平面几何 · 面积关系

蝴蝶模型

两次同高比较,得到相对两块面积的乘积相等。

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01

三块已知,第四块是多少?

凸四边形 ABCD 的对角线 AC、BD 相交于内部点 O。已知三角形 AOB、BOC、DOA 的面积依次为 6、9、12 平方厘米。求三角形 COD 的面积。图中 p、q、r、s 分别表示四块面积,按 AOB、BOC、COD、DOA 的顺序固定标记。

四边形对角线交于O,四块面积依次是6、9、未知、12 ABCDOp = 6q = 9r = ?s = 12

图形只用于说明点的顺序、共线和分块;不要量图推定已知条件。虚线为到 AC 的高。

本题演示 · 第 0 / 4 步

先固定位置

p=AOB,q=BOC,r=COD,s=DOA。未知的是 r。

p=6,q=9,s=12

02

学习准备与适用条件

学习目标

  • 从同高三角形推出四块面积的比例和乘积关系。
  • 用三块面积反推第四块,结合总面积求解结构变式。
  • 区分面积乘积相等、面积相等与对角线平分。

必要前置

三角形面积=底×高÷2;等高三角形的面积比等于底边比;比例的交叉相乘与按比分配。高是顶点到底边所在直线的垂直距离。

本页是项目编排的 S班几何方法拓展,不声称是六年级上册必学或某机构官方课纲。

凸四边形对角线相交于内部 O四块均有正面积位置标记一致

“蝴蝶模型”是本页对这种分块关系的名称。图像是否像蝴蝶不构成依据。凹四边形、交点在边界或延长线上的情形,本页公式的正面积表述不直接涵盖,应重新证明。

03

为什么相对面积的乘积相等?

以下 [XYZ] 表示三角形 XYZ 的面积。固定 p=[AOB]、q=[BOC]、r=[COD]、s=[DOA]。这里的“相对”指 p 与 r、q 与 s。

  1. 固定顶点 B,比较 AC 上的底。A、O、C 共线,三角形 AOB 与 BOC 到 AC 的高相同,故 p/q=AO/OC。
  2. 固定顶点 D,再比较同一组底。三角形 DOA 与 DOC 到 AC 的高相同,故 s/r=AO/OC。B 与 D 的两条高可以不同;从未要求它们相等。
  3. 连接两个比例。p/q=s/r,四块面积都为正,所以交叉相乘得到 pr=qs。
  4. 换一条对角线检查。B、O、D 共线,同理有 p/s=q/r=BO/OD,交叉相乘仍得 pr=qs。

两个基础面积比

p/q = s/r = AO/OC

p/s = q/r = BO/OD

每一次比较,都明确使用哪一条底边所在直线及哪个共同顶点。

三块求第四块

r = qs/p

已知 p、q、s 时使用,p>0。面积单位必须相同。未知块换位置时,重新写 pr=qs 再移项。

S班结构:从局部比例到总面积

若 AO:OC=m:n,则 p:q=s:r=m:n,也有 (p+s):(q+r)=m:n。原因是可令 p=mu、q=nu、s=mv、r=nv,其中 u、v>0;两组和分别为 m(u+v)、n(u+v)。

若另外 BO:OD=a:b,则四块可写成 p:q:r:s=ma:na:nb:mb。总权重为 (m+n)(a+b),总面积 T 的每一块等于 T 乘对应权重再除以总权重。这是先按 AC 两侧分组、再按 BD 分组的结果,不要求对角线垂直。

04

两道完整例题

例题一|三块求第四块

凸四边形 ABCD 的对角线交于 O,p=[AOB]=6,q=[BOC]=9,s=[DOA]=12,面积单位均为平方厘米。求 r=[COD] 及整个四边形面积。

  1. 由同高比较,p/q=s/r,即 6/9=12/r。
  2. 交叉相乘:6r=9×12=108,故 r=18 平方厘米。
  3. 四块无重叠且覆盖整个四边形,总面积为 6+9+18+12=45 平方厘米。
  4. 检查:6×18=9×12=108;AO:OC=6:9=2:3,BO:OD=6:12=1:2,都不等于 1:1。

