15 июля

0 comments

Площадь фигур на клетчатой бумаге (ЕГЭ – 2021)

Сколько ты знаешь способов нахождения площади фигур по клеточкам?

А их на самом деле три!

Это чисто житейский навык – посчитать площадь пола и количество плитки, например.

Ну и на ЕГЭ за эти задачи можно получить некоторые баллы.

За очень простой навык.

Читай эту статью – научишься считать площади!

Как находить площадь фигур на клетчатой бумаге

  1. 1
    Подсчитывая клеточки и применяя простые теоремы, найти те стороны, высоту, диагонали, которые требуются для применения формулы площади;
  2. 2
    Подставить найденные значения в уравнение площади.
  1. 1
    Достроить искомую фигуру до прямоугольника;
  2. 2
    Найти площадь всех получившихся дополнительных фигур и площадь самого прямоугольника;
  3. 3
    Из площади прямоугольника вычесть сумму площадей всех лишних фигур.

Проиллюстрируем эти способы. 

Пусть нужно найти площадь такой вот трапеции, построенной на листе в клетку.

Просто считаем клеточки и видим, что в нашем случае \( \displaystyle a=17\), \( \displaystyle b=6\) и \( \displaystyle h=6\). Подставляем в формулу:

\( \displaystyle S=\frac{a+b}{2}\cdot h=\frac{17+6}{2}\cdot 6=69\)

Но бывает, что не так-то просто рассчитать, сколько клеток в нужном отрезке. Вот смотри, треугольник:

Вроде бы даже прямоугольный и \( \displaystyle S=\frac{1}{2}\cdot ab\), но чему тут равно \( \displaystyle a\), и чему равно \( \displaystyle b\)?

Как узнать? Применим для полной ясности оба способа.

Найдем \( \displaystyle a\) по теореме Пифагора из \( \displaystyle \Delta ADC\), а \( \displaystyle b\) по теореме Пифагора из \( \displaystyle \Delta BCE\).

Благо на листе в клетку легко посчитать длину катетов.

Итак:

\( \displaystyle {{a}^{2}}=A{{D}^{2}}+D{{C}^{2}}={{6}^{2}}+{{4}^{2}}=52\)

Значит, \( \displaystyle a=\sqrt{52}=2\sqrt{13}\)

Теперь \( \displaystyle {{b}^{2}}=B{{E}^{2}}+C{{E}^{2}}={{2}^{2}}+{{3}^{2}}=13\).

\( \displaystyle b=\sqrt{13}\)

Подставляем в формулу:

\( \displaystyle S=\frac{1}{2}\cdot ab=\frac{1}{2}\cdot 2\sqrt{13}\cdot \sqrt{13}=13\).

Нужно окружить нашу фигуру прямоугольником. Вот так:

Получился один (нужный) треугольник внутри и целых три ненужных треугольника снаружи. Но зато площади этих ненужных треугольников легко считаются на листе в клетку!

Вот мы их посчитаем, а потом просто вычтем из целого прямоугольника:

\( \displaystyle {{S}_{прямоугольника}}=6\cdot 7=42\)

\( \displaystyle {{S}_{1}}=\frac{1}{2}\cdot 6\cdot 4=12\)

\( \displaystyle {{S}_{2}}=\frac{1}{2}\cdot 7\cdot 4=14\)

\( \displaystyle {{S}_{3}}=\frac{1}{2}\cdot 3\cdot 2=3\)

\( \displaystyle \Rightarrow S=42-12-14-3=13\)

Почему бы не считать клеточки?

Возможно, вы читаете всё это и думаете: зачем все эти сложности? Формулы запоминать. Дорисовывать. Тут ведь сразу видно, сколько клеточек в фигуре. Вот, например, трапеция:

Посчитаем клеточки: их всего 46, верно?

Но стоп, там же некоторые из них только наполовину внутри фигуры. Отметим их – всего таких 10. Итого, 36 полных (красные точки) и 10 половинчатых, вместе \( 36+\frac{10}{2} = 41\)

Вроде бы всё верно. Но, если присмотреться, можно заметить ещё маленькие треугольнички, которые попали внутрь. А также, что «синие» клеточки слева на самом деле разрезаны не ровно пополам – какие-то чуть больше, какие-то меньше...

