这道题我最先是在别的数学群里看到的。有人给出了解答,用的是定积分方法,没见到初等的方法。后来笔者发到“揽数习文群”(群主为本人),有人断言“小学初中高中根本无法做”。
这时,又有老师在群里贴上了两个算式:
(1/2) ×2arctan2×(1/2) ×2arctan(1/2) ×16-8,
2π+12arctan(1/2)-8 .
我跟帖道:“高中现在的学生解题很多是草稿的罗列,算式的罗列。这种坏习惯是老师的坏习惯带出来的。一代代传下去,怎得了?
“易简难详”(大罕语),是数学表达的基本原则。容易题简略表述,困难题详细表述。当然,难与易是相对的。上面这道题,群里一些人“不敢”做,所以当属难题。既是难题,应当详述,因此列一个式子的表述,是不符合“基本原则”的。”

下面我们把问题一般化,已知正方形的边长为2m,那么
S阴影=S1+S2-2S3,
计算扇形S1时,注意到扇形的圆心角是2arctan(1/2) (弧度,以下同),圆半径为2m,弧长为4marctan(1/2), 由扇形面积公式,有
∴S1=4m2 arctan(1/2),
计算扇形S2时,注意到扇形的圆心角是π-2 arctan(1/2),圆半径为 m,弧长为m(π-2 arctan(1/2)),
∴S2=(1/2)(m2)π-(m2)arctan(1/2),
而S3=m2,
∴S阴影=(1/2) (m2)( π+6arctan(1/2)-4),
注意到π+6arctan(1/2)-4≈1.92347825,
∴S阴影=(1/2) (m2) ×1.92347825 . (*)
式子(*)是一个很俏皮的公式!
我们再看题首的问题,正方形边长为4,即m=2,
S阴影=2×1.92347825=3.8469565.
以上的叙述就符合“基本原则”了。
有网友指出,这道题源于2009年广州某初中自主招生,曾在网上和某些报上刊沸沸扬扬。
在原题中,正方形边长为20,并且把图形画在方格上,如图3,求标有a的这一部分的面积。
网友“哈哈”一向都认为数学是自己的强项,高考时还差点得到满分,可他也花了一天一夜才答出这道题。“我发给我许多同窗,他们看了半天,最后动用专业的工程制图软件,千计万算才量出这块面积”。
动用专业工程制图软件是起不决定性作用的。“千计万算”也不过是上面我们介绍的方法。正方形边长为20,即m=10,
则(1/2)(m2)=50,
∴ S(阴影)=50×1.92347825=96.1739125.
本题是在方格纸上画图,这就为我们用最朴素的方法提供了方便,我们可以在指定区域内数格子的个数,从而获得近似解。只是我们在数格子时要细心,要适当拼凑。这个方法,正是小学数学教材里所要求的,所谓的粗估法。别小看粗估法,它在实际中有时大有用处。此题其实给学生留了一条路,就是粗估法之路。从这个意义讲,这道题放在这里,是完全可以的。