例题二|总面积与面积差反推四块

凸四边形 ABCD 的对角线交于 O,AO:OC=2:3,四边形面积为 75 平方厘米。已知 [DOA] 比 [AOB] 大 10 平方厘米,求四块面积。

  1. 设四块依次为 p、q、r、s。由同高关系 p:q=s:r=2:3,故 (p+s):(q+r)=2:3。
  2. 左侧两块的和 p+s=75×2÷5=30;又 s−p=10。
  3. 和差求解:p=(30−10)÷2=10,s=(30+10)÷2=20。
  4. 再按 2:3 放大:q=10×3÷2=15,r=20×3÷2=30,单位均为平方厘米。
  5. 检查:10+15+30+20=75,20−10=10,10×30=15×20=300,全部符合题意。
05

迁移练习

练习一|结果不一定是整数

在同样的凸四边形分块中,p=5、q=7、s=9 平方厘米。求 r 和四边形总面积。

查看完整解析

由 pr=qs,r=7×9÷5=63/5 平方厘米。总面积为 5+7+9+63/5=(25+35+45+63)/5=168/5 平方厘米。面积可以是分数;不能为了得到整数而四舍五入后继续套等式。

练习二|两条对角线的分段比

凸四边形 ABCD 的对角线交于 O,AO:OC=3:5,BO:OD=2:3,总面积为 80 平方厘米。求 p、q、r、s。

查看完整解析

由 AO:OC 得 p:q=s:r=3:5,由 BO:OD 得 p:s=q:r=2:3。统一写成 p:q:r:s=(3×2):(5×2):(5×3):(3×3)=6:10:15:9。总权重为 40,每份为 80÷40=2 平方厘米,因此 p=12、q=20、r=30、s=18 平方厘米。核对:12:20=18:30=3:5,12:18=20:30=2:3,四块和为 80。

06

边界、反例与回顾

面积乘积相等,不推出对角线互相平分

例题一的 6、9、18、12 满足 pr=qs,却有 AO:OC=2:3、BO:OD=1:2。一个具体可实现的坐标模型是 O=(0,0),A=(−4,0),B=(1,3),C=(6,0),D=(−2,−6)。用 AC 上的底和到 AC 的高可直接算出四块面积为 6、9、18、12;这也说明反例确实来自凸四边形。

不能给任意四个正数都贴上“蝴蝶”标签

若四块按固定次序写为 6、9、17、12,则 6×17=102,而 9×12=108。不满足必要关系,故它们不可能是本页同一凸四边形对角线分出的四块面积。不能为了匹配图形随意调换面积的位置。

解题回顾:核对凸四边形与内部交点 → 固定 p、q、r、s 位置 → 找同高组 → 写面积比 → 用 pr=qs 或分组和求解 → 代回原条件检查。

07

逐章回看

点击章节标题,定位到视频中的对应讲解。

凸四边形的两条对角线交于内部点 O。把四块面积按顺序标为 p、q、r、s。

先看顶点 B 两侧的两块:它们的底都在 AC 上,高相同。

所以 p 比 q,等于 AO 比 OC。再看顶点 D,两块同样满足 s 比 r 等于这个底边比。

两个面积比相等,交叉相乘:p 乘 r,等于 q 乘 s。记的是相对两块的乘积。

例如 p 是六,q 是九,s 是十二。未知的 r,就等于九乘十二,再除以六,得到十八。

检查:六乘十八,与九乘十二,都等于一百零八。面积比是二比三,不是一比一。

这不说明对角线互相平分。本例 AO 比 OC 是二比三,BO 比 OD 是一比二。

使用前,确认是凸四边形的相交对角线,标清四块位置,再用同高面积比推导,别只凭蝴蝶形状套公式。