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Geometry · real student question

用五个边长 1 cm 的正方形边对边拼接,拼出两个周长不相等的图形,并分别求出它们的周长。

Question

把五个边长 11 cm 的正方形边对边拼接(每个正方形必须与相邻的正方形完全对齐)。请拼出两个周长不相等的图形,并分别求出它们的周长。

Step-by-step solution

  1. 先想清楚为什么面积定不了周长。 每种拼法用的都是同样的五个正方形,所以每个图形的面积都是 5 cm25\ \text{cm}^2。可是周长取决于正方形之间是怎么贴合的——这正是本题要说明的道理:面积相等并不意味着周长相等。

  2. 推出计数规律。 五个分开的正方形一共露出 5×4=205\times 4=20 条单位边。每把两个正方形拼到一起,双方各有一条边被藏起来,总数就减少 22:

    周长=20−2×(公共边的条数)\text{周长}=20-2\times(\text{公共边的条数})

    所以内部接触越少的图形,周长越大。

  3. 图形一——五个正方形排成一行。 排成一条直线时,每个正方形只与紧挨着的邻居相接,共有 44 条公共边:

    P=20−2(4)=12 cmP=20-2(4)=12\ \text{cm}

    直接核对一下:这一行是 55 cm 长、11 cm 宽,所以 P=2(5+1)=12P=2(5+1)=12 cm。

  4. 图形二——三个排成一行,上面再叠两个。 下面一层取格子 (0,0),(1,0),(2,0)(0,0),(1,0),(2,0),上面一层取 (0,1),(1,1)(0,1),(1,1)。接触处有 (0,0) ⁣− ⁣(1,0)(0,0)\!-\!(1,0)、(1,0) ⁣− ⁣(2,0)(1,0)\!-\!(2,0)、(0,1) ⁣− ⁣(1,1)(0,1)\!-\!(1,1)、(0,0) ⁣− ⁣(0,1)(0,0)\!-\!(0,1) 和 (1,0) ⁣− ⁣(1,1)(1,0)\!-\!(1,1)——一共五条公共边:

    P=20−2(5)=10 cmP=20-2(5)=10\ \text{cm}

  5. 沿边界走一圈来确认图形二。 从左下角出发顺时针走:上 22、右 22、下 11、右 11、下 11、左 33。合计 2+2+1+1+1+3=102+2+1+1+1+3=10 cm,与公式一致。

  6. 写出答案并点出背后的原理。

    一字排开:12 cm;3 加 2 的块状:10 cm\boxed{\text{一字排开:}12\ \text{cm};\quad 3\text{ 加 }2\text{ 的块状:}10\ \text{cm}}

    五个正方形摆成 L 形(横着三个、一侧竖起两个)同样只有 44 条公共边,所以周长也是 1212 cm——和一字排开一样。真正让周长变小的是紧凑程度,而不是看上去「拐了几个弯」。

Answer

一字排开:12 cm; 紧凑的 3+2 块状:10 cm\text{一字排开:}12\text{ cm};\ \text{紧凑的 }3+2\text{ 块状:}10\text{ cm}

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