Площадь многоугольника и ее свойства
В уроке «Многоугольники. Сумма углов, внешние углы, диагонали» вы изучали многоугольники: их стороны, углы и диагонали. Теперь разберем, что такое площадь многоугольника, три ее свойства, единицы площади и способы найти площадь фигуры на клетчатой бумаге.
Площадь — это сколько плиток уложится в фигуре
Пол комнаты выкладывают квадратной плиткой со стороной 50 см. На плане одна клетка — одна плитка. Основная часть комнаты — 4 ряда по 6 плиток, а в углу у длинной стены есть ниша — 2 ряда по 3 плитки. Сколько плиток нужно, если класть их целыми, без подрезки? Можно пересчитать плитки по одной, но есть способ быстрее — вернемся к нему в конце урока.
Так и измеряют площадь. Выбирают единицу — квадрат, сторона которого равна единице длины. Затем считают, сколько таких квадратов уложится в фигуре без промежутков и наложений. Плитка на плане и есть единица, а ответ «столько-то плиток» — площадь пола в плитках.
Определение
Площадь многоугольника — число, которое показывает, сколько раз единица измерения площади и ее части укладываются в этом многоугольнике. Единица измерения площади — квадрат со стороной, равной единице длины.
Площадь обозначают буквой $S$, номер или название фигуры пишут внизу: $S_1$, $S_{ABCD}$.
Площадь целого складывается из площадей частей
Возьмем фигуру на клетчатой бумаге: прямоугольник $5 \times 4$ клетки, у которого вырезан угол $3 \times 2$ клетки. Найдем ее площадь тремя способами.
- Разрежем по горизонтали: внизу 2 ряда по 5 клеток, вверху 2 ряда по 2 клетки. Всего $10 + 4 = 14$ клеток.
- Разрежем по вертикали: слева 4 ряда по 2 клетки, справа 2 ряда по 3 клетки. Всего $8 + 6 = 14$ клеток.
- Достроим до прямоугольника $5 \times 4$: в нем 20 клеток, из них 6 — в пустом углу. Остается $20-6 = 14$ клеток.
Ответ не зависит от того, где прошли ножницы: клетки не исчезают и не появляются, их только делят на группы. А если вырезанную часть повернуть или перевернуть, клеток в ней останется столько же. Эти наблюдения записывают как свойства площади.
Свойства площади
1) Площадь квадрата со стороной 1 равна 1.
2) Равные многоугольники имеют равные площади.
3) Площадь многоугольника равна сумме площадей его частей. Если многоугольник разрезан на две части с площадями $S_1$ и $S_2$, то
$$S = S_1 + S_2$$
В школьном курсе эти свойства не доказывают — их принимают за основу, потому что они точно описывают то, что происходит с плитками. Свойство 2: равные фигуры, то есть совмещаемые наложением, покрываются одинаковым числом плиток, даже если одну из них повернули. Свойство 3 — про ножницы: разрезали фигуру — площадь распределилась между частями, сложили части — площадь собралась обратно. Из этих трех свойств в следующих уроках получатся все формулы площадей.
Пример 1
Прямоугольник $8 \times 3$ клетки разрезали на три равных прямоугольника. Найдите площадь одной части, если сторона клетки равна 1 см.
Решение. В прямоугольнике 3 ряда по 8 клеток, то есть 24 клетки. Части равны, поэтому по свойству 2 их площади равны: обозначим каждую $S_1$. По свойству 3 сумма площадей частей равна площади целого: $S_1 + S_1 + S_1 = 24$, откуда $S_1 = 24 : 3 = 8$.
Ответ: $8\ \text{см}^2$.
Плитку можно выбрать любого размера
В задачах на клетчатой бумаге часто говорят: «сторона клетки равна 1 см». Тогда каждая клетка — квадрат $1\ \text{см} \times 1\ \text{см}$, и ее площадь — один квадратный сантиметр, $1\ \text{см}^2$. Так же квадрат со стороной 1 дм имеет площадь $1\ \text{дм}^2$, а квадрат со стороной 1 м — $1\ \text{м}^2$. Длину измеряют отрезком, а площадь — квадратом, поэтому единицы площади квадратные.
