La vortonareo oni uzas ankaŭ en alia senco: tiel oni nomas parton de latera surfaco kun difinitajlimoj aŭ difinita uzo. Kutime estas klare, ĉu temas pri la areo mem aŭ pri la mezuro de ĝia grando, tamen oni konsciu, ke temas pri la uzado de la sama vorto por malsamaj nocioj.
Alproksimiĝo al difino de tio kio estas komprenata per "areo" estas kreita traaksiomoj. "Areo" povas esti difinita kiel funkcio el kolekto M de speciala tipo de ebenaj figuroj (terminigite kiel mezureblaj surfacoj) al la serio dereelaj nombroj, kio plenumas la jenajn proprecojn:
Por ĉiuS enM,a(S) ≥ 0.
SeS kajT estas enM tiam estas ankaŭS ∪T kajS ∩T, kaj ankaŭa(S∪T) =a(S) +a(T) −a(S∩T).
SeS kajT estas enM kunS ⊆T tiamT −S estas enM kaja(T−S) =a(T) −a(S).
Se serioS estas enM kajS estas kongrua kunT tiamT estas ankaŭ enM kaja(S) =a(T).
Ĉiu ortanguloR estas enM. Se la ortangulo havas longonh kaj larĝonk tiama(R) =hk.
LasuQ esti serio ene de inter du ŝtupregionojS kajT. Ŝtupregiono estas formata el finita unio de apudaj ortanguloj restantaj sur komuna bazo, t.e.S ⊆Q ⊆T. Se estas unika nombroc tiel kea(S) ≤ c ≤a(T) por ĉiuj tiaj ŝtupregionojS kajT, tiama(Q) =c.
Oni povas pruvi, ke tia areofunkcio fakte ekzistas.[3]
Ĉiu long-unuo havas korespondan unuon de areo, nome la areo de kvadrato kun la donita flanka longo. Tiel areoj povas esti mezuritaj enkvadrataj metroj (m²), kvadrataj centimetroj (cm²), kvadrataj milimetroj (mm²),kvadrataj kilometroj (km²), kvadrataj futoj, kvadrataj jardoj, kvadratajmejloj, ktp.[4] Algebre, tiuj unuoj povas esti konsiderattaj kiel lakvadratoj de la ekvivalentaj long-unuoj.
La SI-unuo de areo estas lakvadrata metro, kiu estas konsiderata SI-derivita unuo.[5]
Kvankam estas 10 mm en 1 cm, estas 100 mm2 en 1 cm2.
Kalkulo de areo de kvadrato kies longo kaj larĝo estas 1 metro estus:
1 metro × 1 metro = 1 m2
kaj tiel plu, ortangulo kun diferencaj flankoj (ekzemple longo de 3 metroj kaj larĝo de 2 metroj) havus areon en kvadrataj unuoj kiuj povus esti kalkulataj jene:
3 metroj × 2 metroj = 6 m2. Tio egalvaloras al 6 milionoj da kvadrataj milimetroj. Aliaj utilaj konvertoj estas jenaj:
1 kvadrata kilometroj =1 000 000 da kvadrataj metroj
1 kvadrata metro =10 000 kvadrataj centimetroj = 1 000 000 da kvadrataj milimetroj
La ideo ke la areo estas la mezuro kiu havigas la grandon de la regiono enmetita engeometriaj figuroj devenas de laAntikveco. En laantikva Egipto, post la ĉiujara kreskiĝo fare de la riveroNilo kiu inundis la kampojn, aperis la neceso kalkuli la areon de ĉiu agrikultura terpeco por restaŭri ties limojn; por solvi tion, la egiptoj inventis lageometrion, laŭHerodoto.[6]
La maniero kalkuli la areon deplurlatero kiel la adicio de la areoj de trianguloj, estas metodo kiu estis proponita por la unua fojo fare de la greka fakuloAntifono ĉirkaŭ la jaro 430 a.n.e. Kalkuli la areon de kurba figuro generas plian malfacilecon. La elĉerpa metodo konsistas en la enmeto de plurlateroj en la geometria figuro, pligrandigi la nombron de flankoj de tiuj plurlateroj kaj kalkuli la celitan areon. Per tiu sistemo konata kielelĉerpa metodo deEŭdokso, oni sukcesis atingi alproksimigon por kalkuli la areon dedisko. Tiu sistemo estis uzata poste fare deArkimedo por solvi aliajn similajn problemojn,[7] same kiel la proksimuman kalkulon de lanombro π.
