國中教育會考 第3冊・八年級上學期 數與量

平方根與畢氏定理

根式運算與直角三角形

內容概述

若 $x^2 = a$(a > 0),則 $x = \pm\sqrt{a}$,其中 $\sqrt{a}$ 為正平方根。根式運算核心:$\sqrt{a}\times\sqrt{b}=\sqrt{ab}$、化簡 $\sqrt{12}=2\sqrt{3}$。畢氏定理:直角三角形兩股平方和等於斜邊平方($a^2+b^2=c^2$),是幾何測量的基石。

學習重點

  1. 1$\sqrt{a^2} = |a|$;$\sqrt{16} = 4$(正平方根只有一個)但 $x^2=16$ 有兩解 $\pm 4$
  2. 2根式化簡:把完全平方因數提出,$\sqrt{50} = 5\sqrt{2}$
  3. 3同類方根才能加減:$3\sqrt{2} + 5\sqrt{2} = 8\sqrt{2}$;$\sqrt{2}+\sqrt{3}$ 不能合併
  4. 4畢氏定理:$a^2 + b^2 = c^2$(c 為斜邊=直角對面的邊)
  5. 5常見畢氏數:(3,4,5)、(5,12,13)、(8,15,17)、(7,24,25) 及其倍數

國中教育會考出題趨勢:會考必考畢氏定理應用(梯子靠牆、對角線長、最短路徑)。根式部分愛考「$\sqrt{a^2}=|a|$」與「估計 $\sqrt{n}$ 介於哪兩個整數之間」。

108 課綱對應

進階探究・深度解析

展開圖上的最短路徑是畢氏定理的壓軸題型:螞蟻在長方體表面從一角爬到對角,必須把立體展開成平面後連直線,且不同展開方式的路徑長不同,要比較取最短。此題結合空間想像與畢氏定理,是會考非選題的常客。

$\sqrt{2}$ 是無理數的證明思想(反證法):假設 $\sqrt{2}=\frac{p}{q}$(最簡分數),則 $p^2=2q^2$,推得 p、q 都是偶數,與最簡矛盾。此為國中生第一次接觸「證明」的經典案例,學測銜接教材常引用。

章節試題(4 題・附詳解)

1.基礎$\sqrt{72}$ 介於下列哪兩個連續整數之間?

測驗重點:平方根的意義與估計

  1. (A) 7 和 8
  2. (B) 8 和 9
  3. (C) 6 和 7
  4. (D) 9 和 10
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正確答案:(B) 8 和 9

找 72 前後的完全平方數:$8^2 = 64 < 72 < 81 = 9^2$,所以 $8 < \sqrt{72} < 9$。「夾擠估計法」是無理數估值的標準方法:先列出鄰近的完全平方數再比大小。

2.中等計算 $\sqrt{50} + \sqrt{18} - \sqrt{8}$ 的值。

測驗重點:根式的化簡與加減

  1. (A) $6\sqrt{2}$
  2. (B) $8\sqrt{2}$
  3. (C) $\sqrt{60}$
  4. (D) $10\sqrt{2}$
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正確答案:(A) $6\sqrt{2}$

先化簡每一項:$\sqrt{50}=5\sqrt{2}$、$\sqrt{18}=3\sqrt{2}$、$\sqrt{8}=2\sqrt{2}$。同類方根合併:$5\sqrt{2}+3\sqrt{2}-2\sqrt{2} = 6\sqrt{2}$。(C) 是把根號內的數直接相加減的典型錯誤——$\sqrt{a}+\sqrt{b} \neq \sqrt{a+b}$!

3.中等一直角三角形兩股長分別為 9 和 12,則斜邊長為?

測驗重點:畢氏定理基本應用

  1. (A) 13
  2. (B) 15
  3. (C) 21
  4. (D) $\sqrt{63}$
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正確答案:(B) 15

畢氏定理:斜邊$^2 = 9^2 + 12^2 = 81 + 144 = 225$,斜邊 $= 15$。此為畢氏數 $(3,4,5)$ 的 3 倍 $(9,12,15)$——熟記常見畢氏數及其倍數可大幅加快解題。(A) 13 是 $(5,12,13)$ 的誘答混淆。

4.進階一根長 5 公尺的梯子斜靠在牆上,梯腳距離牆底 3 公尺。若梯腳再往外拉 1 公尺,梯子頂端會下滑多少公尺?

測驗重點:畢氏定理應用:梯子問題

  1. (A) 1 公尺
  2. (B) 0.5 公尺
  3. (C) $\sqrt{7}$ 公尺
  4. (D) $4-\sqrt{7}$ 公尺
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正確答案:(A) 1 公尺

分「三步驟」解:① 原高度 $\sqrt{5^2-3^2}=\sqrt{16}=4$ 公尺;② 梯腳拉開後距牆 $3+1=4$ 公尺,新高度 $\sqrt{5^2-4^2}=\sqrt{9}=3$ 公尺;③ 下滑量 $=4-3=1$ 公尺。本題數字設計巧妙:$(3,4,5)$ 與 $(4,3,5)$ 恰為同一組畢氏數互換。注意「梯腳外拉 1 公尺,頂端不一定下滑 1 公尺」——此題剛好是 1,但換成其他數字通常會出現根號,務必實際計算不可直覺猜測。