Как всё это учитывать?

Попробуем рассуждать так: заметно, что тот маленький розовый треугольник дополняет серый кусок клетки.

А жёлтые сколько занимают? Постарайтесь ответить сами.

Если всё сделать правильно, то увидите, что жёлтые кусочки можно сложить вместе в одну целую клетку.

Итак, 2 жёлтых куска = 1 клетка.

Розовый треугольник + серый кусок = 1 клетка. Всего у нас две таких пары (розовый+серый) – это 2 полных клетки. 

Всё остальное как было: 36 полных клеток и 6 половинок у правой стороны – это \( 36+\frac{6}{2}=39\) клетки.

Итого клеток: \( 1 + 2 + 39 = 42\).

Проверим результат по формуле площади трапеции: нижнее основание 11, верхнее основание 3, высота 6. Полусумма оснований равна 7, умножаем на высоту – получилось 42. Всё совпало.

Но! Настолько ли проще был наш способ подсчёта клеточек? Не сказал бы. А если там будет несколько косых линий, то вообще можно замучиться собирать этот паззл (искать, какие кусочки друг друга дополняют).

Способ 3. Теорема Пика (Формула для ленивых 🙂 )

Тем не менее, существует довольно удобная формула, которая использует клеточки для вычисления площади. А то, что мы только что проделали, – очень полезное упражнение, которое поможет эту формулу понять.

Назовём «узлами» точки пересечения линий сетки нашей клетчатой бумаги.

Теперь вместо клеточек или их частей подсчитаем, сколько узлов попадает в нашу фигуру. Причём, отдельно посчитаем те узлы, которые попадают внутрь нашей фигуры, и отдельно – те, которые лежат на границе.

Сколько насчитали?

У меня получилось \( Г = 22\) на границе и \( В = 32\) внутри.

Ну а теперь сама формула:

Делим границу пополам, прибавляем внутренности и вычитаем 1:
\( S = Г/2 + В – 1 = 22/2 + 32 - 1 = 42.\)

Называется она формулой Пика, поскольку доказал её математик Георг Пик 120 лет назад (да, она не специально для ЕГЭ была придумана, но очень нам помогает) 🙂

Как запомнить?

Всё, что внутри, берём целиком (клетки внутри фигуры целые).

Граница режет клетки надвое, поэтому берём половину узлов границы.

Минус 1 – это надо просто запомнить. Очень легко себя проверить на квадрате 1x1. Его площадь равна 1. Сколько там точек на границе? \( Г = 4.\) А сколько внутри? \( В = 0\) (нисколько)

Границу делим пополам, получаем 2. Прибавляем внутренности (+0) – ничего не поменялось.

Очевидно, что осталось вычесть 1, чтобы получить 1.

Проверьте эту формулу на других простых фигурах, чтобы убедиться и закрепить.

Пример 1

Стороны клеток равны 1. Вычислите площадь фигуры двумя способами: по формуле площади соответствующей фигуры и по формуле Пика. Сравните результаты.

Пример 2

Вычислите площади фигур с помощью формулы Пика:

Пример 3

А теперь посчитаем площадь корабля и котика 🙂

Фигуры с отверстиями

Ну и напоследок фигуры с дырками. Как думаешь, здесь придётся вычислять сначала площадь целой фигуры, а потом площадь дырки? Или достаточно просто посчитать точки внутри закрашенной области и на её границах (в том числе, на границе с дыркой)?

Проверим на простом примере: это квадрат \( 4\times 4\), и в нём вырезан прямоугольник \( 1\times 2\), значит, его площадь \( 16-2=14\).

А теперь по точкам. На границах (включая внутренние) \( Г = 22\). Внутри \( В = 3\). Тогда площадь по формуле Пика

\( S = \frac{22}{2} + 3 -1 = 13.\)

Хм, близко, но не совпало. Может, я где-то ошибся? Давай ещё одну фигуру, для верности.

