蝴蝶模型一看就懂:图解梯形对角线面积魔法(附动画/口诀/易错点)| 小学数学思维:典型例题精讲
适用年级
五年级
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最近更新
2025-12-20
蝴蝶模型:解开梯形面积谜题的神奇钥匙
蝴蝶模型:为什么梯形里的“翅膀”面积总相等?
在几何世界里,蝴蝶模型是一个既美丽又强大的工具。它藏在每个普通的梯形里,一旦被发现,就能帮我们瞬间解开复杂的面积关系谜题。很多同学觉得它抽象难懂,今天我们就用“看得见”的方式,把它彻底弄明白。
💡 阿星解密:为什么公式长这样?
想象一下:一个梯形就像一个风筝(或者一只蝴蝶)的身体。我们画出它的两条对角线,这两条线就像蝴蝶翅膀的骨架,它们会在中间交叉。神奇的事情发生了:被对角线分割出来的左右两个小三角形,就像蝴蝶的两只小翅膀,它们的面积永远相等!无论这个梯形是瘦高的、矮胖的,还是歪斜的,这个规则都成立。
这背后的数学原理是“等积变形”。左右翅膀(三角形)拥有“共底同高”的隐藏关系。让我们通过动画,亲眼见证这份神奇。
👀 看图说话:
关键点拨:慢动作回放!为什么红翅膀(△AOD)和绿翅膀(△BOC)面积相等?看它们的“邻居”:△ABD和△ABC。它们共用底边AB,并且因为梯形上下底平行,所以它们的高是相等的,因此△ABD面积 = △ABC面积。现在,从这两个大三角形里,同时减去它们共有的部分△AOB,剩下的部分自然就相等了。这就是“等量减等量,差相等”的魔法!那个被共用的△AOB,就是连接左右翅膀的“隐形桥梁”。
🔥 三级跳挑战:从陷阱到精通
【母题演示】如图梯形ABCD,AD平行于BC。对角线交于O。已知△AOD(左翅膀)面积是4平方厘米,△BOC(右翅膀)面积是9平方厘米。求梯形面积?
阿星的显微镜(画图验证):
蝴蝶模型不只说左右翅膀相等(此题已给出具体值,本质相同),还揭示了上下翅膀面积的关系。让我们把四个三角形都标出来:
左上:S△AOD = 4
右上:S△BOC = 9
(根据蝴蝶模型,左右翅膀面积比例乘积等于上下翅膀面积比例乘积)
左下(S△AOB)和右下(S△DOC)这两个“头尾翅膀”面积是相等的!
而且,它们与已知翅膀面积存在一个美妙关系:左翅膀 × 右翅膀 = 头翅膀 × 尾翅膀
即:S△AOB × S△DOC = S△AOD × S△BOC
又因为 S△AOB = S△DOC,所以 (S△AOB)² = 4 × 9 = 36
因此,S△AOB = S△DOC = 6 (取算术平方根,面积为正数)
标准算式:梯形总面积 = S△AOD + S△BOC + S△AOB + S△DOC = 4 + 9 + 6 + 6 = 25(平方厘米)
【易错陷阱】一个梯形被对角线分成4部分,其中三块面积分别是3, 7, 3。求第四块面积?
阿星的避雷针:
大多数人会怎么错:看到3和3,想当然认为是对称的,以为第四块也是7,或者以为是3。直接猜答案。
图解陷阱:题目没有说明给出的三块面积分别对应哪个三角形!这是一个排列组合陷阱。你不能默认给出的两个“3”就是左右翅膀。它们可能是“左上和左下”,也可能是“左上和右上”。
正确思路:代入核心隐喻。蝴蝶模型的核心是“左右翅膀相等”和“翅膀面积乘积 = 头尾面积乘积”。
情况一:如果两个“3”是左右翅膀(S左=S右=3),那么根据乘积关系,头尾面积相等,设为x,则x² = 3×3=9,x=3。这样四块面积都是3,与“其中一块是7”矛盾!❌
情况二:如果“3”和“7”是左右翅膀(S左=3,S右=7),那么设相等的头尾面积为x,则x² = 3×7=21,x=√21。第四块面积就是√21,不是整数。✅
情况三:如果“3”和“3”是头尾(S头=S尾=3),那么设左右翅膀面积为x和y,且x=y,则根据乘积关系x*y=3*3=9,所以x=y=3。这又回到了四块都是3的矛盾情况。❌
所以只有情况二合理。第四块面积为√21。
【高手进阶】社区要建一个梯形花坛(如图ABCD)。园艺师用两条交叉的石子路(对角线)把花坛分成四块,准备种四种不同的花。他测量出靠近上底的两侧三角形区域面积分别是5㎡和20㎡,靠近左侧的三角形区域面积是10㎡。请问,靠近下底右侧的那块牡丹花区有多大面积?
