К содержанию

Подтема 2 из 6

Точки внутри и на границе

Сколько целых точек внутри фигуры и на её границе — и чем это отличается от площади и периметра.

Что спрашивает вопрос

Возьмём первую фигуру задачи темы — прямоугольник 0 ≤ x ≤ 8, 0 ≤ y ≤ 6. Сколько в нём точек с целочисленными координатами?

Ответ зависит от того, учитывают ли точки на линиях: у одной фигуры это два разных числа.

Точка с целочисленными координатами — точка, у которой обе координаты целые: (0; 0), (3; 5), (−2; 4). Точка (1,5; 2) не подходит. Все такие точки образуют на плоскости ровную сетку — её называют целочисленной решёткой.

В условииЧто считать
внутри области; точки на линии не учитыватьстрого внутри
внутри области и на её границе; точки на линии учитыватьвнутри вместе с границей
площадь областисколько единичных квадратов она занимает
периметр областидлину её границы

Внутри и на границе

Граница фигуры — нарисованные линии; вершины тоже лежат на границе. Каждая целая точка либо строго внутри фигуры, либо на её границе, либо снаружи.

Прямоугольник 8 × 6: оранжевые точки строго внутри, белые — на линиях, серые — снаружи.

На рисунке линия толстая, а точка — кружок, и кажется, что кружок «задевает» линию. Но в задаче у линии нет толщины: точка лежит на границе, только если её координаты точно попадают на сторону: например, на правую сторону — при x = 8 и 0 ≤ y ≤ 6.

Подсчёт по рядам

Точки удобно считать рядами: в каждом ряду их одинаково, и остаётся умножить.

Строго внутри прямоугольника 0 ≤ x ≤ 8, 0 ≤ y ≤ 6 подходят x = 1, …, 7 и y = 1, …, 5: пять рядов по 7 точек, 7 · 5 = 35. Вместе с границей подходят x = 0, …, 8 — девять значений — и y = 0, …, 6 — семь: 9 · 7 = 63. Только на границе 63 − 35 = 28 точек.

На стороне длиной a лежит a + 1 целая точка вместе с концами и a − 1 без концов. У отрезка от 0 до 8 восемь единичных промежутков и девять концов у них: 0, 1, …, 8.

Тонкости:формулы для прямоугольника a × b

Если стороны идут вдоль осей и вершины целые, то строго внутри (a − 1)(b − 1) точек, вместе с границей (a + 1)(b + 1), на границе 2a + 2b. Последнее видно и напрямую: две стороны по a + 1 точке, две по b + 1, и четыре вершины посчитаны дважды: 2(a + 1) + 2(b + 1) − 4 = 2a + 2b.

Для наклонных сторон эти формулы не работают: там считают по столбцам (подтема 5).

Площадь и периметр

Площадь и периметр — не число точек. Площадь — это сколько единичных квадратов занимает фигура, периметр — длина её границы. Для прямоугольника 8 × 6:

Что найтиРасчётОтвет
Точки строго внутри7 · 535
Точки вместе с границей9 · 763
Площадь8 · 648
Периметр2 · (8 + 6)28

Повторный обход контура ничего из этого не меняет: фигура та же.

Тонкости:точки на границе и периметр

У прямоугольника 8 × 6 на границе 28 точек и периметр тоже 28. Это совпадение только для сторон вдоль осей с целыми вершинами: у наклонной стороны длиной 5 от (0; 0) до (3; 4) целых точек всего две — её концы.

Незамкнутая линия

Если линия не замкнулась, области у неё нет: спрашивают только о точках на самой линии.

«Вперёд 3 Направо 90 Вперёд 4 Направо 90 Вперёд 3» из (0; 0) вверх рисует три стороны прямоугольника 4 × 3 — без нижней. Точки считаем по отрезкам, не повторяя общие концы: на левой стороне 4, на верхней ещё 4, на правой ещё 3 — всего 11. Дорисовывать недостающую сторону нельзя: в условии её нет.

Итого

  • Целая точкаобе координаты целые
  • Строго внутриточки на линиях и в вершинах не считают
  • С границейлинии и вершины тоже считают
  • Сторона aa + 1 точка с концами, a − 1 без концов
  • Площадь, периметрдругие величины: у 8 × 6 это 48 и 28

Проверьте себя

Ответь сначала сам, потом открой ответ.

Вопрос 1

Черепаха в (0; 0), голова вверх, хвост опущен:

Повтори 3 [    Вперёд 4    Направо 90    Вперёд 7    Направо 90]

Сколько целочисленных точек строго внутри фигуры?

ОтветСкрыть ответ
Ответ
18: три повторения идут по одному прямоугольнику 7 × 4, внутри x = 1…6 и y = 1…3, 6 · 3 = 18.
Вопрос 2
Сколько точек у той же фигуры, если точки на линии учитывать?
ОтветСкрыть ответ
Ответ
40: x = 0…7 и y = 0…4, 8 · 5 = 40.
Вопрос 3
Сколько целочисленных точек на отрезке от (0; 0) до (0; 9)? А без его концов?
ОтветСкрыть ответ
Ответ
10 вместе с концами (y = 0…9) и 8 без концов.
Вопрос 4
У квадрата 5 × 5 со сторонами вдоль осей найди площадь и число целочисленных точек строго внутри.
ОтветСкрыть ответ
Ответ
Площадь 25, точек строго внутри 4 · 4 = 16 — разные величины.
Вопрос 5
Черепаха из (0; 0) вверх выполнила «Вперёд 2 Направо 90 Вперёд 4». Сколько различных целочисленных точек лежит на линии?
ОтветСкрыть ответ
Ответ
7: на вертикальном отрезке 3 точки, на горизонтальном ещё 4 — его левый конец уже посчитан. Области у этой линии нет.

Практика

Для проверки ответов нужен JavaScript. Условия, подсказки и решения доступны ниже.

Квадрат при старте вправо

Черепаха находится в начале координат, голова направлена вправо, хвост опущен. Ей дали алгоритм:

Повтори 4 [    Вперёд 3    Налево 90]

Определи, сколько точек с целочисленными координатами находится внутри области, ограниченной линией, включая точки на линии.

Введите число.

Квадрат с границей

Черепаха находится в начале координат, голова направлена влево. Ей дали алгоритм «Повтори 4 [Вперёд 5 Налево 90]». Определи, сколько точек с целочисленными координатами находится внутри области, ограниченной линией, включая точки на линии.

Введите число.

Прямоугольник, обойдённый трижды

Черепахе был дан для исполнения алгоритм «Повтори 6 [Вперёд 11 Направо 90 Вперёд 6 Направо 90]». Голова в начале направлена вверх, хвост опущен. Определи, сколько точек с целочисленными координатами находится внутри области, ограниченной линией. Точки на линии учитывать не следует.

Введите число.

Точки на границе прямоугольника

Прямоугольник 9 × 4 расположен сторонами вдоль осей, его вершины — точки с целочисленными координатами. Сколько целочисленных точек лежит на его границе?

Введите число.

Точки незамкнутой линии

Черепаха находится в начале координат, голова направлена вверх. Ей дали алгоритм «Вперёд 2 Направо 90 Вперёд 5 Направо 90 Вперёд 2». Сколько различных точек с целочисленными координатами лежит на нарисованной линии?

Введите число.