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寻找“面积变化”的秘密

2020-01-07戎松魁

教学月刊·小学数学 2020年12期

人教版《数学》教科书五年级上册的第六单元是“多边形的面积”。与该册教科书配套的《教师教学用书》(以下简称《教学用书》)上提出了两个与面积有关的问题,一个是图形经过剪拼面积似乎变小了,另一个是图形经过剪拼面积似乎变大了。按理说,图形经过剪拼(不重叠)面积是不变的,而在这两个问题中,面积似乎发生了变化,其“秘密”何在呢?就让我们一起来寻找。

【问题1】如下图,如果将图1中的四块几何图形裁剪开来重新拼接成图2,我们将会发现,与图1相比,图2多出了一个洞!这怎么可能呢?理性会提出这样的疑问。究竟是什么原因呢?老师们不妨先动动脑,想一想。(《教师用书》第231页)

【寻找秘密】从图1和图2可以直观地看到图形经过剪拼出现了一个正方形的“空缺”,面积变小了,这怎么可能呢?秘密何在?

我们把图1和图2放到直角坐标系中来研究(如图3、图4所示)。

为了叙述方便,而且不失一般性,我们假设每个小正方形的边长为1cm,并在多边形的顶点上标上适当的字母。

由图3可知,线段[OB]的斜率为[38],线段[BC]的斜率为[25],所以线段[OB]和[BC]不在同一直线上。连接[OC],由于线段[OC]的斜率为[513],且[38]<[513]<[25],所以点[B]在线段[OC]的下方,四边形[OBCD]的面积为[S]1=[12]×8×3+[12]×5×2+7+8=32(cm2)。

由图4可知,线段[OB]的斜率是[25],线段[BC]的斜率为[38],所以线段[OB]和线段[BC]也不在同一直线上。连接[OC]、[OD],由于线段[OC]的斜率为[513],且[25]>[513]>[38],所以点[B]在线段[OC]上方。由此可知,经过剪拼得到的图形(如图4所示)其实是一个八边形,这个八边形[OBCDEFGH]的面积为[S]2=[12]×5×2+[12]×8×3+7+8=32(cm2),与图3中的四边形[OBCD]面积相等。这就是说,剪拼前与剪拼后的图形其面积是相等的。

既然图3和图4中两个几何图形的面积相等,那么为什么我们看到图4中的图形面积要比图3中的图形面积小1cm2呢?事实……

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