Сосчитай сам и проверь.

Что получилось?

У меня снова на 1 меньше.

Так может быть просто формулу немного «подкрутить»? Нет!

Очень и очень не рекомендую вам запоминать несколько похожих формул для похожих случаев, потому что придёт время, и вы обязательно перепутаете формулу.

Даже если вы уверены, что не перепутаете, оно всё равно того не стоит. В общем, наилучший вариант – это запомнить одну формулу. А если попалась фигура с дыркой, вычислить всю фигуру, а потом дырку. И вычесть.

Когда формулу Пика применять нельзя?

Естественно, эта формула не работает для окружностей и любых других фигур с «кривыми» границами.

Также она не сработает, если хотя бы одна из вершин не попадает на узел, например, вот для такой, как на рисунке.

Почему я уверен, что не сработает? Ведь можно взять и не учитывать эту вершину, раз она не в узле. То есть

\( Г = 10, В = 2, S = \frac{10}{2} + 2 – 1 = 6.\)

А очень просто: я возьму и «отрежу» эту вершину. Тогда будет не треугольник, а трапеция, и площадь, очевидно, станет меньше на тот отрезанный кусочек.

Но по формуле она останется такой же, ведь количество узлов не изменилось ни на границе, ни внутри. То есть мы получим, что площадь уменьшенного треугольника равна площади целого, чего, конечно же, не может быть.

Итак, формула Пика работает только для многоугольников без дырок, все вершины которых попадают в узлы сетки.

Какой способ лучше?

Второй и третий способы универсальные. Они помогут посчитать площадь даже самых замысловатых фигур. Вернемся еще раз ко второму способу.

Вот смотри, нужно посчитать площадь такой фигуры:

Окружаем ее прямоугольником и снова получаем одну нужную, но сложную площадь и много ненужных, но простых.

А теперь чтобы найти площадь \( \displaystyle S\) просто находим площадь прямоугольника и вычитаем из него оставшуюся площадь фигур на клетчатой бумаге \( \displaystyle {{S}_{1}}+{{S}_{2}}+{{S}_{3}}+{{S}_{4}}\).

\( \displaystyle {{S}_{прямоугольника}}=6\cdot 11=66\)

\( \displaystyle {{S}_{1}}=\frac{1}{2}\cdot 6\cdot 4=12\)

\( \displaystyle {{S}_{2}}=\frac{1}{2}\cdot a\cdot h=\frac{1}{2}\cdot 5\cdot 4=10\) (обрати внимание, \( \displaystyle {{S}_{2}}\) площадь НЕ прямоугольного треугольника, но все равно легко считается по основной формуле).

\( \displaystyle {{S}_{3}}=\frac{1}{2}\cdot 5\cdot 2=5\)

\( \displaystyle {{S}_{4}}=\frac{1}{2}\cdot 1\cdot 11=5,5\).

Значит, \( \displaystyle S={{S}_{прямоугольника}}-{{S}_{1}}-{{S}_{2}}-{{S}_{3}}-{{S}_{4}}\).

\( \displaystyle S=66-12-10-5-5,5=33,5\)

Вот и ответ: \( \displaystyle S=33,5\).

Ну как тебе этот способ?


Вот смотри. С одной стороны, когда фигура занимает много клеточек, их замучаешься считать и можно ошибиться.

С другой стороны, когда мы дорисуем до прямоугольника, нужно считать много площадей.

Поэтому использование того или иного способа зависит лишь от конкретной задачи.

Алгоритм нахождения площади фигур на клетчатой бумаге:

Способ 1. Удобен для стандартных фигур: треугольника, трапеции и т.д.

  1. 1
    Подсчитывая клеточки и применяя простые теоремы, найти те стороны, высоту, диагонали, которые требуются для применения формулы площади;
  2. 2
    Подставить найденные значения в уравнение площади.

Способ 2. Очень удобен для сложных фигур, но и для простых неплох

  1. 1
    Достроить искомую фигуру до прямоугольника;
  2. 2
    Найти площадь всех получившихся дополнительных фигур и площадь самого прямоугольника;
  3. 3
    Из площади прямоугольника вычесть сумму площадей всех лишних фигур.

