錯題解析

墊腳凳塗色:等積變形讓兩塊面積剛好相等

數學.第 4 冊.2026/07/27.第 05 題 | 主題:同底等高.等積變形.面積比較(素養非選題)

題目

如下圖,阿澤自己設計一張「墊腳凳」,其側面由梯形 ABCD長方形 ADEF 組成, 其中 AD ∥ BC∠ABC = 90°。 阿澤原本打算在墊腳凳左、右兩側的長方形 ADEF 區域塗顏色, 但發現準備的顏料恰好只夠塗其中一側的長方形,所以需要變更原本的設計。 請回答下列問題,並完整說明你的理由。

(1) 連接 BEADG 點,並作 BDCG, 說明為何 △BDE 的面積 = 四邊形 CDEG 的面積
(2) 承(1),若阿澤改成只在左右兩側的四邊形 CDEG 區域塗顏色, 則原本準備的顏料是否恰好足夠?
正確答案(1) 用同底等高證明 (2) 恰好足夠(CDEG 正好是長方形的一半)
題目原文

錯在哪裡

這題的難點在於「要證明兩塊看起來完全不同的圖形面積相等」。
△BDE 是三角形、CDEG 是四邊形,形狀天差地遠, 直接算面積會很麻煩(因為沒給任何長度)。

正確的策略:找出兩塊圖形「共有的部分」,只比較剩下的部分。
用對角線 DG 把兩塊都切開:
△BDE = △BDG + △DGE(因為 G 在 BE 上)
四邊形 CDEG = △CDG + △DGE(DG 是它的對角線)
兩者都有 △DGE ——共同部分!
所以只要證明 △BDG = △CDG 就完成了。

而 △BDG 和 △CDG 剛好是「同底等高」:
・共同的底:DG(在 AD 上)
・因為 AD ∥ BC,B 和 C 到直線 AD 的距離相等
→ 兩三角形面積相等 ✓

看到「證明兩塊面積相等」,先想「切掉共同部分」, 再用「同底等高」——這是這類題目的標準套路。

正確解法

第 (1) 小題:證明 △BDE = 四邊形 CDEG

Step 1 用 DG 把兩塊都切開
圖形被 DG 切成
△BDE△BDG + △DGE
四邊形 CDEG△CDG + △DGE
兩者都包含 △DGE(共同部分),所以只要比較 △BDG 和 △CDG。
Step 2 證明 △BDG = △CDG(同底等高)
共同的底:DG(G、D 都在 AD 上,所以 DG 落在直線 AD 上)
:B 到直線 AD 的距離、C 到直線 AD 的距離
因為題目給了 AD ∥ BCB、C 都在直線 BC 上,而 BC ∥ AD → B 到 AD 的距離 = C 到 AD 的距離(平行線間距離處處相等) 同底(DG)、等高 → 面積相等: △BDG = △CDG
Step 3 兩邊各加上 △DGE
△BDG + △DGE = △CDG + △DGE △BDE = 四邊形 CDEG 得證 ✓

第 (2) 小題:顏料夠不夠?

Step 4 算出 △BDE 佔長方形 ADEF 的多少
設長方形 ADEF 的 AD = ℓ(長)、DE = h(寬)。
看 △BDE:
DE(長方形的一邊),長度 = h
是 B 到直線 DE 的距離
因為 ADEF 是長方形,DE ⊥ AD,且 B 在 AD 延伸方向外側: B 到直線 DE 的距離 = AD = ℓ △BDE 面積 = (1/2) × h × ℓ 而長方形 ADEF 的面積 = ℓ × h: △BDE = (1/2) × 長方形 ADEF 的面積
Step 5 得出結論
由第 (1) 小題,四邊形 CDEG = △BDE = 長方形的一半
現在要塗左右兩側的 CDEG: 兩側總面積 = 2 × (1/2 × 長方形) = 1 個長方形的面積 而顏料恰好夠塗一個長方形需要的量 = 擁有的量 答:顏料恰好足夠 ✓

結論整理

項目面積
長方形 ADEF(一側)ℓ × h = S
顏料可塗的量1 個長方形 = S
△BDE = 四邊形 CDEG(一側)S / 2
左右兩側 CDEG 合計2 × S/2 = S
需要 S、擁有 S → 恰好足夠 ✓

