Площі плоских фігур

Формул площі в шкільному курсі багато, і саме через це тема здається складною. Насправді за майже всіма стоїть одна ідея — основа, помножена на висоту, — а решта формул є її варіаціями або наслідками. Тому головна навичка тут не пам'ять, а вибір: побачивши, що саме дано в умові, швидко визначити, яка з формул до цих даних підходить.

Трикутник

Площу трикутника обчислюють кількома способами — залежно від того, що відомо:

S=12aha=12absinC=p(pa)(pb)(pc),S = \dfrac{1}{2}a h_a = \dfrac{1}{2}ab\sin C = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)},

де hah_a — висота до сторони aa, CC — кут між сторонами aa і bb, а p=a+b+c2p = \dfrac{a+b+c}{2} — півпериметр (формула Герона).

Вибір формули підказує сама умова:

Що даноЯку формулу брати
Сторона й висота до неїS=12ahaS = \dfrac{1}{2}a h_a
Дві сторони й кут між нимиS=12absinCS = \dfrac{1}{2}ab\sin C
Три сторониформула Герона

Друга формула — це насправді перша: висота hah_a дорівнює bsinCb\sin C, бо вона є катетом прямокутного трикутника з гіпотенузою bb і кутом CC. Тому окремо запам'ятовувати її не обов'язково — досить пам'ятати, звідки береться висота.

Приклад 1 — площа через дві сторони й кут

Сторони трикутника дорівнюють 66 і 1010, а кут між ними — 30°30°. Знайдемо площу.

  1. Беремо формулу S=12absinCS = \dfrac{1}{2}ab\sin C;
  2. підставляємо: S=12610sin30°S = \dfrac{1}{2} \cdot 6 \cdot 10 \cdot \sin 30°;
  3. оскільки sin30°=12\sin 30° = \dfrac{1}{2}, маємо S=126012=15S = \dfrac{1}{2} \cdot 60 \cdot \dfrac{1}{2} = 15.

Відповідь: 1515.

Для рівностороннього трикутника зі стороною aa формулу варто знати напам'ять — вона трапляється надто часто, щоб щоразу виводити:

S=a234.S = \dfrac{a^2\sqrt{3}}{4}.

Чотирикутники

Sпаралелограма=ah=absinα,Sромба=12d1d2,Sтрапеції=a+b2h.S_{\text{паралелограма}} = a h = ab\sin\alpha, \qquad S_{\text{ромба}} = \dfrac{1}{2}d_1 d_2, \qquad S_{\text{трапеції}} = \dfrac{a+b}{2}\,h.

Прямокутник і квадрат — окремі випадки: S=abS = ab і S=a2S = a^2.

Спільна ідея — основа × висота

Площа паралелограма — це «основа на висоту» (ahah), а трикутник дає половину (12ah\tfrac12 ah), бо він — половина паралелограма з тими самими основою й висотою.

Висота — не бічна сторона

У формулі S=ahS = ah висота hh — це перпендикуляр до основи, а не сусідня сторона. Плутанина тут — найпоширеніша помилка теми: для паралелограма з кутом 30°30° і сторонами 44 та 1010 площа дорівнює 410sin30°=204 \cdot 10 \cdot \sin 30° = 20, а зовсім не 4040.

Приклад 2 — площа трапеції

Основи трапеції дорівнюють 77 і 1313, висота — 66. Знайдемо площу.

  1. Знаходимо середню лінію (півсуму основ): m=7+132=10m = \dfrac{7 + 13}{2} = 10;
  2. множимо на висоту: S=106=60S = 10 \cdot 6 = 60.

Відповідь: 6060.

Круг, сектор і дуга

Sкруга=πR2,Sсектора=α360πR2,lдуги=α3602πR.S_{\text{круга}} = \pi R^2, \qquad S_{\text{сектора}} = \dfrac{\alpha}{360^\circ}\,\pi R^2, \qquad l_{\text{дуги}} = \dfrac{\alpha}{360^\circ}\cdot 2\pi R.

Сектор — частина круга між двома радіусами; його площа становить таку саму частку площі круга, яку кут α\alpha становить від повного кута 360°360°.

Обидві формули для сектора побудовані на одному множнику — частці α360°\dfrac{\alpha}{360°}. Тому окремо їх учити не треба: візьми повну величину (площу круга або довжину кола) і помнож на цю частку. Наприклад, чверть круга — це 90°360°=14\dfrac{90°}{360°} = \dfrac{1}{4} його площі.

Приклад 3 — площа сектора

Радіус круга дорівнює 66, центральний кут сектора — 120°120°. Знайдемо площу сектора.

  1. Частка від повного кута: 120°360°=13\dfrac{120°}{360°} = \dfrac{1}{3};
  2. площа всього круга: πR2=36π\pi R^2 = 36\pi;
  3. площа сектора: 1336π=12π\dfrac{1}{3} \cdot 36\pi = 12\pi.

Відповідь: 12π37,712\pi \approx 37{,}7.

Правильний многокутник

Площу правильного nn-кутника зі стороною aa й апофемою (радіусом уписаного кола) rr знаходять як половину добутку периметра на апофему:

S=12Pr=12(na)r.S = \dfrac{1}{2}P r = \dfrac{1}{2}\,(na)\,r.

Формула має просте пояснення: правильний nn-кутник розрізають із центра на nn рівних трикутників з основою aa й висотою rr. Площа кожного — 12ar\dfrac{1}{2}ar, а всіх разом — 12nar\dfrac{1}{2}nar, тобто 12Pr\dfrac{1}{2}Pr. Та сама ідея, до речі, працює й для площі трикутника через радіус уписаного кола: S=prS = pr.

Типові помилки

  • Беруть бічну сторону замість висоти. Висота завжди перпендикулярна до основи. Якщо дано кут, висоту дістають множенням сторони на синус цього кута.
  • Забувають множник 12\dfrac{1}{2} у площі трикутника. Швидка перевірка: площа трикутника має бути вдвічі меншою за площу прямокутника з тими самими основою й висотою.
  • Плутають радіус із діаметром у формулі круга. У S=πR2S = \pi R^2 стоїть саме радіус; якщо в умові дано діаметр, його спершу треба поділити навпіл.
  • Рахують частку сектора від 180°180° замість 360°360°. Повний кут круга — 360°360°.
  • Змішують одиниці. Якщо одна сторона в сантиметрах, а інша в метрах, перед множенням їх треба звести до однакових одиниць.

Перевір себе

Порада щодо вводу

Площу сектора вводь у частках π\pi (9*pi або ); решту — звичайним числом. Перевірка порівнює чисельно.

Розібрані приклади

Так виглядають задачі цієї теми в тренажері. Тут вони розібрані повністю — у самому тренажері числа в умові щоразу нові, а розв’язання відкривається після вашої відповіді.

  1. Приклад 1. Площа трикутника (основа й висота)

    Знайдіть площу трикутника з основою 14 14 і висотою 4. 4.

    Відповідь: 2828

    Розв'язання: S=12144=28S = \dfrac{1}{2}\cdot 14\cdot 4 = 28
  2. Приклад 2. Площа трикутника (сторони й кут)

    Знайдіть площу трикутника зі сторонами 8,8 8, 8 і кутом 30 30^\circ між ними.

    Відповідь: 1616

    Розв'язання: S=128812=16S = \dfrac{1}{2}\cdot 8\cdot 8\cdot \dfrac{1}{2} = 16
  3. Приклад 3. Площа паралелограма

    Знайдіть площу паралелограма з основою 5 5 і висотою 5. 5.

    Відповідь: 2525

    Розв'язання: S=55=25S = 5\cdot 5 = 25