http://udn.com/news/story/7314/792418
昨晚,你被那国小数学四边形逼疯了吗? 联合报 记者陈皓嬿╱即时报导
昨天晚上,有一道国小数学题目,把众网友逼疯,该问题也被转载到脸书社群上,让困惑
的族群快速扩大中。
昨晚在PTT八卦版上,有一位网友“k4”PO了一张图片,并问“图中灰色面积是多
少”(http://disp.cc/b/163-8zJJ)。
根据k4提供的图片,该图为一个60公尺x35公尺的长方形,中间开了两条底为8公
尺的直的平行四边形道路,还有一条底为5公尺的横的平行四边形道路。
该题目问,如果扣掉这三条白色道路的面积,剩下的灰色面积为多少?
一开始许多人纷纷吐嘈、嘲笑k4,提出“平行四边形面积=底x高=同底等高的长方形
面积”,因此只要将歪斜的道路拉直,然后并到边边角角,就可以算出灰色区域的面积,
等同于一个长为60-8X2=44公尺,宽为35-5=30公尺的长方形,其面积为
44x30=1320平方公尺(如下图)。
http://uc.udn.com.tw/photo/2015/03/27/realtime/643838.PNG
但这个解法很快被打脸(并还k4一个清白),因为把白色道路拆掉后,灰色区域怎么样
都无法拼成一个完整的长方形,中间会留有空隙,因此网友们顿时将题目难度从国小跃升
到大学以上等级,引起大家热烈讨论。
后来,有人先把题目的图画到纸上,然后将中间道路剪下来,发现剩余部分的确无法拼成
完整长方形,但边边多出来的部分能否靠“挖东墙补西墙”补上,又有争议。
有人则祭出工程绘图软件CAD,把图重新绘制一遍,后来发现问题症结点,是当直的两
条路和横的那条路之间,夹角变化不同时,中间重叠的部分,面积也会跟着变动?
CAD挪移的结果显示,当横路与直路夹的内角较小时,重叠的平行四边形所占面积最大
,因此灰色面积总和最小,当横路与直路互相垂直时,重叠的平行四边形所占面积最小,
灰色的面积总和最大,等于1320平方公尺(如下图)。
http://uc.udn.com.tw/photo/2015/03/27/realtime/643835.PNG
为了让大家可以早点洗洗睡,记者也默默祭出联合报“阅读数学”专栏作家赖以威解惑。
半夜被要胁因此还不能睡觉的赖以威解释,问题关键卡在“中间重叠的平行四边形角度未
知,所以无法推算其面积”;换句话说,只要两路夹角一变动,中间重叠面积就会跟着变
,因此此题无解。
赖以威举例,先看横路(宽为5公尺)平行长方形的长的情况,在此条件下,该横路的宽
(5公尺)就会是中间重叠平行四边形的高,因此只要直路的宽(都是8公尺)不变,不管
直路和横路间的角度如何变化,中间重叠的平行四边形面积都是固定的,面积等于直路宽
(底)X横路宽(高)=8X5=40平方公尺。
但赖以威指出,只要横路没有平行于长方形的长,那么中间重叠的平行四边形的底和高就
都改变了,平行四边形的高不再是5公尺,因此中间重叠的面积必然不相同。
http://uc.udn.com.tw/photo/2015/03/27/realtime/643836.JPG
比较两个例子(见上图,记者半夜只能阳春手绘真是不好意思,请各位别介意)。
例子一是如上所述,横路、直路的宽都是8,且横路(蓝色)平行于长方形的长,因此不
管直路(红色)的角度如何歪斜,两者中间重叠的平行四边形面积皆为8X8=64。
例子二则是同样维持直路横路宽为8,但是横路(蓝色)不平行长方形的长,直路(红色
)不平行长方形的宽,而两路互相垂直,因此中间重叠的面积是一个正方形。
正方形的边为8cosθ,或是8cosφ,根据RHS相似,θ=φ(废话,正方形的边当然
都一样长),所以计算该正方形面积,会等于8cosθ X 8cosφ = 64(cosθ
)^2,而只有在θ=0的时候,cosθ才会等于1,因此很显然例二中的正方形面积,不
等于例一中的平行四边形面积。
好啦,证明完毕,大家赶快洗洗睡吧!还有疑问的话,欢迎读者上赖以威的脸书(
https://www.facebook.com/iweilai0924)继续讨论。
下图是赖以威和他的朋友们共同制作的“互动绘图”,打开该页面可以看到左边长方形上
的红点可以拖曳,以改变三条道路的角度,并观看面积变化;右方的图则是将三条道路拿
掉后,读者可以试图拖曳不同的四边形,将灰色剩余面积拼拼看能不能变成一个长方形。
http://tube.geogebra.org/student/mHf26bqcB