此前发布了一道五年级数学竞赛题:求直角三角形与正方形重叠图形面积!题目难度非常大,会做的同学只有区区数人!严格来讲,这还是一道错题!
如图一,
图一
面积为8的正方形的中心与三角形OAB的直角顶点重合,求重叠部分面积。
一、适合初中的解析之一:
①过点O分别作垂线OC和OD,得一小正方形OCGD,如图二
图二
②易证△OCE≌△ODF,从而S△OCE=S△ODF。
③因此,S阴影=S正方形OCGD=8÷4=2。
二、适合初中的解析之二:
①分别连接点O与正方形的两定点C、D,如图三
图三
②易证△OCE≌△ODF,从而S△OCE=S△ODF。
③因此,S阴影=S等腰直角△OCD=8÷4=2。
三、原题条件与解析结果分析
从上述两种解析的结果来看,阴影面积恰为正方形面积的1/4。这是为何?
其根本原因在于:示意图显示,△OAB的斜边AB未与正方形相交。
此情形下,其结论本质上等价于:过正方形中心的相互垂直的两直线四等分正方形面积!
但“△OAB的斜边AB未与正方形相交”只是示意图“显示”的状态,原题并未给出条件,用于确保这种状态为常态、而非特殊状态。
四、原题存在的问题
示意图一所显示的“△OAB的斜边AB与正方形不相交”为单一状态,随着△OAB位置的变化,即△OAB绕点O旋转,斜边AB有可能与正方形相交。
特殊状态一:△OAB的直角边与正方形对角线重合,如图四
图四
此时,只要满足条件1:OA、OB均大于OC=2,可
确保AB与正方形不相交、或AB与正方形的边重合。从而重叠区域面积为正方形面积的1/4。
特殊状态二:△OAB的直角边垂直于正方形的边,如图五
图五
此时,只要满足条件2:△OAB的直顶角的角平分线大于2,可确保AB与正方形不相交、或相交于正方形顶点即至多一个交点。从而重叠区域面积为正方形面积的1/4。
但条件1和2仍不足以确保△OAB绕点O旋转过程中,斜边AB与正方形相交于正方形顶点、或与正方形不相交、或与正方形的边重合!
五、修正
由于还没学三角形全等,解析一和解析二的方法均不适用五年级,也即无法仅从示意图来推知:任何情形下,重叠区域面积均为正方形的1/4,而需附加一定的条件!
因此,对小学五年级学生来说,原题错误!
修正方法:作直角三角形OAB斜边AB上的高OC,如图二。
图六
当OC≥2时,△OAB绕点O旋转过程中,三角形OAB与正方形重叠图形的面积恒为正方形面积的1/4。
六、原题修正后的解析:适合五年级
由第五部分可知,若附加条件3:△OAB斜边上的高≥2,△OAB绕点O旋转过程中,斜边AB要么与正方形不相交,要么与正方形边重合,要么与正方形相交于某个顶点。
如此,五年级学生可选取第四部分中的特殊情形一或二、进行求解,即重叠区域面积为2。
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