卡在這題?用 AI 解開它
Geometry · real student question

用五個邊長 1 公分的正方形沿邊拼接,拼出兩個周長不同的圖形,並寫出各自的周長。

Question

把五個邊長 11 公分的正方形沿邊拼接(每個正方形都必須與鄰居完全對齊)。請拼出兩個周長不相等的圖形,並求出各自的周長。

Step-by-step solution

  1. 先看出為什麼面積決定不了周長。 每一種排法都用同樣的五個正方形,所以每個圖形的面積都是 5 公分25\ \text{公分}^2。但周長取決於正方形彼此怎麼貼合——這正是這個活動的重點:面積相同並不逼出周長相同。

  2. 推導出計數規則。 五個分開的正方形會露出 5×4=205\times 4=20 條單位邊。每當兩個正方形貼在一起,兩邊各藏起一條,總數就少 22:

    周長=20−2×(共用邊的數目)\text{周長}=20-2\times(\text{共用邊的數目})

    所以內部接觸較少的圖形,周長較大。

  3. 圖形一——五個正方形排成一直排。 排成一列時每個正方形只碰到緊鄰的鄰居,共有 44 條共用邊:

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

    直接檢查:這一排是 55 公分乘 11 公分,所以 P=2(5+1)=12P=2(5+1)=12 公分。

  4. 圖形二——三個排成一列,上面再疊兩個。 底層取格子 (0,0),(1,0),(2,0)(0,0),(1,0),(2,0),上層取 (0,1),(1,1)(0,1),(1,1)。接觸處是 (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) 與 (1,0) ⁣− ⁣(1,1)(1,0)\!-\!(1,1)——共五條共用邊:

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

  5. 沿著圖形二的邊界走一圈來確認。 從左下角出發順時針走:上 22、右 22、下 11、右 11、下 11、左 33。也就是 2+2+1+1+1+3=102+2+1+1+1+3=10 公分,與公式一致。

  6. 寫出答案並點出背後的原理。

    一直排:12 公分;3 加 2 方塊:10 公分\boxed{\text{一直排:}12\ \text{公分};\quad 3\text{ 加 }2\text{ 方塊:}10\ \text{公分}}

    五個正方形排成 L 形(三個橫排、一側往上兩個)同樣只有 44 條共用邊,所以周長也是 1212 公分——和一直排一樣。真正讓周長變小的是「緊湊」,而不是看起來有沒有轉折。

Answer

一直排:12 公分; 緊湊的 3+2 方塊:10 公分\text{一直排:}12\text{ 公分};\ \text{緊湊的 }3+2\text{ 方塊:}10\text{ 公分}

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