《九章算术》 卷第一 方田——4种圆的面积公式

美丽的圆


问题一:已知一个圆的周长是6.28分米,求这个圆的面积。

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

分析:这是一道常见的已知周长求面积的题目,所使用的知识点是苏教版五年级下册《圆的面积》。学生可以利用C=2πr或C=πd,求出该圆的半径或直径,再利用S=πr²求解。

但是,在《九章》中,提出了这样一种解法:S=C²÷π÷4(传统解法中π取3,所以原文是S=C²÷12,这里传化了一下。)这样,问题一可以这样来解。

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

其实,这不过是对圆的面积公式进行了简单的变换而已。如下图:

公式变形(1)

这样的变化让我们绕过求圆的半径,可以利用周长直接求解面积。除了这一点好处之外,它的优越性到底体现在哪里?让我们一探究竟。

《九章》中关于圆的面积记录了4种算法,我们以问题二为例进行说明;

问题二:现有圆形田,圆周长为30步,直径为10步。问田的面积是多少?(步:古代的计量单位)

算法一:以圆周之半与半径相乘可得到圆田的面积。

算法一及公式推导

算法二:圆周与直径相乘,除以4。

算法二及公式推导

算法三:直径与直径相乘,乘以3除以4。(备注:古代算法中π取3,所以这里的×3就是×π,在公式推导中已经转化过来了。)

算法三及公式推导

算法四:圆周与圆周相乘,除以12(这里的除以12就相当于除以除以π再除以4)


算法四及公式推导

综上,我们就得到了圆面积的四种不同公式;

公式汇总

这样的四种算法都可以变换成S=πR²。

      从教学的角度考虑:在日常的教学中可能我们会更加注重学生对基本公式的记忆与运用,这种公式的变形往往被忽视,所以《九章》中的这四种算法对于学生理解公式之间的关系有很大的启迪作用,可以锻炼学生公式的互化能力。若是能够熟练的运用,则会减少不必要的解题步骤,简化过程。但是,从另一个角度思考,也会增加部分学生的记忆负担,小学课标中并没有明确提出学生需要掌握变形公式的能力,而这一点,往往到初中才会强调。

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