 ★★☆☆☆
2024·四川遂宁
如图,勾股树生长 2 层,底层正方形面积为 16,则图中所有正方形的总面积 = ______。
16
答案:48
每层面积和都是 16:底层 16 + 第 1 层 16 + 第 2 层 16 = 3×16 = 48。
第 3 关 解答题 中考经典题 ★★☆☆☆
2024·四川遂宁
如图,Rt△ABC 中 ∠C = 90°,以三边为边长分别向外作正方形,面积记为 S₁、S₂、S₃(S₃ 为斜边上的正方形)。
求证:S₁ + S₂ = S₃。
S₃S₁S₂
证明
设两直角边为 a、b,斜边为 c。正方形面积即边长平方:S₁ = a²,S₂ = b²,S₃ = c²。由勾股定理 a² + b² = c²,即 S₁ + S₂ = S₃。证毕 —— 这就是勾股树每向前长一层、面积和不变的根源。
第 4 关 填空题 多层累计 ★★★☆☆
2024·四川遂宁
勾股树生长 3 层,底层正方形面积为 9,则所有正方形的总面积 = ______。
9
答案:36
(3+1)×9 = 36。⚠️ 层数要数对:「长 3 层」= 底层 + 3 层新枝 = 共 4 层正方形。
第 5 关 填空题 最外层 · 拓展 ★★★★☆
2024·四川遂宁
勾股树生长 4 层,底层正方形面积为 20,则最外层(第 4 层)所有小正方形的面积之和 = ______。
20
答案:20
每一层的面积和都等于底层 20 —— 不管分得多碎。看起来最外层「又多又小」,加起来恰好还是 20。
第 6 关 规律探究 中考复习讲义 ★★★☆☆
2024·四川遂宁
勾股树中,设底层正方形面积为 a,分支角(直角三角形的锐角)为 θ。
(1) 第 k 层所有正方形面积和 = ______(用 a 表示);
(2) 生长 n 层后的总面积 = ______(用 a、n 表示);
(3) 若 θ = 45°(等腰分支),则每个子正方形面积是父正方形的 ______(填小数)。
a
(1)
(2)
(3)
答案:(1) a (2) (n+1)a (3) 0.5
(1) 每层面积和恒为 a(归纳:子方和 = 父方);(2) 共 n+1 层 ⟹ (n+1)a;(3) cos²45° = 0.5 —— 等腰分支每个儿子分走一半面积,两个合起来恰好全额。

◈ 模型识别

直角三角形三边向外作正方形(可递归成树)—— 勾股树。面积问题直接套「两子等一父」。

◈ 破题口诀

「勾股树上正方形,两子面积等父方;长一层来多一个,总面底层乘层加一」。

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