正方形より円が強い?紐の長さと面積の不思議な関係を解説!

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同じ長さの紐で作った図形なのに、なぜ面積が違う?正方形と円を比べながら、等周問題の不思議をやさしく解説!

正方形より円が強い?紐の長さと面積の不思議な関係を解説!

 

目次

同じ紐の長さなのに、なぜ面積が変わるの?

紐の長さが、20㎝でその紐を使って 5㎝×5㎝の四角形と6㎝×4㎝の四角形を作ると同じ紐の長さなのに 何故か面積が変わりますよね。
不思議ですよね。

では、今日はこれについて解説します。

同じ長さの紐で四角形を作っても、形によって面積が変わるのは、実はとっても面白い数学の性質なんだ。これは「等周問題」っていうテーマにも関係していて、ざっくり言うと…

周りの長さが同じなら、正方形に近い形ほど面積が大きくなる!

たとえば、20cmの紐で作る四角形なら:

  • 5×5の正方形 → 面積は 25㎠ 1cm×1cmの正方形が、25個入る。
  • 6×4の長方形 → 面積は 24㎠ 1cm×1cmの正方形が、24個しか入らない。

どちらも周囲は 20cmだけど、面積は違うよね。これは、縦と横の長さが均等なほど、内側に広がる面積が最大になるっていう性質によるんだよ。

もっと細長い形(たとえば1×9)にすると、面積はもっと小さくなっちゃって1cm×1cmの正方形が、たったの9個しか入らないらなくなる。だから、正方形が最も効率よく面積を広げられる形ってことなんだ!

今までは、紐の長さが、20㎝の紐を使って四角形の形にしていたけど今度は、円にしたらどうだろうか?

 

🎈同じ紐の長さなら四角形よりも「円」が最強!

まずは、紐の長さが、20㎝で四角形と長方形で確認してみよう。

🧮数字で見てみよう!

  • 5×5の正方形 → 周りは 5+5+5+5 = 20cm、面積は 25㎠
  • 6×4の長方形 → 周りは 6+4+6+4 = 20cm、面積は 24㎠

どっちも紐の長さは同じだけど、正方形のほうが広いよね!

 

🌟同じ紐の長さなら、円がいちばん面積が大きくなる

これは「等周定理」っていうルールで、周の長さが同じなら、面積が最大になるのは円! って証明されてるんだよ。

【▼記事は、下記に続く】

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【▲上記の記事からの続き▼】

これは、円がまんべんなく広がってる形だから、 同じ長さの紐でも、ムダなく内側を囲めるってことなんだ!

🧪ちょっと計算してみよう!

紐の長さが20cmのとき:

  • 正方形なら → 1辺5cm → 面積は 25㎠

5cm×5cm =25㎠

 

  • 円なら → 周囲20cm → 半径 ≒ 3.18cm → 面積 ≒ 31.8㎠!

πr²=3.14×3.18² ≒ 31.8㎠

ほら、円のほうが広い!🌀

💡 周囲(円周)が20cmの円の半径を求めるには、円周の公式を使うよ!

🧮円周の公式

円周(C)はこうやって計算するんだ:

C=2 π r

ここで

  • C は円周(今回は20cm)
  • r は半径
  • πは円周率(約3.14)

🔍半径を求めるには?

式を変形して…

r = C / 2π

つまり、

r = 20 / 2 × 3.14
       20 / 6.28  ≒ 3.18 cm
半径は、約 3.18 cm
この半径を使って、円の面積を計算すると約31.8㎠と答えがでるよ~!

🌟答え:円の面積は約 31.8㎠!

 

🌟まとめると…

同じ長さの紐でも、形がバランスよく整ってるほど、広く囲めるんだ!そしてもっとも広くとれるのが、「円」が最強なんだよ~! これが「等周問題」っていう、でもやっぱり不思議だよね✨

 

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