تعريف المربع وخصائصه
يُمكن تعريف المربع (بالإنجليزية: Square) على أنَّه عبارة عن شكل هندسي رُباعي الأضلاع، جميع أضلاعه مُتساوية في الطول، ومكوّن من أربعة زوايا داخلية قياس كل منها 90 درجة،
- أقطار المُربع متساوية، وتنصفان زواياه.
- إذا كان طول ضلع المُربع يُساوي س، فإنَّ القانون الذي يربط طول قطره (ق) بطول الضلع (س) هو: ق= 2√* س.
- إذا كانت (ي) نقطة تقاطع قطري المربع، فإن هذه النقطة تشكل مركزاً للدائرة المحيطة (بالإنجليزية: circumcircle) بهذا المربع، كما يشكّل كل قطر من أقطار هذا المربع قطراً لها.
- أقطار المربع تقسمه إلى مثلثين متطابقين قائمين ومتساويي الساقين، تعادل مساحة كل مثلث منها نصف مساحة المربع، ويعادل طول وترها طول كل قطر من أقطار المربع.
- يساوي مجموع كل زاويتين متجاورتين فيه 180 درجة، أما مجموع زواياه الأربعة فيساوي 360 درجة كغيره من الأشكال الرباعية.
طريقة رسم المربع
يُمكن رسم مُربع باستخدام أربع خطوط مُستقيمة مُتساوية في الطول، وربطها مع بعضها البعض بحيث يَمَس كل ضلع نهاية الضلع الآخر، مع الحرص على أن تكون جميع الزوايا الداخلية الأربع قائمة.
ولرسم المُربع على ورقة يجب إحضار مَسطرة، وقلم، وفرجار، وورقة ثمَّ اتِّباع الخُطوات الآتية:
- افتراض اسم للمربع قبل البدء برسمه، مثلاً المربع أ ب ج د.
- رسم خط مُستقيم أفقي على الورقة، ووضع رموز على كِلا طرفيَّ الخط، فليكن الرمزان ب ج.
- استخدام المنقلة لرسم خط عمودي على ب ج يرتفع من النقطة ج، وبنفس طوله أيضاً.
- تسمية النقطة التي تقع فوق النقطة ج بالنقطة د.
- إعادة الخطوات ذاتها لرسم خط يرتفع من النقطة ب، وتسمية النقطة التي تقع فوقه بالنقطة أ.
- رسم خط أفقي مستقيم بين الرمزين أ د، ليكتمل المربع.
حساب مساحة المربع
يمكن حساب مساحة المربع من خلال عِدّة طُرق، وهي:
إيجاد مساحة المربع من خلال طول ضلعه
في حال كان طول الضلع معلوماً فإنَّ مساحة المربع تُساوي حاصل ضرب طول الضلع بنفسه، فإذا كانت المَساحة (م)، وطول الضلع (س)، فإن قانون المساحة: م= س؛ فعلى سبيل المثال: إذا كان هناك مُربع طول ضلعه 5سم، فإن مساحته: م= 5 ، وتُساوي 25سم.
إيجاد مساحة المربع من خلال طول قُطره
في حال كان طول قُطر المربع هو المعلوم فيتم إيجاد المساحة عن طريق قِسمة مُربع القُطر على 2، فإذا كان طول القُطُر هو (ق)، فإنَّ مساحة المربع تُساوي م= ½ ×ق
فعلى سبيل المثال: إذا كان هناك مُربع طول قطره يُساوي 10 سم، فإنَّ المساحة تُساوي م =½ ×10، ومنه فمساحة هذا المُربع هي 50 سم.
إيجاد مساحة المربع من خلال قيمة مُحيطه
في حال كان مُحيط المُربع هو المعلوم، فيُمكن حساب قيمة طول ضلعه عن طريق القانون س= ح ÷4، حيث إن: ح هو محيط المربع، وس هو طول ضلعه، ثم حساب المساحة عن طريق القانون السابق وهو: م =س
فعلى سبيل المثال إذا كان هناك مُربع مُحيطه 20 سم، فإن طول ضلعه (س)= 20 ÷4=5سم، ومساحته: م= 5، ومنه فإنَّ المساحة تُساوي 25 سم.
حساب محيط المربع
يُمكن تعريف محيط المربع على أنه المسافة المحيطة به، ويتم حسابه ببساطة عن طريق اتباع إحدى الطرق الآتية:
إيجاد محيط المربع من خلال طول ضلعه
وذلك بجمع أطوال الأضلاع الخاصة بالمربع، وبما أن جميع أطوال أضلاع المربع متساوية، فإنَّ المحيط يُساوي طول الضلع مضروباً بالعدد 4.
ويُمكن التعبير عنه بالقانون: ح =س×4، حيث إن ح: هو محيط المُربع، و س: هو طول الضلع؛ فمثلاً إذا كان طول ضلع المربع= 6 سم، فإن محيطه= 6×4= 24 سم.
إيجاد محيط المربع من خلال طول قُطره
يمكن حساب محيط المربع أيضاً عند معرفة طول قطره عن طريق تطبيق القانون الآتي: ح=4×(2/ق)√؛ حيث إن ح: هو محيط المُربع، ق: طول القطر.
أمثلة متنوعة حول المربع
المثال الأول:
إذا كان طول ضلع المربع 12سم، جد طول قطره.
الحل: بتطبيق القانون مباشرة: ق= 2√×س=2√×12=2√12سم
المثال الثاني:
جد مساحة، ومحيط، وطول قطري المربع الذي يبلغ طول ضلعه 6سم.
