楼梯模型:平移横竖段巧求台阶周长

楼梯模型利用平移把台阶状折线的所有水平段拼成一条底边、所有竖直段拼成一条高,得出阶梯形周长等于其外接长方形周长的结论;是平移法求周长最典型的应用。

结构:外接大长方形 ABCDABCD(AA 左下、BB 右下、CC 右上、DD 左上),右下部分被挖成台阶状;台阶段为实线,平移补全所需的底、高方向段以虚线提示。

标准形:直角阶梯形(横平竖直)的周长等于其外接长方形的周长:2×(2\times( 底 ++ 高 ))。

适用前提与边界条件

  1. 图形必须是「缺了一个长方形角」的阶梯形,所有横段水平、所有竖段竖直
  2. 平移只改变位置不改变长短,各段长度要全部数到,不能漏掉开口处的虚线段

求解策略

  1. 认形:确认图形为横平竖直的台阶(L 形或多级楼梯形)
  2. 拼横:所有水平台阶段平移拼成底边 ABAB,总长 =AB=AB
  3. 拼竖:所有竖直台阶段平移拼成高 BCBC,总长 =BC=BC
  4. 求周长:周长 =2(AB+BC)=2(AB+BC)

模型结构

如图,图形外接一个大长方形 ,右下角缺去一块后形成台阶状轮廓。台阶的每个踏面水平、每个踢面竖直,实线是台阶形实际的边,虚线提示平移后与虚线重合的位置。

ACBD
台阶形的水平段平移拼成底边 AB、竖直段平移拼成高 BC,周长等于大长方形 ABCD 的周长

核心结论与推导

结论:台阶形的周长等于外接长方形的周长:

推导:平移不改变线段的长度。把所有水平的踏面段向下平移,首尾相接恰好拼成底边 ,故水平段总长为 ;把所有竖直的踢面段向右平移,首尾相接恰好拼成高 ,故竖直段总长为 。再加上大长方形上边、左边两段,周长为

典例精析

例:如图,台阶形外接大长方形的底 、高 。求台阶形的周长。

解:各水平段平移拼成 ,各竖直段平移拼成 ,无论几级台阶都有

常见变式

  1. 双楼梯形:长方形两侧都被挖成台阶形,两组台阶分别平移到两边,周长仍等于大长方形周长。
  2. 楼梯铺地毯:求台阶上铺地毯的长度,只需算「横段总长加竖段总长」,即底加高,不用逐段量。
  3. 绕楼梯跑圈:沿台阶外沿跑一圈的路程,正是外接长方形的周长。

对比与联系

模型手段相等量求的量
楼梯模型平移横竖段周长 大长方形周长周长
割补法沿高割下平移面积不变面积
等积变形顶点平移面积不变三角形面积

正例与反例

✅ 正例

  • 图中台阶形的水平台阶段之和等于底边 ABAB,竖直台阶段之和等于高 BCBC,周长 =2(AB+BC)=2(AB+BC)

❌ 反例

  • 斜的台阶(台阶段不水平、不竖直)不能用平移拼成长方形,不能套结论

高频误解与考试易错

  • 周长与面积混淆:楼梯模型结论针对的是周长,台阶形面积不等于大长方形面积(要减去缺口)
  • 漏数一边:阶梯折线本身只有一折一折,要配上完整大长方形的另外三边(图中虚线提示)才是周长
  • 段数变多后慌乱:无论多少级台阶,横段总长都等于底边、竖段总长都等于高

常见问题

为什么各段横的能拼成一条底边?
平移不改变线段长度。把每级台阶的水平段向下平移到同一条直线上,恰好首尾相接拼成底边 ABAB;同理竖直段向右平移拼成高 BCBC。
楼梯模型求面积怎么算?
面积要诚实算:阶梯形面积等于外接大长方形面积减去缺掉的小长方形面积,不能直接用大长方形面积;本模型的平移相等结论只保周长。
台阶数增加结论还成立吗?
成立。无论几级,所有横段的「和」始终等于底,所有竖段的「和」始终等于高,周长始终等于外接长方形周长。

依据与出处

  • 人教版(2024 审定)三年级上册 第七单元《长方形和正方形》(长方形的周长)