Чтобы перевести одну единицу площади в другую, считают, сколько маленьких квадратов уложится в большом. В $1\ \text{дм}$ — $10\ \text{см}$, поэтому вдоль стороны квадрата $1\ \text{дм} \times 1\ \text{дм}$ помещается 10 квадратиков, а рядов таких 10. Всего $10 \cdot 10 = 100$ квадратиков. Это знакомо по уроку 5 класса «Единицы измерения площадей».
| Квадрат со стороной | Сколько в нем меньших квадратов | Запись |
|---|---|---|
| $1$ см | $10$ рядов по $10$ квадратов $1$ мм | $1\ \text{см}^2 = 100\ \text{мм}^2$ |
| $1$ дм | $10$ рядов по $10$ квадратов $1$ см | $1\ \text{дм}^2 = 100\ \text{см}^2$ |
| $1$ м | $10$ рядов по $10$ квадратов $1$ дм | $1\ \text{м}^2 = 100\ \text{дм}^2$ |
| $1$ м | $100$ рядов по $100$ квадратов $1$ см | $1\ \text{м}^2 = 10\,000\ \text{см}^2$ |
Ошибка
Как ошибаются. В фигуре 12 клеток со стороной 1 см, и ученик пишет: «Площадь равна 12 см». Другой переводит: «$1\ \text{дм} = 10\ \text{см}$, значит, $1\ \text{дм}^2 = 10\ \text{см}^2$».
Проверка. Сантиметр — это отрезок, им измеряют длину. Клетка — квадрат, ее площадь $1\ \text{см}^2$, поэтому ответ — $12\ \text{см}^2$. А 10 квадратиков по $1\ \text{см}^2$ занимают в квадрате $1\ \text{дм} \times 1\ \text{дм}$ только один нижний ряд, а рядов 10.
Где сломалось. Площадь перевели как длину: учли только одну сторону квадрата. Квадратная единица растет в обе стороны, поэтому множитель берут дважды: $10 \cdot 10 = 100$.
Интересный факт: сотка и гектар
Скрыть
Площадь земельных участков измеряют в гектарах. Гектар — площадь квадрата со стороной 100 м: $1\ \text{га} = 100 \cdot 100 = 10\,000\ \text{м}^2$. В быту говорят «сотка» — это сотая часть гектара, квадрат со стороной 10 м, то есть $100\ \text{м}^2$. Участок «шесть соток» — это $600\ \text{м}^2$.
Половина клетки — тоже площадь
Клетки на чертеже не всегда целые. Проведем в прямоугольнике $4 \times 2$ клетки диагональ. Она делит его на два треугольника, которые равны по трем сторонам (признак равенства из 7 класса). По свойству 2 их площади равны, по свойству 3 вместе они дают 8 клеток. Значит, каждый треугольник занимает ровно половину прямоугольника — 4 клетки. Так же диагональ клетки отрезает ровно половину клетки.
Пример 2
Вершины трапеции лежат в узлах сетки: нижнее основание — 7 клеток, верхнее — 3 клетки, высота — 2 клетки, боковые стороны одинаково наклонены. Сторона клетки равна 1 см. Найдите площадь трапеции.
Решение. Разрежем трапецию по вертикальным линиям сетки, проходящим через концы верхнего основания. Посередине — прямоугольник $3 \times 2$: 2 ряда по 3 клетки, 6 клеток. По бокам — два прямоугольных треугольника с катетами 2 и 2 клетки. Каждый из них — половина квадрата $2 \times 2$, то есть $4 : 2 = 2$ клетки. По свойству 3: $S = 6 + 2 + 2 = 10$.
Ответ: $10\ \text{см}^2$.
