為什麼相同周長,圓的面積比正方形大?
這個數學問題,中學時就會證明,但其中的原理卻沒有那麼簡單。
具體的證明公式如下:
還有更直接的:
以上證明只說明了結果是對的,卻沒有說明產生結果的原因。
有人說正方形多了幾個角,所以面積變小了。
讓我們來看看下面兩個圖形:
正方形與長方形都是4個角,相同周長正方形面積大,圓和橢圓都沒有角,相同周長,圓面積大。
面積與角沒有關係,為什麼呢?
要弄清楚原因,首先要知道維度的概念。
一維:一條直線。
二維:一個平面。
零維三維多維,這裡涉及不到,不說了,免得把你繞暈。
我們平時說的周長,其實是一個一維的概念,在一維上研究面積,就好比把一塊木板平行著拿到眼睛正前方觀看一樣,不管是什麼形狀,都是一條線,沒有任何意義的,周長與面積不存在任何固然關係。
只有在二維上面研究一維才有意義,所以這個問題有一個前提條件,在一個平面上,為什麼相同周長,圓的面積比正方形大?
一個二維平面,是由一個或多個形狀組成,研究二維平面,其實就是在研究形狀。
形狀是由多個邊圍繞而成,這裡的邊可以是直線,也可以是弧線(弧線可以看作是無限多條直線組成,在後面的極限運算中並不影響)。
這個問題轉換為了一個多邊形面積的問題——固定周長,多邊形面積關係,證明見下圖。
這是一個嚴謹的證明,固定周長的形狀中,圓的面積最大,當然也大於正方形,這是一個形狀,或者說一個二維平面的固有屬性。
懂了沒?
下次有人問你以上問題,你可以這麼回答:這是二維平面的固有屬性,圓是相同周長的形狀中,面積最大的,那就像4大於3一樣!沒有為什麼!