| 教育コラム 2009. 05 special version |
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等周問題 |
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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。 |
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○ 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。 |
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○ 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。 |
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(校長 田中智志) |
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