怎样不用直角尺就能巧妙地画直角

木匠经常会遇到以下情况:一块长方形的木板,上、下两条对边完好如初,但另外两条对边参差不齐,要用锯子锯整齐,然而手头没有直角尺,怎么办呢?

用有刻度的用直尺画直角
用木棒画直角

办法挺简单,只要运用极简单的、古人早已知晓的知识就行。

可利用一把有刻度的直尺,在\(AB\)边上量出相距30厘米的两点\(E\),\(F\),然后分别以\(E\),\(F\)为圆心,以50厘米与40厘米为半径画圆弧,两弧相交于点\(G\),连接\(FG\),则\(∠EFG\)必为90°,沿\(FG\)锯下来,就把\(BC\)边修整了。用同样方法可以把\(AD\)边锯好。

这样的做法,原理是一清二楚的,因为\(EF:FG:EG\)=3:4:5,符合“勾三股四弦五”的道理,所以斜边\(EG\)的对角\(∠EFG\)肯定就是直角。

如果条件更差,甚至连有刻度的直尺都没有,也还是有办法解决的。

可以取一根笔直的木棒,用铅笔在棒上点出\(M\)、\(N\)两点。然后把木棒斜放在木板上,使点\(M\)靠着木板的边缘,用铅笔按照\(M\)、\(N\)的位置在木板上记下两点,点\(P\)和点\(Q\)。再把木棒换一个方向,使\(N\)点不动,点\(M\)靠着木板的边,在其位置记下点\(R\)。然后将\(RQ\)延长,在延长线上截取线段\(QS\)=\(MN\),连接\(PS\),则\(∠RPS\)=90°。用这个办法即可作出直角,把木板参差不齐的对边锯齐。

刻在大理石上的欧几里得雕像

根据上述作法可知,\(RQ=PQ=QS\),所以\(△RPQ\)与\(△SPQ\)都是等腰三角形,从而有 \[∠RPS =∠RPQ +∠QPS =∠PRQ +∠QSP.\] 由于\(∠RPS\)、\(∠PRS\)、\(∠RSP\)是\(△RPS\)的三个内角,故其和等于180°,于是立即得出\(∠RPS\) = 90°。

不难看出,此方法的背景是平面几何中的一个定理:“直角三角形中斜边上的中线长度等于斜边长度的一半”,不过是将它变通处理、灵活运用而已。