Cirklo kun enmetitaj kvadrato kaj oklatero, montrante la arean mankon.
En la 5-a jarcento a.n.e.,Hipokrato de Ĥio estis la unua se temas pri montri ke la areo dedisko (la regiono enfermita percirklo) estas proporcia al la kvadrato de sia diametro, kiel parto de lia kvadraturo de laLuno de Hipokrato,[8] sed li ne identigis lakonstanton de proporcieco. AnkaŭEŭdokso de Knido, ankaŭ en la 5-a jarcento a.n.e., trovis, ke la areo de disko estas proporcia al ĝia radiuso kvadratita.[9]
Poste, la Libro I deElementoj de Eŭklido traktis egalecon de areoj inter dudimensiaj figuroj. La matematikistoArkimedo uzis la ilojn de laEŭklida geometrio por montri, ke la areo ene de cirklo estas egala al tiu deorta triangulo kies bazo havas la longon de la cirkla cirkonferenco kaj kies alteco egalas la cirklan radiuson, en sia libroMezuro de Cirklo. (La cirkonferenco estas 2palier, kaj la areo de triangulo estas duono de la bazo oble la alteco, donante la areonpalier2 por la disko.) Arkimedo proksimigis la valoron de π (kaj tial la areon de unua-radiusa cirklo) per sia duobliga metodo, en kiu li enskribis regulan triangulon en cirklo kaj notis ĝian areon, poste duobligis la nombron da flankoj por havigi regulanseslateron, kaj poste ripete duobligis la nombron da flankoj por ke la plurlatera areo estu pli proksima al tiu de la cirklo (kaj same faris kun ĉirkaŭlimigitaj plurlateroj).
Herono de Aleksandrio trovis tion kio estas konata kiel laFormulo de Herono por la areo de triangulo laŭ ĝiaj flankoj, kaj pruvo povas esti trovita en lia libro,Metrica, skribita ĉirkaŭ 60 n.e. Oni sugestis, keArkimedo sciis la formulon pli ol du jarcentojn pli frue,[10] kaj ĉarMetrica estas kolekto de la matematika sciaro havebla en la antikva mondo, eble la formulo datas de antaŭ la referenco donita en tiu verko.[11] En 300 a.n.e. la greka matematikistoEŭklido pruvis, ke la areo de triangulo estas duono de tiu de paralelogramo kun la sama bazo kaj alteco en sia libroElementoj de Geometrio.[12]
En 499Aryabhata, grandamatematikisto-astronomo el la klasika epoko de Hindia matematiko kaj de Hindia astronomio, esprimis la areon de triangulo kiel unu duono de la bazo tiom da fojoj kiom la alto en sia verkoAryabhatiya.[13]
Formulo ekvivalenta al tiu de Herono estis malkovrita de la ĉinoj sendepende de la grekoj. Ĝi estis publikigita en 1247 enŜuŝu Jiuĵang ("Matematika Disertaĵo en Naŭ Sekcioj"), verkita de Qin Jiushao.[14]
En la 7-a jarcento n.e.,Brahmagupta disvolvis formulon, nun konatan kiel la "formulo de Brahmagupta", por la areo decikla kvarlatero (kvarlatero enskribita en cirklo) laŭ ĝiaj flankoj. En 1842, la germanaj matematikistoj Carl Anton Bretschneider kaj Karl Georg Christian von Staudt sendepende trovis formulon, konatan kiel la formulo de Bretschneider, por la areo de iu kvarlatero.
La evoluo dekarteziaj koordinatoj fare deRené Descartes en la 17-a jarcento ebligis la evoluon de la formulo de la geodeziisto por la areo de iu plurangulo kun konatajverticlokoj fare deGauss en la 19-a jarcento.
La evoluo deintegrala kalkulo en la fino de la 17-a jarcento disponigis ilojn kiuj povus poste esti uzitaj por komputado de pli komplikaj areoj, kiel ekzemple la areo deelipso kaj la surfacareoj de diversaj kurbaj tridimensiaj objektoj.
