小學幾何重疊區域面積!不超綱求解:動態視角+猜想歸納+極端情形

2023年07月13日21:14:03 教育 1578

如圖一,為一小學五年級幾何附加題:

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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。

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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°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。且其形狀隨着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

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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。

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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