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教育コラム 2009. 05 special version
 
  等周問題
 
   先日、NHKで本校の授業が取りあげられました。
 その授業でみんなで考えたのが「周囲の長さが一定のとき、面積が最大の図形は何か?」という問題です。
 これは 「等周問題」といい、古代ギリシアの時代から知られています。
 

 長方形、正方形、円についていうと、
 長方形の面積よりも、正方形の面積のほうが大きく、正方形の面積よりも、円の面積のほうが大きいのです。
  つまり  長方形<正方形<円   です。

 それぞれ、証明してみましょう。


 
   
  ○ 長方形の面積<正方形の面積

 まず、一辺の長さがaの正方形があるとします。
 このとき、周囲の長さは 4a で、面積は a×a  です。
 次に、縦辺の長さをbだけ長くし、横辺の長さをbだけ短くして、長方形にします。
 すると、縦の長さは a+b 、横の長さは a−b ですから、
 長方形の面積 = (a+b)(a−b)
           = a×a − b×b
 つまり、元の正方形の面積から b×b を引いたものです。
 したがって、bが小さければ小さいほど、長方形の面積が大きくなります。
 つまり、b=0 ならば、長方形の面積は最大になります。
 これって、正方形ですね。

   
  ○ 正方形の面積<円の面積

 さきほどの例にそくしていえば、
 円周が 4a の円の直径は  4a/π
 したがって、半径は その半分ですから 2a/π
 したがって、面積は   2a/π × 2a/π × π
              = 4a×a/π
 一辺の長さが a の正方形の面積は a×a ですから、
 a×a < 4a×a/π といえればいいのです。
 両辺を a×a で平等に割ると、 この式は 1<4/π となります。
 つまり、4/π が 1 よりも大きければ、いいのです。
 もちろん、4/3.14=1.27 ですから、たしかに1より大きい。
 したがって、円の面積のほうが大きい、というわけです。

   
(校長 田中智志)
 
 
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