面积与周长
多边形、圆与扇形的度量公式(如海伦公式)展示割补、极限等度量思想,是几何量化的基础。
所属主题:欧氏几何 ↗阅读路径
参考可汗学院 Get ready 机制:先修概念 → 当前概念 → 进阶概念,✓ 表示已读。
01定义
面积是平面图形占据区域大小的度量,周长是图形边界的长度。面积理论建立在两条公理之上:全等图形面积相等;图形分割重组(割补)不改变面积。周长的极限情形引出曲线长度与积分思想。
02核心要点
01
割补法
把图形分割、平移、重组,面积保持不变。中国古代「出入相补」原理(刘徽)与欧几里得的面积公理殊途同归;梯形、平行四边形面积公式均可由割补矩形得到。
02
极限思想
圆的面积由内接正多边形面积逐步逼近:边数越多,多边形越「像」圆。 即由此定义为圆周长与直径之比,这一逼近正是积分思想的源头。
03
等周问题
给定周长的所有平面封闭曲线中,圆围出的面积最大——等周定理。其证明需用变分法或对称化技巧,是几何不等式与变分法的经典起点。
03关键公式
04历史沿革
阿基米德用穷竭法严格证明:圆面积等于以圆半径为高、圆周长()为底的三角形面积。公元 263 年,刘徽以「割圆术」从正六边形割到 3072 边形,得到 ;祖冲之父子进一步给出约率 与密率 ,领先世界近千年。
05应用与延伸
面积与周长计算是土地丈量、建筑材料核算、包装与排版设计的基础;割补与极限思想直接通向微积分——定积分 本质上就是「曲边图形面积」。
06交互演示
定周长矩形:面积何时最大?周长固定 L=12:调整宽 x,面积 A = x(6−x),正方形(x=3)最大