从特殊到一般思想,证明格点面积皮克公式

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 格点问题大家都见过,小学基本也有,所谓皮克公式,就是求格点多边形(顶点都在格点的多边形)的面积的公式:

这个公式简洁明了,也好记,今天主要说说怎么证明,并用到一种数学思想:从特殊到一般思想(从简单到复杂),其实还有从一般到特殊的情况,其实都是先研究简单的再一点点的研究复杂的,一般情况简单就先研究一般情况, 特殊情况简单就先研究特殊情况!如学习平行四边形,三角形等知识,都是先学一般的情况,因为性质少。

那我们用的是从特殊到一般,多边形有很多种啊,先简化出一种,就是三角形(最简单的多边形)

数一数符合不:

数了数也没用不具有代表性啊?

这时候再特殊化一点,横平竖直的直角三角形怎么样?

横平竖直直角三角形好像也不好搞定,但是两个全等的直角拼成一个横平竖直的矩形就好整了!!!

具体步骤,不是一般性,设边上(不含顶点)整点个数分别为m,n.证明采用的就是验证法,用皮克公式算一遍,用普通公式(长乘宽)算一遍,能对上号就说明正确,因为m,n任意,所以具有一般代表性!

这里都没算到最后,大家自己算算,算完两种结果是一样的!这就说明矩形面积符合皮克公式,好了就以此为根据地,继续证明Rt三角形。

如下:

矩形一分为二,恰好两个一模一样的直角三角形,他们的内点,边点都相等。上图是,割线没有整点的情况,内点一边一半,但是边点一边多了一个!A,B处的分开,导致了边点的增加(顶点显然也是边点)。导致新Rt的边点为(原矩形边点个数+2)/2=m+n+3.

当分割线上有整点时:

换一种说明方式,正好消掉,也符合公式!好了这就证明了直角三角形满足皮克公式,再以此为根据地继续证明:

任意水平竖直底的三角形,都可以分割成两个直角三角形:

一样符合,慢慢看出规律来了吧,分割线上产生整点也不影响公式的使用!

那更一般的三角形呢?

如下:

可以看做矩形减去三个直角三角形

具体步骤,这次是减,但是依旧同理:

分割线上的整点变化a,边点对应变化-2a,还有顶点个数的变化+-2

减一个角先试试:

这样就证明了任意三角形满足皮克公式!!!

其实,所有的格点多边形,都可以看做格点三角形拼凑而成,所以继续就可以证明任意多边形的皮克公式了,

这里以四边形为例:

没算完自己算算是不是一样的?

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