Подготовка к школе
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс
5 класс
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
ОГЭ
ЕГЭ
Для всех
Назад

Площадь параллелограмма

Содержание

В уроке «Площадь прямоугольника и квадрата» площадь прямоугольника нашли как число плиток: $a$ рядов по $b$ плиток, $S = ab$. Сегодня ножницами превратим параллелограмм в прямоугольник, разберемся, что такое высота параллелограмма, и докажем формулу его площади для любого чертежа.

Вопрос для начала. Рамка собрана из четырех реек — двух по $8$ дм и двух по $4$ дм, в углах они скреплены шарнирами. Пока рамка прямоугольная, она охватывает $8 \cdot 4 = 32\ \text{дм}^2$. Надавим на угол — рамка перекосится и станет параллелограммом. Длины реек не изменились. Изменилась ли площадь? И какой она станет, когда угол рамки уменьшится до $30^\circ$? Ответим в последнем разделе.

Срезали клин — получили прямоугольник

Начнем с клетчатого листа. Нарисуем параллелограмм $ABCD$: нижняя сторона $AD$ — $7$ клеток, верхняя сторона $BC$ — тоже $7$ клеток, но сдвинута на $2$ клетки вправо; между ними $3$ ряда клеток. Целыми клетками его не выложить: у боковых сторон клетки разрезаны наискось.

Возьмем ножницы. Проведем из вершины $B$ перпендикуляр $BH$ к стороне $AD$ и отрежем по нему треугольник $ABH$ — «клин». Сдвинем клин на $7$ клеток вправо: точка $A$ попадет в $D$, точка $B$ — в $C$. Клин ляжет вплотную к стороне $CD$, и получится прямоугольник $HBCK$ — $3$ ряда по $7$ клеток.

Клин ABH срезали слева и приставили справа: параллелограмм стал прямоугольником HBCK, площадь та же — 21 клетка
Клин ABH переложили к стороне CD: получился прямоугольник 7 × 3. Части те же — площадь та же, 21 клетка

Площадь не изменилась: прямоугольник сложен из тех же частей, что и параллелограмм, а площадь фигуры равна сумме площадей ее частей. Значит, в параллелограмме $7 \cdot 3 = 21$ клетка. Проверим другим способом: параллелограмм лежит в прямоугольнике $9 \times 3$, то есть $27$ клеток, а лишние два уголка по краям — это два прямоугольника $2 \times 3$, разрезанные пополам, вместе $6$ клеток. $27-6 = 21$.

Заметим, что вошло в ответ. Нижняя сторона осталась длины $7$: сколько отрезали слева ($AH = 2$), столько приложили справа. Вторым множителем стало расстояние между нижней и верхней сторонами — $3$ клетки. А наклонная сторона $AB$ в ответ не вошла совсем. Чтобы наблюдение стало теоремой, нужно точно назвать «расстояние между сторонами» и проверить, всегда ли можно отрезать клин.

Высота — линия разреза между противоположными сторонами

Определение

Высота параллелограмма — перпендикуляр, проведенный из любой точки стороны к прямой, содержащей противоположную сторону. Сторону, к которой проведена высота, называют основанием.

Линия, по которой мы резали, — высота $BH$ к основанию $AD$. Ее можно провести из любой точки стороны $BC$, например из вершины $C$: $CK \perp AD$. Все такие высоты равны. Действительно, $BH$ и $CK$ перпендикулярны одной прямой $AD$, значит, параллельны; $BC \parallel HK$ по свойству параллелограмма. Получился четырехугольник $HBCK$ с попарно параллельными сторонами — параллелограмм, а у него противоположные стороны равны: $BH = CK$ (подробнее — в уроке о параллелограмме).

Поэтому говорят о высоте к стороне, а не о высоте из точки: это расстояние между параллельными прямыми $AD$ и $BC$. Высоту к стороне $a$ обозначают $h_a$. У параллелограмма две пары сторон — и две высоты, в общем случае разные: к стороне $AD$ и к стороне $CD$ (у ромба они равны). Высота к $CD$ — перпендикуляр к прямой $CD$ из точки противоположной стороны $AB$.

