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初一数学·约 14 分钟·二维图解

图形的周长与面积:数格子,还是数边界

用 L 形把面积与周长分开数:面积每次加 2,周长每次加 4,一般式分别是 2n+1 与 4n+4,学会先问"题目数什么"。

题目

用边长为 1 的小正方形摆 L 形:第 1 个由 3 个小正方形组成(横 2 格、竖 2 格,共用角落一格);以后每一个比上一个横加 1 格、竖加 1 格。

面积 3周长 8面积 5周长 12面积 7周长 16面积 9周长 20

前四个 L 形:每个比上一个横加一格、竖加一格。填充是小正方形(面积),粗线是边界(周长,每段长 1)。

  1. 写出前 4 个 L 形各用的小正方形个数(面积)与周长,分别说明每次增加多少。
  2. 用含有 nn 的式子表示第 nn 个 L 形的面积与周长,并用第 1 个核对。
  3. 第 10 个 L 形的周长是多少?为什么周长的式子也可以看作“边长为 n+1n+1 的方框周长”?

答案:前 4 个 L 形面积 3、5、7、9(每次加 2),周长 8、12、16、20(每次加 4)。第 n 个面积 2n+1,周长 4n+4;第 10 个周长 44。

核心:同一串图形能数两件不同的事——小正方形的个数(面积)和边界段数(周长)。两串数各有自己的规律,先把“数什么”问清楚。

播放时先看 L 形怎样逐个长大,再看粗线描出的边界怎样每次多 4 段。

互动演示正在加载。下方可直接展开每一步的图解。

按步骤看图,自己说出理由

点开一步,先指着图说“这一部分为什么这样数”,再读说明。上方动画使用相同步骤,可逐步播放。

1.面积加二,周长加四

面积 3;周长 8

面积 5;周长 12

面积 7;周长 16

面积 9;周长 20

用小正方形摆直角折尺一样的图形:第一个用三格,第二个五格,第三个七格。面积每次加二,因为横的方向加一格,竖的方向也加一格。同一串图还有另一件事可数:周长。第一个周长八,第二个十二,第三个十六,每次加四。

2.周长数的是边界段

面积 7;周长 16

粗线段是图形的边界,每段长 1;周长就是边界段数。

第 3 个:面积 7,周长 16——两串数都在等差增加

求周长时,看的是边界:沿着图形外沿走一圈,走过多少段长度为一的边。看第三个折尺形,边界段一共十六段,所以周长是十六。计算周长时,看边界有多少段,每段长度是多少。

3.添三条新边,减一条旧边

虚线标出原来的外边:接上新格后,它变成内部共边,不再计入周长。

每格:新增 3 条 − 旧边 1 条=净增 2 条

每大一格:面积 +2(横竖各加 1 格),周长 +4(每格添 3 条外边,少 1 条旧边)

也可以装进边长 n+1 的方框看:缺口的两条边同样在边界上,周长恰是方框周长 4(n+1)。

为什么周长每次加四?先在横端接一格,原来末端的一条边变成内部共边;新格有三条边在外面。增加三条,减少一条,周长净增加两条。竖端再接一格,也增加三条、减少一条,净增加两条。两个新格合起来,面积增加二,周长增加四。

4.同一串图,两条规律
项号与对应的数
项号第 1 项第 2 项第 3 项第 4 项第 5 项
数值357911
相邻增加起点+2+2+2+2
项号与对应的数
项号第 1 项第 2 项第 3 项第 4 项第 5 项
数值812162024
相邻增加起点+4+4+4+4

面积 2n+1,周长 4n+4:同一个图,两件事分开数

把两串数放在一起:面积是三、五、七、九,一般式是二乘以序号加一;周长是八、十二、十六、二十,一般式是四乘以序号加四。同一串图,面积和周长的规律不同,因为所求的量不同。看到图形题,先问清楚:题目求面积,还是求周长。

这一课接在固定增量课之后:两串数都是等差,但它们数的是不同的东西。

生活里的它:相框与照片

给照片配相框:照片越大(面积),用的框边越长(周长)——但两者的算法不同。照片按张数/格数算,相框按边条长度算。铺地砖算的是面积,买踢脚线算的是周长;同一间房子,两笔账分开算。

面积:每次横竖各加一格

第 1 个 L 形:横 2 格+竖 1 格,共 3 格。变大一格时,横的方向加 1 格、竖的方向加 1 格,所以面积依次是 3、5、7、9,每次 +2:

3+2(n−1)=2n+13+2(n-1)=2n+1

用 n=1 核对:2×1+1=3 ✓。

周长:数边界段,不是数格子

周长沿外沿走一圈。第 1 个 L 形边界 8 段,第 2 个 12 段,第 3 个 16 段——每次 +4:

8+4(n−1)=4n+48+4(n-1)=4n+4

为什么正好 +4?先在横端接一格:新格有 3 条边在外面,原来末端的 1 条外边变成内部共边。周长净增 3−1=2。竖端也这样接一格,再净增 2,所以一共增加 4。动画中的虚线标出不再计入周长的旧边。

还有一个更快的看法:第 n 个 L 形正好装进边长 n+1n+1 的方框,而缺口处的两条边同样在边界上,所以周长恰是方框的周长 4(n+1)4(n+1)。

同一串图,两条规律

第几个 面积 周长
1 3 8
2 5 12
3 7 16
4 9 20
一般 2n+1 4n+4

第 10 个周长:4×10+4=44。两个式子都是等差,但增量不同(2 对 4),因为数的东西不同。

自测:先问数什么,再动笔

自测 1:换成空心方框

用小正方形摆空心方框:第 1 个是 3×3 方框去掉中间 1 格(8 格),第 2 个是 4×4 去掉内部 2×2(12 格)。写出前 3 个的格数与一般式。

核对第 1 题

8、12、16;一般式 4n+4。边长 n+2 的方框去掉边长 n 的内部:格数 (n+2)²−n²=4n+4。

也可以直接数:每条边数 n+1 格,各留一个角给下一条边,四角不重复,共 4(n+1)。又是 4n+4——这里数的是方框的格数;L 形那题数的是边界长度。式子相同,也要分清数的是什么。

自测 2:相同格数,周长相同吗

把 4 个小正方形拼成条、拼成方块、拼成 T 形、拼成 L 形。哪些摆法周长相同?为什么?

核对第 2 题

条形、T 形和 L 形周长都是 10;2×2 方块周长是 8。数边界:每处共边让周长少 2。

1×4 有 3 处共边:16−6=10;2×2 有 4 处共边:16−8=8;T 形 3 处共边:10;L 形 3 处共边:10。面积都是 4,周长随拼法变——再次说明面积与周长各数各的。

自测 3:给周长配上图

一个由小正方形连成的图形周长是 4n+4、面积是 2n+1,它可能是什么形状?画出 n=2 的样子并核对。

核对第 3 题

L 形。n=2 时面积 5、周长 12:横 3 格+竖 2 格的 L。

反过来“由式子想图”是检验理解的好办法:面积 2n+1 说明格子每次加 2(横竖各 1),L 形横、竖各添一格,每格净增 2 条边,符合周长 4n+4。它是一种可能,图形不一定唯一。

下次见图形规律题,第一句话先问:数格子,还是数边界?第二句:新的一幅添了什么?