الحل: إيجاد المساحة بتطبيق القانون: م= س= 6=36سم
- إيجاد المحيط بتطبيق القانون: ح =س×4=6×4=24سم.
- إيجاد طول القطر بنتطبيق القانون: ق= 2√* س= 2√* 6= 2√6سم.
المثال الثالث:
إذا كان نصف قطر الدائرة المحيطة بالمربع=2سم، فجد محيط المربع المحصور داخل هذه الدائرة.
الحل: وفق لخواص المربع فإن كل قطر من أقطار المربع يشكل قطراً للدائرة المحيطة به، ومنه فإن طول قطر الدائرة=طول قطر المربع=4سم، وبتطبيق القانون: ح=4×(ق2/)√=ح=4×(16/2)√=2√8سم.
المثال الرابع:
إذا كانت هناك طاولة مربعة الشكل مساحتها: م سم 2، ومحيطها: ح=(م/16)سم، جد محيط هذه الطاولة بالأرقام.
الحل: بما أن: م= س2، وح=4×س، وبعد تعويض هذه القوانين بصيغة ح=(م/16)، ينتج أن: 4×س=س2/16، ومنه ينتج أن س= 64سم، وبالتعويض في قانون المحيط ينتج أن: ح=4×س=4×64=256سم.
المثال الخامس:
إذا كانت مساحة المربع = 1,200 متر مربع، جد المسافة الواصلة بين أحد رؤوسه وبين الرأس الآخر المقابل له.
الحل: المسافة الواصلة بين أحد رؤوس أو زوايا المربع والرأس أو الزاوية المقابلة له هي القطر، لذلك وبتطبيق القانون الذي يربط بين طول القطر والمساحة ينتج أن: م= ½ ×ق2=م= ½ ×ق2، ينتج أن 1200= ½ ×ق2، ومنه ق= 49م تقريباً، وهي المسافة الواصلة بين كل رأسين متقابلين فيه.
المثال السادس:
إذا كان محيط المربع= 48سم، جد طول قطره.
الحل: بتطبيق القانون الذي يربط بين طول القطر والمحيط ينتج أن: ح=4×(ق2/2)√، ومنه 48=4×(ق2/2)√، وبترتيب القيم ينتج أن ق= 288√ سم.
المثال السابع:
إذا كان هناك مربع طول ضلعه 10سم، تم تقسيمه إلى مجموعة من المربعات الصغيرة التي يبلغ طول ضلعها 2سم، جد عدد هذه المربعات الصغيرة.
الحل: لإيجاد عدد المربعات الصغيرة يجب أولاً حساب مساحة المربع الكبير، وذلك بتطبيق القانون: م= س2=102=100سم2
أما مساحة كل مربع من المربعات الصغيرة فهي= 22=4سم2، وعليه لإيجاد عدد المربعات يجب قسمة مساحة المربع الكبير على مساحة أحد المربعات الصغيرة، ومنه عدد المربعات الصغيرة= مساحة المربع الكبير/مساحة مربع من المربعات الصغيرة=100/4=25مربع.
المثال الثامن: جد محيط ومساحة المربع الذي يبلغ طول ضلعه 11سم.
الحل: لإيجاد المحيط يجب تطبيق قانون محيط المربع: ح =س×4=11×4=44سم. لإيجاد المساحة يجب تطبيق قانون مساحة المربع: م =س2=112 = 121 سم2.
المثال التاسع: إذا كان محيط المربع هو 52م، جد مساحته.
الحل: لإيجاد المساحة يجب أولاً إيجاد قيمة طول الضلع والتي تساوي: ح/4=س، ومنه س=13م، وبتطبيق قانون المساحة: م =س2 =132=169م2
المثال العاشر: إذا كانت مساحة المثلث الذي يقسم المربع إلى نصفين متساويين 18 سم2، جد محيط هذا المربع.
الحل: يجب أولاً حساب مساحة المربع كاملاً عن طريق ضرب مساحة المثلث بالعدد (2)؛ لأن مساحة المربع كاملاً= 2× مساحة المثلث=2×18=36سم2. إيجاد طول ضلع المربع من قانون مساحة المربع: م =س2=36، ومنه س=6سم؛ أي أن طول ضلع المربع=6سم. حساب محيط المربع من قانون المحيط: ح =س×4=6×4=24سم.
المثال الحادي عشر: إذا كان طول ضلع أحد أضلاع المربع 4سم، جد طول أضلاعه المتبقية.
الحل: وفقاً لخواص المربع فإن جميع أضلاعه متساوية، وبالتالي فإن طول جميع أضلاعه هو 4سم.
الفرق بين المربع والمعين
يعتبر كل من المعين والمربع عبارة عن أشكال رباعية، ويصنفان على أنهما حالات خاصة من متوازي الأضلاع؛ حيث يمتلك كل منها أربعة أضلاع، كل ضلعين متقابلين منها متوازيان.
كما أن جميع أضلاعهم متساوية في الطول، وأقطارهم متعامدة على بعضها، إلا أن الاختلافات الرئيسية بين المربع والمعين هي: أن جميع زوايا المربع قائمة ومتساوية، بينما وفي المقابل لا يمتلك المعين أية زوايا قائمة.
كما أن فيه فقط كل زاويتين متقابلتين متساويتان، وأقطار المربع متساوية في الطول، بينما لا تتساوى أقطار المعين في طولها، ويمكن القول في النهاية إن كل مربع هو معين، إلا أن ليس كل معين هو مربع.