Параллелограмм ABCD: высоты BH и CK к стороне AD равны, высота BM к стороне CD другая
Высоты BH и CK к основанию AD равны. Высота BM к стороне CD — другая: у каждой стороны своя высота

Важно

Высоту проводят к прямой, содержащей сторону, поэтому точка $H$ не обязана лежать на самой стороне. Если угол $A$ тупой, перпендикуляр из вершины $B$ попадает на продолжение стороны $AD$ за точку $A$. Если угол $A$ острый, но параллелограмм сильно скошен ($AH$ больше $AD$), точка $H$ может оказаться на продолжении за точкой $D$. В обоих случаях высота лежит вне фигуры. Это та же высота той же длины — расстояние между теми же параллельными прямыми.

Площадь равна основанию, умноженному на высоту

Теорема (площадь параллелограмма)

Площадь параллелограмма равна произведению его основания на высоту, проведенную к этому основанию.

Здесь $a$ — основание, $h$ — высота к нему. Доказательство повторяет опыт с ножницами. Но клин удается отрезать не всегда: все зависит от того, где лежит точка $H$. Случаев три.

Три положения основания высоты H: на стороне AD, в вершине D и вне стороны AD; во всех случаях S равно a на h
Точка H на стороне AD, в вершине D или вне стороны AD: доказательство разное, формула одна — S = a · h

Доказательство

Дано: $ABCD$ — параллелограмм, $AD = a$, $BH \perp AD$, $BH = h$. Доказать: $S_{ABCD} = a \cdot h$.

Случай 1: точка $H$ лежит на стороне $AD$. Проведем высоту $CK$ к прямой $AD$; точка $K$ лежит на продолжении $AD$ за точку $D$. Прямоугольные треугольники $ABH$ и $DCK$ равны по гипотенузе и катету: $AB = DC$ как противоположные стороны, $BH = CK$ как высоты к одной стороне. Значит, $AH = DK$ и $HK = HD + DK = HD + AH = AD = a$. Параллелограмм составлен из треугольника $ABH$ и четырехугольника $HBCD$, прямоугольник $HBCK$ — из того же четырехугольника и равного треугольника $DCK$. Равные фигуры имеют равные площади, поэтому $S_{ABCD} = S_{HBCK} = a \cdot h$.

Случай 2: точка $H$ совпала с вершиной $D$. Тогда клин — весь треугольник $ABD$, а рассуждение то же: он равен треугольнику $DCK$, и параллелограмм перекладывается в прямоугольник $DBCK$ со сторонами $BC = a$ и $BD = h$.

Случай 3: точка $H$ лежит на продолжении стороны $AD$ (на рисунке — за точкой $A$, угол $A$ тупой). Перпендикуляр $BH$ проходит вне фигуры, клин не отрезать. Поступим наоборот — достроим. Проведем $DM \perp AD$ до прямой $BC$. Получился прямоугольник $HBMD$ со сторонами $HD = AH + a$ и $h$, его площадь $(AH + a) \cdot h$. Он состоит из параллелограмма и двух прямоугольных треугольников $ABH$ и $DCM$. Они равны по гипотенузе и катету ($AB = DC$, $BH = DM$) и вместе складываются в прямоугольник $AH \times h$. Поэтому $S_{ABCD} = (AH + a) \cdot h-AH \cdot h = a \cdot h$. Если точка $H$ ушла за вершину $D$, рассуждение симметричное: проведем $AM \perp AD$ до прямой $BC$ и $CK \perp AD$; прямоугольник $AMCK$ минус два равных треугольника $ABM$ и $DCK$ дает $a \cdot h$.

Что и требовалось доказать.

Если угол $A$ прямой, точка $H$ совпадает с $A$, высота — это сама сторона $AB$, и формула превращается в знакомую $S = ab$: прямоугольник — частный случай параллелограмма.

Ошибка

Когда высота лежит вне фигуры, основанием иногда считают весь отрезок $HD$. Пусть угол $A$ тупой, $AD = 9$, $AH = 4$, $BH = 3$. Решавр пишет: «$HD = 4 + 9 = 13$, $S = 13 \cdot 3 = 39$».

Проверка: $13 \cdot 3 = 39$ — площадь всего прямоугольника $HBMD$. В нем, кроме параллелограмма, два равных треугольника, вместе это прямоугольник $4 \times 3$, то есть $12$. Параллелограмму остается $39-12 = 27 = 9 \cdot 3$. Где сломалось рассуждение: основание — сторона $AD$ при любом положении точки $H$; высота может выйти из фигуры, основание — нет.

