《九章算術》?卷第一?方田——4種圓的面積公式

美麗的圓


問題一:已知一個圓的周長是6.28分米,求這個圓的面積。

解答:r=6.28÷2π=1(分米)? ? S=πr2=3.14×12=3.14(平方分米)

分析:這是一道常見的已知周長求面積的題目,所使用的知識點是蘇教版五年級下冊《圓的面積》。學生可以利用C=2πr或C=πd,求出該圓的半徑或直徑,再利用S=πr2求解。

但是,在《九章》中,提出了這樣一種解法:S=C2÷π÷4(傳統(tǒng)解法中π取3,所以原文是S=C2÷12,這里傳化了一下。)這樣,問題一可以這樣來解。

解答:S=C2÷π÷4=6.282÷π÷4=(2π)2÷π÷4=3.14(平方分米)

其實,這不過是對圓的面積公式進行了簡單的變換而已。如下圖:

公式變形(1)

這樣的變化讓我們繞過求圓的半徑,可以利用周長直接求解面積。除了這一點好處之外,它的優(yōu)越性到底體現(xiàn)在哪里?讓我們一探究竟。

《九章》中關于圓的面積記錄了4種算法,我們以問題二為例進行說明;

問題二:現(xiàn)有圓形田,圓周長為30步,直徑為10步。問田的面積是多少?(步:古代的計量單位)

算法一:以圓周之半與半徑相乘可得到圓田的面積。

算法一及公式推導

算法二:圓周與直徑相乘,除以4。

算法二及公式推導

算法三:直徑與直徑相乘,乘以3除以4。(備注:古代算法中π取3,所以這里的×3就是×π,在公式推導中已經(jīng)轉(zhuǎn)化過來了。)

算法三及公式推導

算法四:圓周與圓周相乘,除以12(這里的除以12就相當于除以除以π再除以4)


算法四及公式推導

綜上,我們就得到了圓面積的四種不同公式;

公式匯總

這樣的四種算法都可以變換成S=πR2。

? ? ? 從教學的角度考慮:在日常的教學中可能我們會更加注重學生對基本公式的記憶與運用,這種公式的變形往往被忽視,所以《九章》中的這四種算法對于學生理解公式之間的關系有很大的啟迪作用,可以鍛煉學生公式的互化能力。若是能夠熟練的運用,則會減少不必要的解題步驟,簡化過程。但是,從另一個角度思考,也會增加部分學生的記憶負擔,小學課標中并沒有明確提出學生需要掌握變形公式的能力,而這一點,往往到初中才會強調(diào)。

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