要記住的觀念

  • 同底等高的三角形面積相等。 這是本題的靈魂,也是整個面積單元最重要的性質。
  • 平行線之間的距離處處相等。 AD ∥ BC → B 和 C 到 AD 的距離一樣 → 這就是「等高」的來源。
  • 要證兩塊面積相等,先找「共同部分」切掉。 A + 共同 = B + 共同 ⟺ A = B 這招叫「等量減等量」,能把複雜圖形化成兩個簡單三角形的比較。
  • 三角形佔長方形的一半:底和高分別等於長方形的兩邊時, 面積必為長方形的一半。 (1/2) × 底 × 高 = (1/2) × 長 × 寬
  • 沒有給任何長度的面積題,一定是考「比例關係」不是「算數值」。 看到題目一個數字都沒有,就要往「同底等高」「等積變形」去想。
  • 非選題要把「理由」寫清楚: 寫出「因為 AD ∥ BC,所以 B、C 到 AD 等距,故 △BDG = △CDG(同底等高)」, 這句話本身就是主要的給分點。
「等積變形」的威力:頂點沿平行線滑動,面積不變
B ●──────────● C ← B、C 在同一條線上(BC ∥ AD) ╲ ╱ ╲ ╱ 不管頂點在 B 還是 C, ╲ ╱ 三角形的面積都一樣! ──────●──●────── ← 底 DG 在 AD 上 D G

△BDG 又高又斜、△CDG 比較正, 但因為「底相同、頂點在同一條平行線上」,面積完全相等。

這個性質可以用來「把歪掉的圖形變正」, 是幾何證明中最常用的技巧之一, 在梯形、平行四邊形、多邊形分割的題目都會出現。

記住這個畫面:頂點沿著平行於底邊的直線滑動時,面積不變。

類題自我檢測

1. 若長方形 ADEF 的 AD = 30 公分、DE = 20 公分,求 △BDE 的面積。
2. 承第 1 題,四邊形 CDEG 的面積是多少?
3. 若顏料只夠塗「半個長方形」,改塗兩側的 CDEG 夠不夠?

看解答

1. △BDE = (1/2) × DE × AD = (1/2) × 20 × 30 = 300(平方公分)

2. 由第 (1) 小題的結論: 四邊形 CDEG = △BDE = 300(平方公分) (長方形面積 = 600,CDEG 正好是一半 ✓)

3. 兩側 CDEG 合計 = 300 × 2 = 600 平方公分 = 一整個長方形
但顏料只夠塗半個長方形 = 300 平方公分
600 > 300 → 不夠 ✗ 只夠塗其中一側。

我的原始作答

原始作答

卷面上寫了 「是」(顏料足夠),第 (2) 小題的結論正確 ✓

但這題是非選題,而且明確要求「完整說明你的理由」, 所以過程的完整度就是分數的來源。 特別是第 (1) 小題整題都是「說明」,只寫答案是拿不到分的。

建議的完整寫法:

(1) 連接 DG,將兩個圖形分別切開:
   △BDE = △BDG + △DGE
   四邊形 CDEG = △CDG + △DGE
   兩者都含有 △DGE,故只需比較 △BDG 與 △CDG。

   △BDG 與 △CDG 以 DG 為共同底
   ∵ AD ∥ BC,∴ B、C 兩點到直線 AD 的距離相等(平行線間距離處處相等)
   ∴ 兩三角形同底等高 → △BDG = △CDG

   兩邊各加 △DGE:
   △BDE = 四邊形 CDEG 得證

(2) 設長方形 ADEF 中 AD = ℓ、DE = h,面積 = ℓh
   △BDE 以 DE 為底(長 h),高為 B 到 DE 的距離 = AD = ℓ
   △BDE = (1/2) ℓh = (1/2) × 長方形面積    由(1):四邊形 CDEG = △BDE = 長方形的一半
   左右兩側合計 = 2 × (1/2) 長方形 = 1 個長方形
   顏料恰好夠塗一個長方形 → 恰好足夠 ✓

三個關鍵得分句,一定要寫出來:
 ① 「兩者都含有 △DGE」——說明你懂得用共同部分相消
 ② 「因為 AD ∥ BC,所以 B、C 到 AD 等距」——這是等高的理由
 ③ 「同底等高,面積相等」——寫出所依據的性質名稱

你的幾何直覺是對的(答案猜對了), 現在要練的是把腦中的想法用「∵ ∴」寫成證明。 證明題的分數幾乎全在過程, 每寫一句有根據的話,就多拿一分。

複習標記

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