Squabble in the school

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我的风筝比你的大

拉尼娅·阿里老师(Ms. Rania Ali)在一所位于贫民区的小学任教。大多数学生来上学只是因为他们不得不来。孩子们对学习几乎没有什么兴趣。阿里老师深知自己面临的挑战,但这位优秀的教师总能想出新办法来吸引学生的注意力。这个故事讲述的是,有一天,两名学生因为在学校争吵,差点被开除,但阿里老师通过一堂几何课挽救了他们。

在印度和巴基斯坦,人们会在冬季结束时庆祝放风筝的节日,这个节日与春季的五日节(Basant Panchami)有关。Basant 意为春天。孩子们开始到户外玩耍,因为不久之后,炎热难耐的夏天就要来临了。

为了迎接春天,拉贾布(Rajab)和朋友们制作了一只大风筝,长90厘米,宽30厘米。他们对此非常自豪,直到遇见雷汉(Rehan)和他的朋友们。

雷汉和朋友们也一起制作了一只风筝,虽然只有80厘米长,却有40厘米宽。双方开始争论谁的风筝更大。在朋友们的煽动下,他们越吵越大声,仿佛声音越大就越有说服力,而不是应该根据风筝的实际大小来判断。他们没有动手打架,也没有互相辱骂,但在学校里持续不断、越来越响亮的争吵声实在令人无法忍受。

校长听到了争吵,把拉贾布和雷汉叫进办公室。她说,这种行为绝对不能容忍,两人都将被开除。

其他一些学生把这件事告诉了阿里老师。她立即来到校长办公室,告诉校长,她以前从未见过这两名学生有不良行为。

最后,她说服校长给他们一次机会:如果他们能在当天放学前来到校长办公室,说明如何用逻辑推理而不是争吵来解决问题,就不必被开除。

阿里老师回到教室,拉贾布和雷汉也都在场。

除非……否则拉贾布和雷汉就要被开除了

阿里老师:你们都知道,拉贾布和雷汉将被开除,除非他们能够判断谁的风筝更大,并向校长解释清楚。我们应该从哪里开始呢?

梅哈克(Mehak):我们可以请其中一个人在黑板上画出自己的风筝。

阿里老师:好吧,拉贾布,请你在黑板上画出你的风筝。

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拉贾布拿起彩色粉笔,自豪地画出了自己的风筝。阿里老师请他标出风筝的所有顶点以及中间的交点。上图就是他画出的风筝。

阿里老师:拉贾布,你的风筝真漂亮,颜色也很鲜艳。谁能告诉我,这只风筝是不是对称的?

阿丽莎(Arisha):当然是对称的。AC上方的部分应该与AC下方的部分完全相同。

梅哈克:我见过一些稍微歪斜的风筝,但它们飞不起来。所以三角形ABC必须与三角形ADC全等。这也意味着AC和BD相交形成的四个角都相等,每个角都是90°。

阿莉娅(Alia):阿里老师,我喜欢您把他们的争吵变成一堂几何课!

阿里老师:谢谢你,阿莉娅。现在请告诉我,三角形ABE的面积是多少?

阿莉娅:我们上次学过,三角形的面积等于底乘高再除以2。所以三角形ABE的面积是AE × BE ÷ 2。同样,三角形BEC的面积是EC × BE ÷ 2。

把风筝看作四个直角三角形的组合

阿里老师:那么,雷汉,整只风筝的面积是多少呢?

雷汉:首先,三角形ABC的面积等于底边AC乘以高BE,再除以2。因为风筝是对称的,三角形ADC的面积也相同。所以整个风筝的面积是AC × BD ÷ 2,也就是长度乘以宽度再除以2。

阿里老师:那么,雷汉,你的风筝有多大?

雷汉:我的风筝长80厘米,宽40厘米。因此,它的面积是80 × 40 ÷ 2 = 3200 ÷ 2 = 1600平方厘米(cm2)。

阿里老师:拉贾布,你的呢?

拉贾布:我的风筝长90厘米,宽30厘米,所以面积是90 × 30 ÷ 2 = 1350平方厘米。雷汉,你的风筝面积是1600平方厘米,比我的大。

塔欣(Taheen):阿里老师,我想在黑板上画点东西。

阿里老师:请吧,塔欣。

把风筝变成一个面积相等的长方形

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塔欣:我保留了风筝的上半部分。然后把红色三角形翻转,放到左边;再把蓝色三角形翻转,放到右边。这样,我就把整个风筝重新拼成了一个长方形。

这个长方形的底边是AC,高是BE。所以风筝的面积就是AC × BE,也等于原来风筝的长度乘以宽度BD再除以2。不过,我觉得这种方法更直观。

阿里老师:非常好,塔欣!你帮了我们大忙。拉贾布和雷汉,现在你们可以去向校长解释今天学到的知识了。

另外,你们的家庭作业是用同样的方法推导平行四边形和梯形的面积公式。我会把图画给你们,下节课你们要解释自己是怎样求出面积的。

拉贾布:我们一定要做吗?

雷汉:我想我们必须做,因为阿里老师刚刚救了我们,让我们免于被学校开除。

挑战

请帮助拉贾布和雷汉推导平行四边形和梯形的面积公式。

Fig.g8.3

解答:

ABCD是一个平行四边形。因此,AB平行于CD,AC平行于BD。

从点C向AB作垂线CE,再从点B向CD作垂线BF。

三角形AEC和BDF都是直角三角形。

角BAC等于角BDF,因为平行四边形的对角相等。我们也可以利用平行线的性质独立证明这一点。

另外,边AC等于边BD。

因此,三角形AEC和BDF全等,所以AE = DF。

CEBF是一个长方形,底边为EB,高为EC。因此,它的面积为EB × EC。

三角形AEC的面积为AE × CE ÷ 2(底乘高除以2)。

同样,三角形BDF的面积为DF × BF ÷ 2。

平行四边形的面积等于长方形CEBF的面积,加上三角形AEC的面积,再减去三角形BDF的面积。

因为这两个三角形全等,面积相等,所以它们互相抵消。

因此,平行四边形的面积为AB × CE,也就是底乘高。

对于梯形ABCD,我们也可以画出两条垂线AE和BF。

梯形的面积等于长方形CDEF的面积,加上三角形ACE和三角形DFB的面积。

因此:

面积 = EF × CE + AE × CE ÷ 2 + FB × DF ÷ 2。

因为AB平行于CD,所以DF = CE。

因此:

面积 = EF × CE + AE × CE ÷ 2 + FB × CE ÷ 2

= (AE ÷ 2 + EF + FB ÷ 2) × CE

= (AB + CD) × CE ÷ 2。

所以,梯形的面积等于高乘以两条平行边的长度之和,再除以2。

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