如圖一,為一小學五年級幾何附加題:
圖一
例1、邊長為4的大正方形CDEF與邊長為3的小正方形的兩條邊分別交於A和B,大正方形的中心為O,求兩正方形重疊區域(陰影部分)四邊形OACB面積。
一、題意分析
1、大小正方形邊上的交點A和B的位置並不固定。也即A、B可以落在在大正方形的任意兩條相鄰的邊上,特殊情形還可與大正方形的頂點重合。
2、重疊區域四邊形OACB的形狀不固定。
3、重疊區域可視為小正方形繞其頂點O(也即大正方形中心)旋轉過程中,與大正方形相交重疊所得區域。
二、超綱解析:靜態視角
1、在圖一中連接OC和OF,如圖二。
圖二
2、△AOC與△BOF全等。
由∠COF=∠AOB=90°可知,
∠BOF=∠COF-∠COB=∠AOB
=∠COB=∠AOC。
注意到∠ACO=∠BFO=45°且OC=OB,∠BOF=∠AOC,由三角形全等判定(角邊角),即知△AOC與△BOF全等。
3、S四邊形OACB=S△COF=S正方形CDEF/4=4。
由△AOC與△BOF全等可知,S△AOC=S△BOF,從而有
S四邊形OACB=S△AOC+S△BOC
=S△BOF+S△BOC=S△COF=S正方形CDEF/4=4。
靜態視角求解使用了初中知識三角形全等判定,超綱了!
二、不超綱求解:動態視角+歸納猜想
由題意分析2和3可知,重疊區域為小正方形繞其頂點O(也即大正方形中心)旋轉過程中,與大正方形相交重疊所得。且其形狀隨著小正方形旋轉而不斷變化。
為此例1所求重疊區域面積,實際上是求動態圖形的面積。基於此猜想並歸納:小正方形繞其頂點O旋轉過程中所得動態重疊區域的面積保持不變。
事實上,依據題意,唯有動態重疊區域的面積保持不變,方可求出其面積。
三、極端情形1:小正方形繞O旋轉使得A和B分別與C和F重合
此時,可直接求得重疊區域面積為:
S△COB=S正方形CDEF/4=4。
四、極端情形2:小正方形繞O旋轉使得OA'和OB'分別垂直於CD和CF,如圖三
圖三
此時,可直接求得重疊區域面積為:
S正方形CA'OB'=S正方形CDEF/4=4。
五、思考:條件「小正方形的邊長為3」是否多餘?
不論是動態視角還是靜態視角求解,都沒有直接使用條件「小正方形的邊長為3」,那麼該條件是否多餘?
條件「小正方形的邊長為3」並非多餘,其作用在於:保證重疊區域至少覆蓋大正方形的一個頂點。
故小正方形的邊長只需大於等於大正方形的對角線長的一半(2√2)即可。
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