梯形

📐 几何初步·
⭐⭐⭐

🎯 学习目标

  • 理解梯形的定义及其基本性质
  • 掌握梯形面积的计算方法
  • 能识别等腰梯形并了解其特殊性质

📚 核心概念

梯形是只有一组对边平行的四边形。这组平行的边称为,通常把较短的叫上底,较长的叫下底;不平行的两边叫做。连接两底之间的垂直线段叫做

根据腰的特点,梯形可以分为普通梯形和等腰梯形。等腰梯形是指两条腰长度相等的梯形,它具有以下性质:

  • 两底角分别相等(即同一底上的两个角相等);
  • 对角线长度相等;
  • 是轴对称图形,对称轴是过两底中点的直线。

梯形的面积公式为:

S=(a+b)×h2 S = \frac{(a + b) \times h}{2}

其中 aabb 分别是上底和下底的长度,hh 是高。这个公式可以理解为:把两个完全相同的梯形拼成一个平行四边形,其底为 a+ba + b,高仍为 hh,所以一个梯形的面积就是平行四边形面积的一半。

📝 关键公式

  • 梯形面积公式S=(a+b)×h2S = \dfrac{(a + b) \times h}{2}
    示例:上底 a=3cma = 3\,\text{cm},下底 b=7cmb = 7\,\text{cm},高 h=4cmh = 4\,\text{cm},则面积 S=(3+7)×42=20cm2S = \dfrac{(3 + 7) \times 4}{2} = 20\,\text{cm}^2

  • 等腰梯形性质:两腰相等(AD=BCAD = BC),对角线相等(AC=BDAC = BD)。
    示例:在等腰梯形 ABCDABCD 中,若 ABCDAB \parallel CD,且 AD=BC=5cmAD = BC = 5\,\text{cm},则对角线 AC=BDAC = BD

💡 经典例题

例题1(基础):一个梯形的上底是 6 cm,下底是 10 cm,高是 5 cm,求它的面积。

解题过程

  1. 确认已知量:上底 a=6a = 6,下底 b=10b = 10,高 h=5h = 5
  2. 代入面积公式:
S=(6+10)×52=16×52=802=40 S = \frac{(6 + 10) \times 5}{2} = \frac{16 \times 5}{2} = \frac{80}{2} = 40
  1. 所以,这个梯形的面积是 40cm240\,\text{cm}^2

例题2(进阶):等腰梯形 ABCDABCD 中,ABCDAB \parallel CDAB=8cmAB = 8\,\text{cm}CD=14cmCD = 14\,\text{cm},腰长为 5 cm。求这个梯形的高和面积。

解题过程

  1. 因为是等腰梯形,从 AABB 向下底 CDCD 作垂线,垂足分别为 EEFF,则中间矩形 ABFEABFE 的宽为 AB=8AB = 8,左右两个直角三角形全等。
  2. 下底比上底多出的部分为 148=6cm14 - 8 = 6\,\text{cm},每边多出 6÷2=3cm6 \div 2 = 3\,\text{cm}
  3. 在直角三角形中,斜边(腰)为 5 cm,一条直角边为 3 cm,设高为 hh,由勾股定理:
h2+32=52h2=259=16h=4 h^2 + 3^2 = 5^2 \Rightarrow h^2 = 25 - 9 = 16 \Rightarrow h = 4
  1. 面积:
S=(8+14)×42=22×42=44cm2 S = \frac{(8 + 14) \times 4}{2} = \frac{22 \times 4}{2} = 44\,\text{cm}^2
  1. 所以,高为 4 cm,面积为 44cm244\,\text{cm}^2

⚠️ 易错点

  • 误认为有两边平行就是梯形:梯形必须只有一组对边平行。如果两组对边都平行,那就是平行四边形,不是梯形。避免方法:牢记“仅一组对边平行”。

  • 混淆上底和下底:其实哪条是上底或下底不影响面积计算,因为公式中 a+ba + b 是对称的。但要注意高必须是这两条平行边之间的垂直距离。

  • 用错高:高不是腰长,也不是任意斜边,而是两底之间的垂直距离。画图时应明确标出高。

  • 等腰梯形性质乱用:只有等腰梯形才有“底角相等”“对角线相等”等性质,普通梯形不具备。使用前先确认是否为等腰梯形。

💡 例题

1

在一个等腰梯形中,上底是4cm,下底是6cm,腰长是5cm。求这个梯形的面积。

① 在等腰梯形中,从上底两端向下底作垂线,将梯形分成一个矩形和两个全等的直角三角形。 ② 下底比上底多:6 - 4 = 2(cm) 每个直角三角形的底边长:2 ÷ 2 = 1(cm) ③ 在直角三角形中,已知斜边(腰)为5cm,底边为1cm,设高为h。 根据勾股定理:5² = 1² + h² 25 = 1 + h² h² = 24 h = √24 = 2√6(cm) ④ 梯形面积 = (上底 + 下底) × 高 ÷ 2 = (4 + 6) × 2√6 ÷ 2 = 10 × 2√6 ÷ 2 = 10√6(cm²)

2

正六边形的对角线有两种可能的长度。较短的对角线与较长的对角线的比值是多少?请用最简根式分数表示。

两种对角线长度分别为 ABABACAC。正六边形每个内角为 180(62)/6=120180(6-2)/6=120 度。因此,角 BCABCA 的度数为 120/2=60120/2=60 度。又因为含 120 度角的等腰三角形的两个底角各为 (180120)/2=30(180-120)/2=30 度,所以 CBA\angle CBA 是直角,即三角形 ABCABC 是一个 30-60-90 三角形。因此,ABABACAC 的比值为 32\boxed{\frac{\sqrt{3}}{2}}

✏️ 练习

1

一个正方形和四个半径均为5英寸的圆按图示方式排列。这个正方形的面积是多少平方英寸?

Rendering Diagram...
2

正六边形 ABCDEFABCDEF 的顶点 AACC 分别位于 (0,0)(0,0)(7,1)(7,1)。求这个正六边形的面积。