Laortangulo estas plurlatero kies anguloj estas ĉiuj de 90º, kaj la areao estas egala al la produto de du el ties sinsekvaj lateroja kajb:[15]
Larombo estas plurlatero kies 4 lateroj estas egalaj, kaj ties areo estas la duonproduto de ties du diagonaloj:
Lakvadrato estas la regula plurlatero de kvar lateroj; ĝi estas samtempe ortangulo kaj rombo, pro kio ĝia areo povas estis kalkulata sammaniere kiel tiuj de la ortangulo kaj de la rombo. Partikulare, ĉar ties lateroj estas egalaj, oni uzas la formulon:[15]
Laromboido havas areon kalkuleblan el la produto de unu de ties lateroj por la respektivaalto:[15]
Latrapezo, kiu havas du malajn laterojn paralelajn inter si kaj aliajn du neparalelajn laterojn, havas areon havigitan per la duonproduto de ties paralelaj lateroj multobligita por la distanco inter ili (alto):[15]
La areo de trapezo povas esti kalkulita kiel longo de la meza linio multiplikita per la distanco laŭperpendikularo inter la paralelaj lateroj. Ĉi tio donas kiel speciala okazo la konatan formulon por la areo detriangulo, per konsidero de triangulo kieldegenera trapezo ĉe kiu unu el la paralelaj lateroj estas malpligrandigita en punkton. Tial, sea kajb estas la du paralelaj lateroj kajh estas la distanco (alto) inter la paralelaj lateroj, la area formulo estas:
La areo dedisko, nome tiu limigita decirklo, estas kalkulebla pere de la jena matematika esprimo:[16]
La areo limigita inter la bildo de du kurboj estas kalkulebla pere de la diferenco inter la integraloj de ambaŭ funkcioj.
La areo limigita deelipso estas simila kaj akirebla kiel produto de la duono de la plej granda akso por la duono de la malplej granda akso multobligitaj por π:[17]
La rezulto de tiu integralo estas la areo enhavita inter la kurboj: kaj en la intermezo.
Ekzemplo
Se oni deziras trovi la areon limigitan inter la akso x kaj la funkcio en la intermezo, oni uzas la antaŭe menciitan ekvacion, tiuokaze: tiam pritaksante la integralon, oni akiras jenon:
Pro kio oni konkludas, ke la areo limigita estas.
Ankaŭ lavolumeno enfermita inter du funkcioj povas esti atingebla per la kalkulo de simila integralo.
Difinita simpla kurbo enfermita en la eŭklida ebeno, oni povas pruvi, ke ties longo aŭperimetro de la areo enfermita kaj la propra areo enfermita kongruas kun la rilato:
La egaleco estas atingebla nur por disko; la ceteraj figuroj kaj eblaj formoj plenumas plej striktan malegalecon.
Arkimedo montris, ke la surfacareo desfero estas ekzakte kvaroble la areo de ebenadisko de la sama radiuso, kaj la volumeno enfermita de la sfero estas ekzakte 2/3 de la volumeno decilindro de la sama alto kaj radiuso.
Plej bazaj formuloj por surfacareo povas esti akiritaj tranĉante surfacojn kaj ebenigante ilin. Ekzemple, se la flanka surfaco decilindro (aŭ iu ajnprismo) estas tranĉita laŭlonge, la surfaco povas esti ebenigita en ortangulon. Simile, se tranĉo estas farita laŭ la flanko dekonuso, la flanka surfaco povas esti ebenigita eksteren en sektoron de cirklo, kaj la rezulta areo povas esti komputita.
La formulon por la surfacareo desfero estas pli malfacile derivebla: ĉar sfero havas nenulan Gaŭsan kurbiĝon, ĝi ne povas esti ebenigita. La formulo por la surfacareo de sfero unue estis akirita fare deArkimedo en lia verkoSur la Sfero kaj Cilindro. La formulo estas jenaj:[18]
A = 4πr2 (sfero),
kier estas la radiuso de la sfero. Kiel ĉe la formulo por la areo de cirklo, ĉiu derivaĵo de ĉi tiu formulo esence uzas metodojn similajn alkalkulo.
Disvastiĝa areo estas esprimo por difini tiun teran surfacon de bestospecioj, kiun ili konkeris, tie ili disvastiĝis. Por tiu koncepto oni uzas ankaŭ laterminonarealo.
