梯形(在英式英语中称为“trapezium”)是指至少有一对平行边的四边形。其面积公式为:
A = ½(b₁ + b₂)h
其中 b₁ 和 b₂ 是两条平行边(“底边”)的长度,h 是它们之间的垂直距离(“高”)。本指南通过几何方式证明该公式,逐步讲解4个计算实例,并涵盖等腰梯形和英式“trapezium”术语陷阱等特殊情况。
梯形有四条边。其中恰好两条是平行的——这两条就是底边,通常标记为 b₁(按惯例较长的那条)和 b₂(较短的那条)。
另外两条边称为腰。在一般梯形中,它们彼此不平行;如果平行,该图形就会变成平行四边形。
高 h 是两条平行边之间的垂直距离——是垂直测量的距离,而不是沿腰的长度。
一个直观的证明:取两个完全相同的梯形,将一个翻转,然后沿一条腰拼接。组合后的图形是一个底为 (b₁ + b₂)、高为 h 的平行四边形。该平行四边形的面积是底 × 高 = (b₁ + b₂) × h。由于这包含了两个原始梯形,因此一个梯形的面积就是一半:(b₁ + b₂) × h / 2。
另一种证明:沿对角线将梯形切成两个三角形。一个三角形底为 b₁,高为 h(面积 = ½ × b₁ × h)。另一个底为 b₂,高为 h(面积 = ½ × b₂ × h)。总和:½b₁h + ½b₂h = ½(b₁ + b₂)h。
无论哪种方法,公式都能清晰地推导出来。
一个梯形的两条平行边分别为 8 厘米和 12 厘米,它们之间的垂直距离为 5 厘米。
A = ½(8 + 12)(5) = ½(20)(5) = ½(100) = 50 cm²。
一个梯形的面积为 60 cm²,两条底边分别为 8 厘米和 12 厘米。求其高。
60 = ½(8 + 12) × h
60 = ½ × 20 × h
60 = 10h
h = 6 cm
公式可以方便地重排为:h = 2A / (b₁ + b₂)。
一个等腰梯形的两条底边分别为 6 和 10,斜腰长度为 5。求其面积。
等腰梯形的两条腰长度相等。根据对称性,如果从较短底边的两端点向较长底边作垂线,会在两端各切出两个全等的直角三角形。每个三角形的斜边为 5(腰长),水平直角边为 (10 − 6) / 2 = 2。
根据勾股定理,高(垂直直角边)为 h = √(5² − 2²) = √21 ≈ 4.58。
面积 = ½(6 + 10)(√21) = 8√21 ≈ 36.66 cm²。
一个梯形的顶点坐标为 (0, 0)、(6, 0)、(4, 3) 和 (1, 3)。求其面积。
底边是两条水平线段(因为两对点的 y 坐标分别相等)。上底:从 (1, 3) 到 (4, 3),长度为 3。下底:从 (0, 0) 到 (6, 0),长度为 6。高:y = 0 和 y = 3 之间的垂直距离为 h = 3。
A = ½(3 + 6)(3) = ½(9)(3) = 13.5 平方单位。
面积公式适用于所有三种类型——只需要底边长度和高。
在美式英语中,trapezoid(梯形)指至少有一对平行边的四边形,而 trapezium(不规则四边形)指没有平行边的四边形。
在英式英语(以及美国以外的大多数地区),含义是相反的:trapezium(梯形)指至少有一对平行边的四边形,而 trapezoid(不规则四边形)指没有平行边的四边形。
如果您正在阅读教科书或论文,请核实其使用的定义惯例。公式 A = ½(b₁ + b₂)h 适用于具有平行边的图形——无论资料来源如何称呼它。
大多数现代美国教科书采用包含式定义:梯形有至少一对平行边。根据此定义,平行四边形是梯形的特例(它们有两对平行边)。
较旧的排除式定义要求恰好一对平行边,从而排除了平行四边形。大多数当代几何学采用包含式定义,因为它使定理和公式更具普遍性。
对于已知四条边长的梯形面积问题,请使用梯形计算器。对于图形不一定是梯形的通用“任意四边形面积”情况,请参阅任意多边形面积。对于相关的平行四边形(即两对边都平行的梯形),请参阅平行四边形计算器。
只给四条边长,如何求梯形面积? 您需要知道高或足以推导出高的信息。如果给定四条边长但没有垂直高,您可以利用对角线长度,或者如果梯形是等腰的或有直角,则可以通过勾股定理求解。对于仅凭四条边长确定的任意梯形,其面积并非唯一确定。
梯形和平行四边形有什么区别? 平行四边形有两对对边平行。梯形(美式)至少有一对平行边。根据包含式定义,每个平行四边形都是梯形;根据排除式定义,平行四边形都不是梯形。
正则梯形的面积是多少? “正则梯形”不是一个标准术语——大多数梯形在多边形意义上不是正则的(只有正多边形具有所有边和角相等,这会使它们成为平行四边形甚至正方形)。您可能听说过“等腰梯形”——请参阅上文相关内容。