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  • 数数格点算出面积

    日期:2003-09-21  地址:  作者:
      

    张方格纸上,上面画着纵横两组平行线,相邻平行线之间的距离都相等,这样两组平行线的交点,就是所谓格点。

      如果取一个格点做原点O,如图1,取通过这个格点的横向和纵向两直线分别做横坐标轴OX和纵坐标轴OY,并取原来方格边长做单位长,建立一个坐标系。这时前面所说的格点,显然就是纵横两坐标都是整数的那些点。如图1中的O、P、Q、M、N都是格点。由于这个缘故,我们又叫格点为整点。
      一个多边形的顶点如果全是格点,这多边形就叫做格点多边形。有趣的是,这种格点多边形的面积计算起来很方便,只要数一下图形边线上的点的数目及图内的点的数目,就可用公式算出。
      设格点多边形的面积为S,多边形内部有N个格点,多边形边线上有 L个格点。为了寻求公式,我们从简单的图形(如图2,图3,图4)考虑起,并列成一表,探求它们之间的关系。

       图1            

      

    图2             图3

         

    图4

     

    图形

    S

    N

    L

    S-N

    L/2


    OABC

    1

    0

    4

    1

    2


    OPQR

    4

    1

    8

    3

    4


    OQB

    1/2

    0

    3

    1/2

    3/2


    OPC

    1

    0

    4

    1

    2


    OLMR

    8

    3

    12

    5

    6


    EFG

    9/2

    1

    9

    7/2

    9/2


    HIJKXY

    10

    7

    8

    3

    4

      看过上表的前四行,我们可能感到很失望,S,N,L之间看不出有什么联系来,不过,我们在前面已经看到,当S很大时,S和N的差(相对地说)是很少的。因此,我们在表上添了一列,包含S-N,这行数字是随着L而增大的。如果用2去除L,列到最后一刻,我们立刻得到下面的有趣的关系:

               S-N=-1,

    即           s=n+-1。

      这个公式是皮克(Pick)在1899年给出的,被称为“皮克定理”,这是一个实用而有趣的定理。我们这里并不想对皮克定理给予严格的证明,同学们可以通过不同的格点多边形验证它的正确性。

      不过,通常我们需要计算的图形,往往并不是格点多边形。因此,首先需要通过割补的办法,化为面积相近的格点多边形,然后再用皮克公式进行计算。

      同学们,当你亲自算出一些图形的实际面积时,你一定会为科学的胜利而感到无限的欣慰。

    摘自中学数学


    Tags:面积 数数
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