正多边形的面积和周长的关系
在周长相等的平面图形中,面积最大的是圆.对错.(判断对错)?
在周长相等的平面图形中,面积最大的是圆.对错.(判断对错)?
在边数相等的情况下正多边形的面积最大--比如若两相邻的边不等,容易证明在保持长度和不变的情况下一旦将它们换成相等时,比原面积要大,所以面积最大的是正多边形.然后证明边数越大面积越大,方法是将正多边形像切蛋糕那样从中心点切成一片一片三角形,每一个三角形的面积等于边长乘以中心到边的距离除以2,于是整个多边形的面积等于周长乘以中心到边的距离除以2,周长一定时,中心到边的距离越长,面积越大.可证,边长越多时中心到边的距离越大,当边长趋于无穷时,中心到边的距离趋近于中心到顶点的距离,这时候面积是最大的.
由此得出周长一定的时候,正多边形的面积随着边数的增加而增加,当边数趋近于正无穷时面积最大值,即为圆;
所以,面积最大的是圆.
故答案为:√.
为什么周长相等的情况下圆的面积最大?
周长相等的情况下圆的面积最大,数学上可以严格证明,但是过于专业,我们用推理的方法,也可以说明周长相等时,圆的面积最大。
拿来一根铁丝对折,可以认为是两条边,面积是零,围成一个正三角形,三条边,面积增加了,围成一个正四边形,四条边,面积继续增加,当正多边形边数是无限多时,就是圆,此时面积最大。
周长相等的两个正多边形的面积大小关系?
设平面上的一个凸的正多边形,周长为C,有n个边。
容易想象,若我们把这个多边形的n个顶点,和这个多边形的中心,连接起来,
我们就得到了n个等腰三角形。
多边形的面积,就是n个这些等腰三角形面积之和。
这些等腰三角形,顶角角度是360°/n,底边长度为C/n。
用字母 θ 表示顶角角度 360°/n。
运用三角函数知识,求得,等腰三角形面积底×高÷2(C/n)× (C/2n)÷sin(θ/2) ÷2 C2/4n2÷sin(θ/2)C2/4n2÷sin(180°/n)。
正多边形面积,就是C2/4n÷sin(180°/n)了。
可见,4n×sin(180°/n)越小,那么相同周长的时候,正多边形面积越大。
我们设180°/n为x,且由于n是大于等于3的整数,所以x大于零且小于60°,也就是0<x<π/3。所以4n×sin(180°/n) 4π×sinx÷x,因为180°π(这一步是叫换元,来简便计算)
问题简化为sinx÷x越小,相同周长的时,正多边形面积越大。
由高等数学知识,知道x无限接近于零,同时仍是正数时,sinx÷x最小(其实这时sinx÷x无限接近于1),正多边形面积越大。
所以,n趋向于无穷大的时候,4n×sin(180°/n)就越小,正多边形面积C2/4n÷sin(180°/n)就越大。
所以,相同周长时,边数n越多,正n边形面积越大。