平面图形与立体图形的神奇

  平面图形和立体图形,他们中间也是有很多奥秘的,在三四年级的时候我们探究后,得知了一个长方形它的周长不变,如果它的长和宽差距越大,它的面积就越小,如果越接近面积就越大,如果正好是一个正方形的时候面积就最大。到了六年级的时候,几何方面学习的是立体图形,那么一个立体图形它的体积也和平面图形拥有同样的规律吗?

  如题:

下面有四个长方形,面积都是一样的。圆柱体可以围成,就是用一个长方形将他的一组对边接到一起,此时围成的就是一个圆柱的侧面,,当然还要加上上底面和下底面。这个时候围成这个圆柱体侧面的长方形面积都一样,但是长和宽却各不相同。那么究竟围成的哪一个圆柱体体积更大,哪一个更小呢?我们可以分别将它们的体积计算出出来——如图:

把它们的体积分别对比一下,可以得出——1>2>3>4。1号的体积最大,4号的体积最小。我发现了一件很神奇的事,长方形的长和宽差距越大,所围成的圆柱体体积就越大,如果长方形的长和宽差距越小,那么体积就越小。这又让我联想起了,原来我们说平面图形的面积的时候,一个长方形它的周长不变,如果它的长和宽差距越大,它的面积就越小,如果越接近面积就越大,如果正好是一个正方形的时候面积就最大。两者一对比,发现正好相反。原来我一直感觉立体图形也和平面图形个规律一样,谁知道他们竟然是相反的!

  那么这样的规律适用于所有的情况吗?一个长方形的周长不变,长和宽差距越大,面积越小,差距小则反之。我们只是通过了几个事例发现了这种规律不一定是普遍使用,还需要证明。如图:

我们可以先假设一个长方形,还有一个和它周长一样的正方形,如图:

正方形的边长可以用x来表示,他的面积是x的平方,也就是S1。长方形的长是b,宽是a,面积是ab,也就是S2。现在我们为了验证正方形的面积大于长方形的面积,可以用S1减去S2,看结果是否大于0,如果大于0说明正方形面积大于长方形面积,小于0就说明我们的猜想错误了。但这时遇到了一个问题,x²-ab,根本看不出来结果,这里有两组未知数。我想到了一个方法,可以把x用ab的形式代表,这样就可以运算了。那么它们之间有什么联系呢?我想了一下,发现2x不就是a+b吗,都是周长的一半,那么x=(a+b)÷2这个式子就出来了,x²就等于(a+b)÷2×(a+b)÷2,也就等于(a+b)/2×(a+b)/2,得到了(a+b)²/4。这时,我试着将两个面积相减:(a+b)²/4-ab,但也不知道结果是否大于0。那么,可不可以试着把ab移到(a+b)²的地方,这样算出来就可以直接得到一个分数了。可是要怎么做到呢?首先要吧ab也变成一个分数,还要保持大小不变,可以得到ab/1,但是(a+b)²/4-ab-ab/1也算不出来,必须让他们的分母一样才可以,这很简单、直接让ab/1的分子分母同时乘4就可以了,也就是4ab/4,这时(a+b)²/4-4ab/4就直接变成了(a+b)²-4ab/4,只用吧(a+b)²-4ab算出来就可以。我们可以吧(a+b)²拆分一下,这样更方便算。(a+b)×(a+b)就等于a×(a+b)+b×(a+b),就是a²+2ab+b²,a²+2ab+b²-4ab=a²-2ab+b²,但这样还是不行,最终我爸说再化简就是(a-b)²,最终就是(a-b)²/4,那么到底大于0吗?a和b都是自然数,(不等于0)相减等于自然数或者负数,自然数的平方÷4自然大于0。如果是负数就负负得正了,最终也会得到一个大于0得数,所以证明了S1>S2。猜想是正确的。

  那么围成圆柱体长方形的长和宽差距越大,所围成的圆柱体体积就越大,如果长方形的长和宽差距越小,那么体积就越小。这个猜想怎么证明?我目前还没有想出来,所以还不能说这是一定正确的,但是以后等到学了更多的知识,我还会继续证明的。

  我们之前所说的那个猜想,就是长方形的长和宽差距越大,所围成的圆柱体体积就越大,如果长方形的长和宽差距越小,那么体积就越小。这个规律适用于所有的立体图形吗?我们可以看一下长方体和正方体。我改变一下,变成不只是它的侧面积相同,整个表面积也相同,这个时候它的体积又有怎样的规律呢?我们可以先举几个特例来看一看。如图:

我们可以先假设一个正方体,其中一个面的边长是10,它的表面积就是600。再算一下,就可以得到这个正方体的体积就是1000。接着我又举了几个例子,是长方体。它们的表面积同样也是600。这个时候再分别算一下它们的体积,一个是792,一个是687.5。将这几个不同的立体图形的体积对比一下可以得到:1000>792>687.5。我发现这个立体图形其中一个面的长和宽差距越大,它的体积就越小。长宽越接近,体积就越大,当是一个正方形的时候,它的体积最大。看来这个规律,也适用于别的立体图形。

 

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