Wielkie odkrycie 1899 — Pick

Twierdzenie Picka

Rozszerzenie tematu pola wielokąta i geometrii na kracie. Pole wielokąta o wierzchołkach w węzłach kratki wynosi i + b/2 − 1, gdzie i to punkty kratki wewnątrz, b na brzegu — pole wyznaczamy, licząc kropki, bez całkowania. Wzór podał Georg Pick w 1899 r.

Twierdzenie Picka
Matematyka · Geometria · Twierdzenie Picka (1899)
Wybierz wielokąt o wierzchołkach w węzłach kratki:
Pole wielokąta o wierzchołkach w węzłach kratki można wyznaczyć…
wewnątrz i
8
brzeg b
16
i + b/2 − 1
15
pole P
15
🎯 Wyzwanie: policz pole ze wzoru Picka
seria: 0

Dam Ci liczbę punktów wewnątrz i na brzegu — policz pole wielokąta kratowego: P = i + b/2 − 1.

Co się właśnie stało?

Zmieniałeś figurę — od prostokąta po wielokąt niewypukły. Za każdym razem liczba punktów kratki wewnątrz (ii) i na brzegu (bb) była inna, a mimo to i+b2−1i + \tfrac{b}{2} - 1 zawsze dawało dokładnie pole figury. Pole wyznaczyłeś licząc kropki.

Twierdzenie Picka:

P=i+b2−1P = i + \tfrac{b}{2} - 1

Sformułowane przez austriackiego matematyka Georga Picka w 1899 r., podaje zaskakująco prosty wzór na pole wielokąta, którego wszystkie wierzchołki leżą w punktach kratki (o współrzędnych całkowitych): ii to liczba punktów kratki wewnątrz wielokąta, a bb — liczba punktów kratki na jego brzegu. To znaczy, że pole można wyznaczyć po prostu LICZĄC KROPKI — bez całkowania, bez skomplikowanych wzorów!

Sprawdź sam:

Prostokąt: 8+162−1=158 + \tfrac{16}{2} - 1 = 15. Trójkąt: 6+102−1=106 + \tfrac{10}{2} - 1 = 10. Wielokąt L: 5+162−1=125 + \tfrac{16}{2} - 1 = 12. Za każdym razem wynik pokrywa się z polem policzonym wzorem na pole wielokąta.

Jak liczyć b (punkty na brzegu)?

Na każdym odcinku brzegu liczba punktów kratki (nie licząc jednego końca) to największy wspólny dzielnik różnic współrzędnych: dla odcinka od (x1,y1)(x_1,y_1) do (x2,y2)(x_2,y_2) jest to NWD(∣x2−x1∣, ∣y2−y1∣)\text{NWD}(|x_2-x_1|,\,|y_2-y_1|). Suma po wszystkich bokach daje bb.

Dla dowolnego wielokąta prostego:

Wzór działa dla dowolnego (także niewypukłego) wielokąta prostego o wierzchołkach kratowych. Twierdzenie Picka jest ulubionym przykładem „matematyki dyskretnej spotykającej geometrię" i bywa wykorzystywane m.in. w geometrii obliczeniowej.

Po co Ci to na maturze:

Gdy figura ma wierzchołki w węzłach kratki, pole policzysz P=i+b2−1P = i + \tfrac{b}{2} - 1 bez rozbijania na trójkąty i trapezy — wystarczy uważnie policzyć kropki wewnątrz i na brzegu. To także elegancki przykład związku geometrii z matematyką dyskretną.

Zapamiętaj: dla wielokąta o wierzchołkach kratowych P=i+b2−1P = i + \tfrac{b}{2} - 1 — punkty wewnętrzne plus połowa brzegowych minus jeden dają pole.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Wzór Picka

Dla wielokąta o wierzchołkach w węzłach kratki: P=i+b2−1P=i+\frac{b}{2}-1

Jak liczyć

  • ii — liczba węzłów kratki ściśle wewnątrz wielokąta,
  • bb — liczba węzłów na brzegu (łącznie z wierzchołkami).

Zalety

Działa dla dowolnego wielokąta prostego (także niewypukłego) — pole wyznaczamy, licząc kropki, bez całkowania.

Oznaczenia: PP pole, ii węzły wewnętrzne, bb węzły brzegowe.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Jak policzyć pole wielokąta na kratce?

Wzorem Picka: P = i + b/2 − 1, gdzie i to liczba punktów kratki wewnątrz, a b na brzegu.

›

Czy wzór Picka działa dla wielokątów niewypukłych?

Tak — dla dowolnego wielokąta prostego o wierzchołkach w węzłach kratki.

›

Kto sformułował twierdzenie Picka?

Austriacki matematyk Georg Alexander Pick w 1899 r.