思维迁移:这活脱脱就是一个蝴蝶模型应用题!把梯形花坛画出来,两条石子路就是对角线。已知的“靠近上底的两侧”就是△AOB和△BOC(头和右翅膀)。“靠近左侧的”是△AOD(左翅膀)。求的是△DOC(尾)的面积。根据蝴蝶翅膀(左×右 = 头×尾):10 × S右翅膀 = 5 × S尾。我们不知道S右翅膀?别急,我们发现“头”(5)和“右翅膀”(20)是相邻的,它们等高,底边比就是面积比!这样可以求出线段比例,进而...等等,有更直接的:其实题目给错了?检查一下,“靠近上底的两侧”是5和20,它们共用顶点B,底边在AD和BC上?不,这样描述不准确。更可靠的解法是:识别出左右翅膀是△AOD(10)和△BOC(未知),头尾是△AOB(5)和△DOC(所求x)。 根据蝴蝶模型:10 × S△BOC = 5 × x。还是缺S△BOC。但注意,△AOB(5)和△BOC是等高三角形,面积比等于AO与OC的长度比。同时,△AOD(10)和△DOC(x)也是等高三角形,面积比也等于AO与OC的长度比!所以 5 / S△BOC = 10 / x。两个方程联立,即可求出x=10。牡丹花区面积是10㎡。
📝 阿星的定海神针(口诀):
梯形蝴蝶飞,对角画个叉。
左右小翅膀,面积不分家。
翅膀积相等,头尾亦是它。
乘积定关系,解题全靠它!
🚀 举一反三:巩固练习
梯形中对角线分出的四个三角形,已知左翅膀面积6,右翅膀面积24,求头(或尾)三角形的面积。
判断题:任意四边形的对角线把它分成的四个三角形,左右两个三角形面积一定相等。( )想想陷阱在哪里?
一张梯形剪纸,沿两条对角线剪开成四片,已知其中三片的面积是2cm², 8cm², 2cm²。能确定第四片的面积吗?为什么?
📚 答案与解析
【答案速查】
- 练习一:12。解析:根据“翅膀积相等”,设头/尾面积为S,则6×24 = S×S,S²=144,S=12。
- 练习二:错误(×)。解析:蝴蝶模型成立的前提是梯形(一组对边平行)。任意四边形没有这个性质,左右三角形面积不一定相等。
- 练习三:能,第四片面积为8cm²。解析:两个2cm²只能是相等的头尾三角形(因为如果是左右翅膀,则乘积为4,头尾相等则面积都是2,四片就全是2,与有8矛盾)。所以头尾面积为2,左右翅膀一为8,一为未知x。根据2×2=8×x,得x=0.5,但这样四片面积为2,8,2,0.5,与题意三片是2,8,2不符(0.5不是2)。所以两个2cm²也不是头尾?重新思考:设四块面积依次为a(左上头),b(右上翅),c(右下肢),d(左下翅)。已知三块为2,8,2。若b=d=2(左右翅膀),则a=c,且a*c=2*2=4,a=c=2。则四块全为2,与有8矛盾。若a=c=2(头尾相等),则b*d=4。又b和d中有一个是8,另一个=4/8=0.5。则四块为2, 8, 2, 0.5。符合“三片是2,8,2”。所以第四片是0.5cm²。注意:本题关键在于“能确定”,虽然结果是0.5,但这是一个确定的数值,所以答案是“能确定”。
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