在我们的生活中,很容易遇到各种各样的平面图形,我们需要了解他们的面积公式。
不过,我们不需要全部都会,因为我们可以推到出来他们,只需要知道最基本的图形面积公式就可以了。比如长方形和正方形,我们虽然已经知道了面积公式是长乘宽,但需要证明出来似乎无从下手,这里,我要告诉你三个常见的证明方法,第一个是矩阵图法,如果有一些棋子排列成矩阵图,每行有5个,有3行,那一共就有5+5+5=15个棋子,用方法表示就是5x3个棋子。现在,我们把棋子换成测量基准,还是同样的原理,我们可以把5厘米看成5个测量基准,3厘米看成“3个5个测量基准”这样就解释了长方形的面积公式了。还有两个方法,一个是平移变换,这次是普遍情况,把长换成a,宽换成b。将一个边长为1cm2的测量基准沿着长向右平移a次,再整体沿着宽向上平移b次刚好占满了长方形,它平移了axb次,所以长方形的面积公式就是长x宽。另一个是拉伸变换,将一个测量基准沿着长向右拉伸成原来的a倍,再向上沿着宽拉伸到原来的b倍一共拉伸了axb倍,也刚好填满了整个图形。
我们已经知道了如何求出长方形的面积,那其他图形的面积该怎么求呢?我们可以把我们已知的运算当成运算工具,通过长方形的割补变换来求其他图形的面积,比如我们可以把长方形沿着对角线割开,或把一个直角三角形补上和它一样大小的三角形,形成一个长方形,它的面积是三角形三角形的两倍,若能求出长方形的面积,再用长方形的面积÷2, 就是三角形的面积。是如果这个长方形的长是6厘米,宽是2厘米,那三角形的面积就是6×2÷2=6厘米。我们再回过来看,这个长方形的长其实和三角形底的长度是一样的,而长方形的宽其实和三角形的高也是一样的,所以,我们能断定,直角三角形的面积公式是底乘宽÷2(图1)
那普通三角形的面积也是这个公式吗?我们可以如图这样把三角形沿着一条在图形内的高割开,分成两个直角三角形,而三角形1的面积是三角形1自己的底,乘上高再÷2就是三角形1的面积。三角形2的面积也是如此,如果用乘法分配律,把“×高÷2”看成一个整体,在找到相同的“乘高÷2”,就会得到“(三角形1的底+三角形2的底)乘高÷2这个式子,在返回来看,这个图形的三角形1和三角形2的底合并起来,就是整个三角形的底,所以普通的三角形面积公式也是底(整个图形的底)乘高÷2。不知不觉间,我们又割补了三角形。(图2)
在我们的生活中,平行四边形也很常见,我们该怎么求平行四边形的面积呢?我推荐使用其中两种方法,第一种大家都听过,就是沿着平行四边形的一条高割成一个梯形和另一个三角形,把那个多余的三角形补到梯形正好缺少的那一部分,就能形成一个完整的长方形,而一旦你仔细看看这个长方形的长和宽,就会发现长方形的长就是平行四边形的底,而长方形的宽就是长方形的高,所以平行四边形的面积是底乘高。第二种方法就更简单了,把平行四边形沿着一条对角线割开,割成两个完全相同的三角形,每个三角形的面积都是底乘高÷2,两个相同的三角形的面积就是底乘高÷2×2,也就是底乘高。所以平行四边形的面积公式就是底乘高。(图3)
梯形是让我们很懊恼的图形,它的四条边都不一定完全相等,连周长都需要知道这四条边的长度,那面积不就更难求了?其实不是的。我们还是可以按照求平行四边形面积的方法来求梯形的面积,我们想:既然三角形能拿两个三角形拼成一个平行四边形或者长方形,那两个梯形拼起来会变成什么图形呢?答案也是平行四边形或者梯形,如果这两个梯形拼成了一个平行四边形,那么平行四边形的面积是底乘高,所以梯形面积就是平行四边形的底乘上高再÷2,我们再仔细观察,平行四边形的底就是梯形的一个上底和梯形的下底,而平行四边形的高也是梯形自己的高,所以梯形的面积就是(上底+下底)乘高再÷2 。(图4)
就像这样的方法,我们可以求出来越来越多图形的面积,这就是图形的奥妙之处,用已知求未知,再用刚解出来的未知当作已知或工具求出来其他的未知,直到把所有的未知都变成已知,这就是几何的奥妙之一。