Параллелограмм ABCD с тупым углом A: произведение HD на BH дает прямоугольник с двумя лишними треугольниками, площадь — AD на BH
HD · BH = 39 — это весь прямоугольник. Два красных треугольника лишние: параллелограмму остается 9 · 3 = 27

Пример 1

В параллелограмме $ABCD$ сторона $AD = 16$ см, сторона $AB = 10$ см, высота $BH = 8$ см. Найдите площадь параллелограмма.

Решение. Высота $BH$ проведена к стороне $AD$, значит, основание — $AD$. $S = AD \cdot BH = 16 \cdot 8 = 128\ \text{см}^2$. Сторона $AB$ в формулу не входит: после перекладывания клина она исчезает, как на клетчатом листе.

Ответ: $128\ \text{см}^2$.

Сдвигаем верхнюю сторону — площадь не меняется

Из теоремы следует неожиданное. Оставим основание $AD = 12$ на месте, а верхнюю сторону $BC$ будем сдвигать вдоль ее прямой. Расстояние между прямыми $AD$ и $BC$ не меняется — пусть оно равно $4$. Значит, площадь все время $12 \cdot 4 = 48$, хотя параллелограммы разные: в одном положении $AB = 4$ и это прямоугольник, в другом $AB = 5$. Клин в каждом из них перекладывается в один и тот же прямоугольник $12 \times 4$.

Ошибка

Самая частая ошибка — умножать соседние стороны, как у прямоугольника. Параллелограмм со сторонами $12$ и $5$ и высотой $4$ Решавр считает так: «$S = 12 \cdot 5 = 60$».

Проверка: переложим клин — получится прямоугольник $12 \times 4$, площадь $48$. Прямоугольник $12 \times 5$ выше на целую полосу $12 \times 1$, и ее в параллелограмме нет. Где сломалось рассуждение: $S = ab$ — формула прямоугольника, у которого боковая сторона и есть высота. У параллелограмма боковая сторона наклонная и длиннее высоты, поэтому произведение сторон больше площади.

Параллелограмм со сторонами 12 и 5 и высотой 4 становится прямоугольником 12 на 4: произведение сторон 12 на 5 дало бы лишнюю полосу
Клин дает прямоугольник 12 × 4 = 48. Произведение сторон 12 · 5 = 60 добавляет полосу, которой в параллелограмме нет

Одна площадь — две высоты

Резать клин можно по высоте к любой стороне. Разрез по высоте $h_a$ дает прямоугольник $a \times h_a$, разрез по высоте $h_b$ — прямоугольник $b \times h_b$. Это один и тот же параллелограмм, площадь у него одна.

Следствие (две высоты)

Произведение стороны параллелограмма на высоту к ней одинаково для обеих сторон.

Параллелограмм со сторонами 20 и 15 и высотами 12 и 16: каждая сторона умножается только на свою высоту, получается 240
Каждая сторона умножается на свою высоту. Сторона из одной пары и высота из другой — ошибка

Пример 2

Периметр параллелограмма $ABCD$ равен $70$ см, $AB = 15$ см, высота к стороне $AD$ равна $12$ см. Найдите площадь параллелограмма и высоту к стороне $AB$.

Решение. Противоположные стороны равны, поэтому $AB + AD = 70 : 2 = 35$ и $AD = 35-15 = 20$ см. Площадь: $S = AD \cdot 12 = 20 \cdot 12 = 240\ \text{см}^2$. Высота к $AB$: $15 \cdot h = 240$, $h = 240 : 15 = 16$ см.

Проверка смысла: к короткой стороне $15$ см высота $16$ см больше, чем высота $12$ см к длинной стороне $20$ см. Так и должно быть: чем короче сторона, тем длиннее высота к ней.

Ответ: $240\ \text{см}^2$; $16$ см.

Ошибка

Высоту умножают не на ту сторону. В примере 2 Решавр взял высоту $12$ и сторону $AB = 15$: «$S = 15 \cdot 12 = 180$».

Проверка: по стороне $AD$ и ее высоте получилось $240$, а площадь у фигуры одна. Где сломалось рассуждение: высота $12$ перпендикулярна $AD$, разрез по ней дает прямоугольник $20 \times 12$; со стороной $AB$ она не связана. Перед вычислением назовите пару: «высота проведена к стороне …».