La izoperimetra malegaleco asertas, ke por fermita longokurboL (tiel ke la regiono enhavasperimetronL) kaj por areoA de la regiono kiun ĝi enhavas,
kaj egaleco validas se kaj nur se la kurbo estascirklo. Tiel cirklo havas la plej grandan areon de iu fermita figuro kun antaŭfiksita perimetro.
Ĉe la alia ekstremo, figuro kun antaŭfiksita perimetroL povus havi arbitre malgrandan areon, kiel ilustrite perrombo kiu estas "renversigita" arbitre malproksime tiel ke du el ĝiajanguloj estas arbitre proksimaj al 0° kaj la aliaj du estas arbitre proksimaj al 180°.
Por cirklo, la rilatumo de la areo al lacirkonferenco (la esprimo por la perimetro de cirklo) egalas al duono de laradiusor. Ĉi tio povas esti vidita de la areoformuloπr2 kaj la cirkonferenca formulo 2πr.
La areo deregula plurlatero estas duono de sia perimetro obliganta la apotemon (kie la apotemo estas la distanco de la centro ĝis la plej proksima punkto sur iu flanko).
Duobligi la randolongojn de plurangulo multiplikas ĝian areon per kvar, kio estas du (la rilatumo de la nova al la malnova flankolongo) levita al la potenco de du (la dimensio de la spaco en kiu la plurangulo estas). Sed se la unudimensiaj longoj defraktalo desegnita en du dimensioj estas ĉiuj duobligitaj, la spaca enhavo de la fraktalaj skaloj per potenco de du, kio ne estas nepre entjero. Ĉi tiu potenco estas nomita la fraktala dimensio de la fraktalo.[20]
Estas senfineco de linioj kiuj bisekcas la areon de triangulo. Tri el ili estas lamedianoj de la triangulo (kiuj ligas la mezpunktojn de la flankoj kun la kontraŭaj verticoj), kaj tiuj estaskonverĝaj ĉe la centroido de la triangulo; efektive, ili estas la nuraj areaj bisekciiloj kiuj iras tra la centroido. Ajna linio tra triangulo kiu disigas kaj la areon de la triangulo kaj ĝian perimetron en duono trapasas la incentron de la triangulo (nome la centro de ĝiaencirklo). Estas aŭ unu, du aŭ tri el ĉi tiuj por iu donita triangulo.
Ajna linio tra la mezpunkto de paralelogramo bisekcas la areon.
Ĉiuj areaj bisekciiloj de cirklo aŭ alia elipso iras tra la centro, kaj ĉiujĥordoj tra la centro bisekcas la areon. En la kazo de cirklo ili estas la diametroj de la cirklo.
Surbaze de dratkonturo, la surfaco de plej malgranda areo ampleksanta ("pleniganta") estas minimuma surfaco. Konataj ekzemploj estassapvezikoj.
La demando pri la pleniga areo de la Riemann-a cirklo restas malfermita.[21]
La cirklo havas la plej grandan areon de iu ajn dudimensia objekto havanta la saman perimetron.
Cikla plurlatero (tiu enmetita en cirklo) havas la plej grandan areon de iu plurlatero kun donita nombro da flankoj de la samaj longoj.
Versio de la izoperimetra malegaleco por trianguloj deklaras, ke la triangulo de plej granda areo inter ĉiuj tiuj kun donita perimetro estasegallatera.[22]
La triangulo de plej granda areo de ĉiuj tiuj enmetitaj en donita cirklo estas egallatera; kaj la triangulo de plej malgranda areo el ĉiuj ĉirkaŭmetitaj ĉirkaŭ donita cirklo estas egallatera.[23]
La rilatumo de la areo de la encirklo al la areo de egallatera triangulo,, estas pli granda ol tiu de iu ne-egala triangulo.[24]
La rilatumo de la areo al la kvadrato de la perimetro de egallatera triangulo,, estas pli granda ol tiu por iu alia triangulo.[22]
↑22,022,1Chakerian, G.D. (1979) "A Distorted View of Geometry." ĉapitro 7a enMathematical Plums. R. Honsberger (eld.). Washington, DC: Mathematical Association of America, p. 147.
↑Dorrie, Heinrich (1965),100 Great Problems of Elementary Mathematics, Dover Publ., pp. 379–380.