Площадь трапеции

Существует множество способов найти площадь трапеции. Обычно репетитор по математике владеет несколькими приемами ее вычисления, остановимся на них подробнее:
1) Трапеция S_{Tp}=\dfrac{BC+AD}{2}\cdot BH, где AD и BC основания, а BH-высота трапеции. Доказательство: проведем диагональ BD и выразим площади треугольников ABD и CDB через полупроизведение их оснований на высоту:

S_{ABD}=\frac{1}{2} \cdot AD\cdot BH

S_{CDB}=\frac{1}{2} \cdot BC\cdot DP, где DP – внешняя высота в \triangle CDB.

Вывод формулы площади трапецииСложим почленно эти равенства и учитывая, что высоты BH и DP равны, получим:

S_{Tp}=S_{ABD}+S_{CDB}=\frac{1}{2}\cdot AD\cdot BH + \frac{1}{2} \cdot BC \cdot BH

Вынесем за скобку \frac{1}{2} \cdot BH:

S_{Tp}=\frac{1}{2} \cdot BH \cdot (AD+BC) = \dfrac{AD+BC}{2} \cdot BH.
Что и требовалось доказать.

Следствие из формулы площади трапеции:
Так как полусумма оснований равна MN — средней линии трапеции, то S_{Tp}=MN \cdot BH

2) Применение общей формулы площади четырехугольника.
Площадь четырехугольника равна половине произведения диагоналей, умноженной на синус угла между ними S=\frac{1}{2}AC\cdot BD \cdot SinO
Для доказательства достаточно разбить трапецию на 4 треугольника, выразить площадь каждого через «половину произведения диагоналей на синус угла между ними» (в качестве угла берется \angle O, сложить получившиеся выражения, вынести \frac{1}{2}Sin O за скобку и раскладываю эту скобку на множители методом группировки получить ее равенство выражению (AO+CO) \cdot (BO+DO) . Отсюда S_{Tp}=\frac{1}{2}(AO+CO)(BO+DO) \cdot SinO=\frac{1}{2} AC\cdot BD \cdot Sin O

3) Метод сдвига диагонали
Это мое название. В школьных учебниках репетитор по математике не встретит такого заголовка. Описание приема можно найти только в дополнительных учебных пособиях в качестве примера решения какой-нибудь задачи. Отмечу, что большинство интересных и полезных фактов планиметрии репетиторы по математике открывают ученикам в процессе выполнения практической работы. Это крайне неоптимально, ибо школьнику нужно выделять их в отдельные теоремы и называть «громкими именами». Одно из таких – «сдвиг диагонали». О чем идет речь?Прием репетитора по математике. Сдвиг диагонали Проведем через вершину B прямую параллельную к АС до пересечения с нижним основанием в точке E. В таком случае четырехугольник EBCA будет параллелограммом (по определению) и поэтому BC=EA и EB=AC. Нам сейчас важно первое равенство. Имеем:
S_{BED}=\frac{1}{2} \cdot BH \cdot ED = \frac{1}{2} \cdot BH \cdot (AE+AD) = \frac{1}{2} \cdot BH \cdot (BC+AD) = S_{Tp}

Заметим, что треугольник BED, площадь которого равна площади трапеции, имеет еще несколько замечательных свойств:
1) Его площадь равна площади трапеции
2) Его равнобедренность происходит одновременно с равнобедренность самой трапеции
3) Верхний его угол при вершине B равен углу между диагоналями трапеции (что очень часто используется в задачах)
Свойство медианы треугольника EBD4) Его медиана BK равна расстоянию QS между серединами оснований трапеции. С применением этого свойства я недавно столкнулся при подготовке ученика на мехмат МГУ по учебнику Ткачука, вариант 1973 года (задача приводится внизу страницы).

Спецприемы репетитора по математике.

Иногда я предлагаю задачи на весьма хитрый путь нахождении я площади трапеции. Я отношу его к спецприемам ибо на практике репетитор их использует крайне редко. Если вам нужна подготовка к ЕГЭ по математике только в части B, можно про них и не читать. Для остальных рассказываю дальше. Оказывается площадь трапеции в два раза больше площади треугольника с вершинами в концах одной боковой стороны и серединой другой, то есть треугольника ABS на рисунке:
Спецприем репетитораДоказательство: проведем высоты SM и SN в треугольниках BCS и ADS и выразим сумму площадей этих треугольников:



S_{BCS}=\frac{1}{2}\cdot BC \cdot SM

S_{ADS}=\frac{1}{2} \cdot AD \cdot SN

Так как точка S – середина CD, то SM=SN =\frac {1}{2} \cdot MN (докажите это сами).Найдем cумму площадей треугольников:

S_{BCS}+S_{ADS}= \frac{1}{2} \cdot BC \cdot SM + \frac {1}{2} \cdot AD \cdot SM =

=\frac{1}{2} \cdot SM \cdot (BC+AD)=\frac{1}{2} \cdot  \frac {1}{2}\cdot MN \cdot (BC+AD)=\frac{1}{2} \cdot S_{TP}

Так как эта сумма оказалась равной половине площади трапеции, то S_{ABS} — вторая ее половина. Ч.т.д.

В копилку спецприемов репетитора я бы отнес форму вычисления площади равнобедренной трапеции по ее сторонам: S_{TP}=\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)(p-d)}, где p – полупериметр трапеции. Доказательство я приводить не буду. Иначе ваш репетитор по математике останется без работы :). Приходите на занятия!

Задачи на площадь трапеции:

Замечание репетитора по математике: Нижеприведенный список не является методическим сопровождением к теме, это только небольшая подборка интересных задач на вышерассмотренные приемы.

1) Нижнее основание равнобедренной трапеции равно 13, а верхнее равно 5. Найдите площадь трапеции, если ее диагональ перпендикулярна боковой стороне.
2) Найдите площадь трапеции, если ее основания равны 2см и 5см, а боковые стороны 2см и 3см.
3) В равнобокой трапеции большее основание равно 11, боковая сторона равна 5, а диагональ равна 4 \sqrt{5}. Найти площадь трапеции.
4) Диагональ равнобокой трапеции равна 5, а средняя линия равна 4. Найти площадь.
5) В равнобедренной трапеции основания равны 12 и 20, а диагонали взаимно перпендикулярны. Вычислить площадь трапеции
6) Диагональ равнобокой трапеции составляет с ее нижним основанием угол 45^\circ. Найти площадь трапеции, если ее высота равна 6см.
7) Площадь трапеции равна 20, а одна из ее боковых сторон равна 4 см. Найдите расстояние до нее от середины противоположной боковой стороны.
8) Диагональ равнобокой трапеции делит ее на треугольники с площадями 6 и 14. Найти высоту, если боковая сторона равна 4.
9) В трапеции диагонали равны 3 и 5, а отрезок, соединяющий середины оснований равен 2. Найти площадь трапеции (Мехмат МГУ, 1970г).

Я выбирал не самые сложные задачи (не стоит пугаться мехмата!) с расчетом на возможность их самостоятельного решения. Решайте на здоровье! Если вам нужна подготовка к ЕГЭ по математике, то без участия в этом процессе формулы площади трапеции могут возникнуть серьезные проблемы даже с задачей B6 и тем более с C4. Не запускайте тему и в случае каких-либо затруднений обращайтесь за помощью. Репетитор по математике всегда рад вам помочь.

Колпаков А.Н.
Репетитор по математике в Москве, подготовка к ЕГЭ в Строгино.