Способ 3. Теорема Пика

Назовём «узлами» точки пересечения линий сетки нашей клетчатой бумаги.

Подсчитаем, сколько узлов попадает в нашу фигуру. Причём, отдельно посчитаем те узлы, которые попадают внутрь нашей фигуры, и отдельно – те, которые лежат на границе.

В примере на рисунке получилось \( Г = 22\) на границе и \( В = 32\) внутри.

Формула Пика. Делим границу пополам, прибавляем внутренности и вычитаем 1:

\( S = Г/2 + В – 1 \)

В примере на рисунке:

\( S = Г/2 + В – 1 = 22/2 + 32 - 1 = 42.\)

Формула Пика работает только для многоугольников без дырок, все вершины которых попадают в узлы сетки.

P.S. Последний бесценный совет 🙂

Ну вот, тема закончена. Если ты читаешь эти строки, значит, ты очень крут.

Почему?

Потому что только 5% людей способны освоить что-то самостоятельно. И если ты дочитал до конца, ты попал в эти 5%!

Теперь самое главное.

Ты разобрался с теорией по этой теме. И, повторюсь, это… это просто супер! Ты уже лучше, чем абсолютное большинство твоих сверстников.

Проблема в том, что этого может не хватить…

Для чего?

Для успешной сдачи ОГЭ или ЕГЭ, для поступления в 10 класс или в институт на бюджет и, самое главное, для жизни.

Я не буду тебя ни в чем убеждать, просто скажу одну вещь…

Люди, получившие хорошее образование, зарабатывают намного больше, чем те, кто его не получил. Это статистика.

Но и это не главное.

Главное то, что они более счастливы (есть такие исследования). Возможно, потому, что перед ними открывается гораздо больше возможностей и жизнь становится ярче? Не знаю…

Но думай сам…

Что нужно, чтобы быть наверняка лучше других на ОГЭ или ЕГЭ и быть в конечном итоге… более счастливым?

Набить руку, решая задачи.

На экзамене у тебя не будут спрашивать теорию.

Тебе нужно будет решать задачи на время. И, если ты не решал их (много!), ты обязательно где-нибудь глупо ошибешься или просто не успеешь. Это как в спорте: нужно много раз повторить, чтобы выиграть наверняка.

Найди где хочешь сборник, обязательно с решениями, подробным разбором и решай, решай, решай!

Можешь воспользоваться нашим сборником задач с подробным разбором, и мы их всячески рекомендуем, потому что они разбиты по темам, по типам и даже собраны в целую программу подготовки.

Если решишь набить руку с помощью наших задач, зайди на сайт 100gia и приобрети одну из программ.

А еще можешь зарегистрироваться и получить доступ к огромному количеству бесплатных материалов, видеоуроков, тестов.

После регистрации ты сможешь:

  • проверить свою готовность к каждому типу задач на ЕГЭ (пройдя тест);
  • подтянуть слабые места с помощью видеоуроков, вебинаров;
  • понять тему с помощью статей учебника YouClever;
  • набить руку, решая задачи и получая проверку и решения;
  • сдать пробный ЕГЭ и получить сразу оценку и разбор ошибок.

Бонус: информатика и физика.

И в заключение…

Если наши задачи тебе не нравятся, найди другие. Только не останавливайся на теории.

“Понял” и “Умею решать” – это совершенно разные навыки. Тебе нужны оба.

Найди задачи и решай!

Твой час настал!

Как тебе теорема Пика? 🙂 

Удобная штука, правда? Теперь ты профессионал в нахождении площади фигур на клетчатой бумаге!

А если хочешь узнать о площади различных фигур в целом, смотри и другие наши статьи. Мы очень надеемся, что они тебе помогут.

А мы хотим узнать твое мнение об этой статье. Все ли было понятно? Понравилась ли тебе статья?

Напиши нам в комментариях ниже. И задай вопросы, если такие есть.

Мы читаем все.

Успехов!

{"email":"Email address invalid","url":"Website address invalid","required":"Required field missing"}
>