Рамка складывается — высота уменьшается

Вернемся к рамке из реек $8$ и $4$ дм. Стороны рамки не меняются, а площадь, как мы теперь знаем, зависит от основания и высоты. Перекосим рамку так, чтобы угол $A$ стал равен $30^\circ$, и проведем высоту $BH$ к нижней рейке $AD$.

Высоту найдем из прямоугольного треугольника $ABH$: угол $H$ прямой, угол $A$ равен $30^\circ$, гипотенуза — рейка $AB = 4$ дм. Катет, лежащий против угла $30^\circ$, равен половине гипотенузы (урок «Свойства прямоугольных треугольников» за 7 класс).

Пример 3

Рамка — параллелограмм $ABCD$, $AD = 8$ дм, $AB = 4$ дм, $\angle A = 30^\circ$. Найдите площадь, которую охватывает рамка.

Решение. В треугольнике $ABH$ катет $BH$ лежит против угла $30^\circ$: $BH = 4 : 2 = 2$ дм. $S = AD \cdot BH = 8 \cdot 2 = 16\ \text{дм}^2$.

Ответ: $16\ \text{дм}^2$ — вдвое меньше, чем у прямоугольной рамки.

Рамка из реек 8 на 4: прямоугольная площадью 32, а после перекоса до 30 градусов высота 2 и площадь 16
Рейки те же — 8 и 4 дм, а высота уменьшилась с 4 до 2 дм, и площадь — с 32 до 16 дм²

Это и есть ответ на вопрос из начала урока. Площадь рамки меняется, потому что меняется высота: чем сильнее рамка сложена, тем меньше расстояние между рейками $AD$ и $BC$ и тем меньше площадь. Стороны площадь параллелограмма не определяют.

Если угол $A$ равен $45^\circ$, треугольник $ABH$ прямоугольный и равнобедренный, поэтому $BH = AH$. А ромб — параллелограмм с равными сторонами, и его площадь — сторона, умноженная на высоту. Например, у ромба со стороной $10$ см и углом $30^\circ$ высота $10 : 2 = 5$ см, а площадь $10 \cdot 5 = 50\ \text{см}^2$.

Вывод

Формула $S = a \cdot h$ — одна из самых нужных в курсе: на ней держатся задания ОГЭ о площадях фигур, в том числе на клетчатой бумаге, а в следующем уроке «Площадь треугольника» треугольник окажется половиной параллелограмма. Чтобы вспомнить главное, достаточно представить ножницы: срезали клин по высоте и приложили с другой стороны — получился прямоугольник «основание на высоту».

Часто задаваемые вопросы

Почему нельзя умножить соседние стороны, как у прямоугольника?

Потому что боковая сторона параллелограмма наклонная. После перекладывания клина получается прямоугольник, у которого вторая сторона — высота, а не боковая сторона. Произведение сторон больше площади на полосу, которой в параллелограмме нет.

Какую сторону брать основанием?

Любую — важно лишь умножать ее на высоту, проведенную именно к ней. Если известна высота к одной стороне, а спрашивают о другой, сначала найдите площадь, а затем разделите ее на вторую сторону.

Может ли высота быть длиннее боковой стороны?

Нет. Боковая сторона соединяет две параллельные прямые наклонно, а высота — по перпендикуляру, а перпендикуляр короче наклонной. Высота равна боковой стороне только у прямоугольника. Если в задаче высота получилась больше стороны, в решении ошибка.

Как найти площадь параллелограмма на клетчатой бумаге?

Если одна сторона идет по линии сетки, посчитайте клетки вдоль нее — это основание, и клетки поперек до противоположной стороны — это высота. Затем перемножьте. Если ни одна сторона не идет по сетке, окружите фигуру прямоугольником и вычтите лишние части.

Зачем в доказательстве три случая, если формула одна?

Чертеж может быть любым, а доказательство должно подходить к каждому. Когда точка $H$ лежит вне стороны, клин не отрезать, и нужен другой ход — достроить фигуру до прямоугольника. Без третьего случая теорема была бы доказана не для всех параллелограммов.

Награды за урок
5
5
1
Количество опыта, полученного за урок 5
Ускорьте прогресс с полным доступом

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.
Не потеряйте прогресс!

Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:

  • Отслеживайте прогресс освоения тем
  • Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
  • Проводите работу над ошибками после занятий

Проверим знания по теме?

Пройти тест
Спросить Зави Спросить Зави
Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

Предложить улучшение