Ножницы меняют форму, но не площадь
Возьмем квадрат $4 \times 4$ клетки — в нем 16 клеток. Разрежем его пополам на два прямоугольника $2 \times 4$ и приложим их друг к другу по-другому. В линию — получится прямоугольник $2 \times 8$. Под прямым углом — получится уголок. По свойству 3 площадь каждой новой фигуры равна сумме площадей тех же двух частей, то есть снова 16 клеток. Форма изменилась, площадь — нет.
Определение
Равновеликие фигуры — фигуры, площади которых равны.
Равные фигуры всегда равновелики — это свойство 2. Обратное неверно: квадрат $4 \times 4$ и прямоугольник $2 \times 8$ равновелики, но не равны.
Ошибка
Как ошибаются. «У квадрата $4 \times 4$ и прямоугольника $2 \times 8$ площади по 16 клеток, значит, это равные фигуры».
Проверка. Равные фигуры совмещаются наложением, и их стороны совпадают. У квадрата все стороны по 4 клетки, у прямоугольника — 2 и 8 клеток. Не совместить.
Где сломалось. Свойство 2 прочитали наоборот. «Равные фигуры имеют равные площади» — верно. «Фигуры с равными площадями равны» — неверно: ножницы сохраняют площадь, но меняют форму.
Двигайте части: форма меняется, клеток 12.
Периметр — это забор, а площадь — плитки внутри
Вернемся к фигурам из прошлого раздела. Площадь у них одна — 16 клеток. Посчитаем периметр, то есть длину границы, в сторонах клетки. У квадрата $4 \times 4$ периметр $4 + 4 + 4 + 4 = 16$. У прямоугольника $2 \times 8$ — $2 + 8 + 2 + 8 = 20$. У уголка тоже 20. Плитки те же, а «забор» вокруг них разный.
Ошибка
Как ошибаются. «У полосы $1 \times 9$ клеток периметр 20, у квадрата $4 \times 4$ — 16. Периметр полосы больше, значит, и площадь больше».
Проверка. В полосе 9 клеток, в квадрате — 16. Площадь больше у квадрата, хотя его периметр меньше.
Где сломалось. Периметр учитывает только границу фигуры, а площадь — все клетки внутри. У длинной узкой полосы каждая клетка выходит к краю, поэтому граница длинная, а клеток мало. У квадрата многие клетки внутри, и забор короче.
Важно
Периметр — длина, его измеряют в см, м. Площадь измеряют в квадратных единицах: $\text{см}^2$, $\text{м}^2$. По периметру нельзя судить о площади, а по площади — о периметре.
Сложную фигуру разрезают или достраивают
В задании ОГЭ №18 фигура нарисована на клетчатой бумаге, ее вершины лежат в узлах сетки. Если фигура разрезается на прямоугольники и их половинки, режем и складываем. Если нет — достраиваем до прямоугольника и вычитаем лишние части. Это то же свойство 3, только прочитанное наоборот: площадь прямоугольника — сумма площадей фигуры и лишних частей, поэтому
$$S_{\text{фигуры}} = S_{\text{прямоугольника}}-S_{\text{лишних частей}}$$
Пример 3
Вершины треугольника $ABC$ лежат в узлах сетки, сторона клетки равна 1 см. Вершина $A$ — в левом нижнем углу квадрата $4 \times 4$ клетки, вершина $B$ — на его правой стороне, на 2 клетки выше нижнего края, вершина $C$ — на верхней стороне, на 1 клетку правее левого края. Найдите площадь треугольника.
Решение. Треугольник не режется на целые клетки, поэтому достроим его до квадрата $4 \times 4$: 16 клеток. Лишние части — три прямоугольных треугольника, каждый — половина прямоугольника:
- внизу справа катеты 4 и 2 клетки — половина прямоугольника $4 \times 2$, то есть 4 клетки;
- вверху справа катеты 3 и 2 клетки — половина прямоугольника $3 \times 2$, то есть 3 клетки;
- слева катеты 1 и 4 клетки — половина прямоугольника $1 \times 4$, то есть 2 клетки.
