В геометрии существует несколько фундаментальных теорем, связанных с суммой площадей различных фигур. Рассмотрим основные доказательства этих утверждений.

Содержание

Теорема Пифагора через суммы площадей

Классическое доказательство теоремы Пифагора основано на сравнении площадей:

  1. Рассмотрим прямоугольный треугольник с катетами a, b и гипотенузой c
  2. Построим квадрат со стороной (a+b)
  3. Площадь большого квадрата можно выразить двумя способами:
    • Как (a+b)² = a² + 2ab + b²
    • Как сумму площади 4 треугольников и площади квадрата со стороной c: 4*(ab/2) + c² = 2ab + c²
  4. Приравнивая выражения: a² + 2ab + b² = 2ab + c²
  5. После сокращения получаем: a² + b² = c²

Сумма площадей в параллелограмме

УтверждениеДоказательство
Площадь параллелограмма равна сумме площадей двух треугольниковДиагональ делит параллелограмм на два равных треугольника, поэтому S = 2*(1/2*a*h) = a*h

Свойство площадей подобных фигур

Если линейные размеры фигуры увеличиваются в k раз, то площадь увеличивается в k² раз:

  • Для квадрата: (k*a)² = k²*a²
  • Для прямоугольника: (k*a)*(k*b) = k²*(a*b)
  • Для треугольника: (k*a*k*h)/2 = k²*(a*h/2)

Площадь круга как сумма площадей

Метод Архимеда:

  1. Разобьем круг на множество узких секторов
  2. Каждый сектор приближенно равен треугольнику
  3. Сумма площадей всех треугольников: Σ(1/2*r*r*Δθ) = 1/2*r²*ΣΔθ
  4. При Δθ→0, ΣΔθ→2π
  5. Итого: S = 1/2*r²*2π = πr²

Сравнение площадей через интегралы

Для непрерывных функций площадь под кривой равна определенному интегралу:

ФункцияПлощадь
f(x) на [a,b]S = ∫abf(x)dx
Между двумя кривымиS = ∫ab(f(x)-g(x))dx

Принцип Кавальери

Если при пересечении двух тел любой плоскостью получаются фигуры равной площади, то объемы тел равны. Аналогично для площадей:

  • Если при пересечении любой прямой получаются отрезки равной длины
  • То площади фигур равны
  • Это позволяет сравнивать площади сложных фигур

Площадь поверхности сложных тел

Площадь поверхности можно представить как сумму:

  1. Для призмы: сумма площадей боковых граней + 2 основания
  2. Для пирамиды: сумма площадей треугольных граней + основание
  3. Для цилиндра: 2πr² + 2πrh
  4. Для сферы: 4πr² (предел суммы площадей малых элементов)

Запомните, а то забудете

Другие статьи

Чек мотор: что означает и прочее