$S_{ABC} = 16-4-3-2 = 7$.
Ответ: $7\ \text{см}^2$.
Пример 4
Вернемся к полу с нишей из начала урока. Сколько плиток со стороной 50 см нужно и чему равна площадь пола в квадратных метрах?
Решение. Разрежем план по линии ниши. Основная часть — 4 ряда по 6 плиток, то есть 24 плитки. Ниша — 2 ряда по 3 плитки, 6 плиток. По свойству 3 всего $24 + 6 = 30$ плиток.
Проверим достройкой. План помещается в прямоугольник из 6 рядов по 6 плиток — 36 плиток. Пустой угол рядом с нишей — 2 ряда по 3, то есть 6. Получаем $36-6 = 30$, ответ совпал.
Четыре плитки со стороной 50 см складываются в квадрат $1\ \text{м} \times 1\ \text{м}$, поэтому 4 плитки — это $1\ \text{м}^2$. Площадь пола равна $30 : 4 = 7{,}5\ \text{м}^2$.
Ответ: 30 плиток, $7{,}5\ \text{м}^2$.
Вывод
Площадь — основа всего модуля. Из трех свойств — единица, равные фигуры, сумма частей — дальше получатся формулы площадей прямоугольника, параллелограмма, треугольника и трапеции. Сначала в уроке «Площадь прямоугольника и квадрата» сложим прямоугольник из рядов плиток. Свойства нужны, чтобы посчитать плитку, краску или участок земли, а в ОГЭ — в заданиях №18 и №19. Главное: площадь — плитки внутри, периметр — забор вокруг, ножницы плиток не теряют. Еще задачи на площадь фигур на клетчатой бумаге — в уроке «Площадь многоугольника».
| Случай | Как вспомнить через плитки и ножницы |
|---|---|
| Что такое площадь | сколько плиток-единиц уложится в фигуре |
| Свойство 1 | одна плитка — это 1 |
| Свойство 2 | равные фигуры покрываются одинаковым числом плиток |
| Свойство 3 | разрезали — площадь целого равна сумме площадей частей |
| Половинка клетки | диагональ режет прямоугольник на два равных треугольника |
| Фигура не режется на клетки | достроить до прямоугольника и вычесть лишнее |
| Единицы | плитка $1 \times 1$ см — это $1\ \text{см}^2$; $1\ \text{м}^2 = 10\,000\ \text{см}^2$ |
| Равновеликие фигуры | те же плитки, другая форма — фигуры не обязательно равны |
| Периметр | забор вокруг плиток: ножницы его меняют |
Часто задаваемые вопросы
Их принимают за основу, как аксиомы: из них потом выводят формулы площадей. Они согласуются с опытом: если фигуру разрезать и переложить части, плиток останется столько же.
Тогда берут плитку мельче: квадрат со стороной 0,5 см укладывается в такой прямоугольник целиком — 3 ряда по 7. Как перейти к квадратным сантиметрам, разберем в следующем уроке.
Равные фигуры совмещаются наложением: у них совпадают и форма, и размеры, а значит, и площадь. У равновеликих совпадает только площадь. Квадрат $4 \times 4$ и прямоугольник $2 \times 8$ равновелики, но не равны.
Нет. По свойству 3 площадь новой фигуры равна сумме площадей тех же частей, то есть прежней площади. Измениться может только периметр: у квадрата $4 \times 4$ он 16, а у прямоугольника $2 \times 8$ из тех же частей — 20.
Сантиметр — единица длины, им измеряют отрезки. Площадь измеряют квадратами: $1\ \text{см}^2$ — площадь квадрата со стороной 1 см. Если в фигуре 12 таких квадратов, ее площадь $12\ \text{см}^2$.
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий