Проект по программированию "Все площади треугольника"

СЛЕТ НАУЧНЫХ ОБЩЕСТВ ОБУЧАЮЩИХСЯ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ ОБЩЕГО И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА НИЖНЕВАРТОВСКА В 2022-2023 УЧЕБНОМ ГОДУ

«Все площади треугольника»

Секция 3. Информатика, вычислительная техника, телекоммуникации. Информационная безопасность.

Автор:	Шаршаков Егор Сергеевич 8 В класс МБОУ «Лицей №1 им. А.С.Пушкина»
Руководитель:	Игнатов Сергей Вячеславович МБОУ «Лицей №1 им. А.С.Пушкина»

2023 год

«Все площади треугольника»

Шаршаков Егор Сергеевич, 8 В класс, «Лицей №1 им. А. С. Пушкина»

Аннотация

Цель исследования: узнать количество формул для подсчета площади треугольника, научиться писать программу в среде программирования Python.

Задачи:

1.       Узнать, сколько есть формул для подсчета площади для каждого вида треугольника.

2.       Написать консольную программу в Python, которая будет вычислять площадь для конкретного треугольника.

3.       Подключить графический интерфейс Tkinter.

4.       Предложить свои пути решения технических проблем.

5.       Сделать выводы.

Методы исследования: анализ, сравнение, эксперимент.

Этапы исследования: в ходе работы мною были изучены все виды треугольников и все способы расчета площади треугольника для конкретного вида в зависимости от исходных данных.

Изучив все треугольники и формулы, создал консольную программу в Python и проверил правильность запрограммированных формул.

Подключил графический интерфейс Tkinter в Python и создал программу с наглядным вводом данных, и которая иллюстрирует изображения треугольника, а также показывает формулу, которая используется для расчета площади.

Получены результаты были проанализированы и на их основании сформулированы выводы.

Выводы:

В ходе проведения эксперимента, я пришел к выводам:

1.      Разработка программы для расчета площади треугольника в зависимости от вида треугольника является актуальной задачей, которая может быть использована в различных сферах, связанных с геометрией;

2.      Разработка программы включает в себя несколько этапов, таких как определение типа треугольника, сбор входных данных, проверку корректности данных, расчет площади треугольника и вывод результатов;

3.      Написать консольную программу способен каждый, даже на школьном уровне;

4.      Использование графического интерфейса Tkinter требует более глубокого анализа и знаний;

5.      Программирование является важным инструментом в современном мире и находит применение во многих областях, включая науку, технологии и бизнес. Разработка программы для расчета площади треугольника является хорошим примером использования программирования в математике и геометрии.

План исследования

В повседневной жизни мы часто используем различные программы на ПК, приложения на телефоне – всё это давно кажется обыденным. Многие считают, чтобы написать даже самую простую программу нужно какое-то специализированное образование, особые навыки. Используя общедоступную информацию в сети интернет докажу, что на это способен каждый при должной мотивации.

Функциональность приложения:

• Возможность выбора формулы для нахождения площади треугольника в зависимости от имеющихся данных.
• Возможность ввода необходимых данных о треугольнике (стороны, высоты, углы, радиусы вписанной и описанной окружностей).
• Возможность вычисления площади треугольника по выбранной формуле.
• Возможность вывода результата на экран.

Технические детали:

• Язык программирования: Python.
• Интерфейс: графический интерфейс пользователя.
• Используемые библиотеки: Tkinter, math.

Ожидаемый результат: Разработанное приложение «Все площади треугольника» позволит пользователям быстро и удобно находить площадь треугольника по различным формулам, что значительно упростит их работу в области геометрии. Приложение также может использоваться для обучения и самостоятельного изучения геометрии.

Гипотеза: в наше время навык программирования становится всё более востребованным, и на это способен каждый.

Объект исследования: математические методы для вычисления площади треугольника, структура языка программирования Python.

Предмет исследования: разработка приложения на языке Python для вычисления площади треугольника.

Содержание:

СОДЕРЖАНИЕ......................................................................................................................................................... 4

Введение......................................................................................................................................................... 5

Теоретическая часть......................................................................................................................................................... 6

1.1           Понятия о треугольниках и их разновидностях ......................................................... 6

1.2           Количество формул........................................................................................................ 6

1.3           Модуль Tkinter................................................................................................................ 7

Практическая часть......................................................................................................................................................... 7

2.1           Первая программа .......................................................................................................... 8

2.2           Графический интерфейс Tkinter.................................................................................... 8

Выводы......................................................................................................................................................... 9

Заключение......................................................................................................................................................... 9

Используемые ресурсы .............................................................................................................. 11

Приложения ................................................................................................................................ 12

«Все площади треугольника»

Шаршаков Егор Сергеевич, 8 В класс, «Лицей №1 им. А. С. Пушкина»

Введение

Проект по разработке программы для расчета всех площадей треугольника является актуальным по нескольким причинам:

-           Программирование является важной навыковой компетенцией в современном мире. Разработка программы для расчета площади треугольника может помочь школьникам и студентам улучшить свои навыки в программировании, а также привлечь их внимание к науке и технике.

-           Разработка программы позволяет автоматизировать процесс расчета площади треугольника и ускорить его выполнение, а также снизить возможные ошибки и неточности, связанные с человеческим фактором.

-           Разработка такой программы может способствовать развитию научно-исследовательской деятельности и нахождению новых математических закономерностей.

Цель исследования: узнать количество формул для подсчета площади треугольника, научиться писать программу в среде программирования Python.

Задачи:

1. Узнать, сколько есть формул для подсчета площади для каждого вида треугольника.

2. Написать консольную программу в Python, которая будет вычислять площадь для конкретного треугольника.

3. Подключить графический интерфейс Tkinter.

4. Предложить свои пути решения технических проблем.

5. Сделать выводы.

Объект исследования: математические методы для вычисления площади треугольника, структура языка программирования Python.

Предмет исследования: разработка приложения на языке Python для вычисления площади треугольника.

Методы исследования: анализ, сравнение, эксперимент.

Гипотеза: в наше время навык программирования становится всё более востребованным, и на это способен каждый.

Новизна: в век IT технологий невозможно быть в стороне от развития этой сферы и нужно представление, как минимум, о базовом программировании.

Практичная значимость: разработанное позволит пользователям быстро и удобно находить площадь треугольника по различным формулам, что значительно упростит их работу в области геометрии. Приложение также может использоваться для обучения и самостоятельного изучения геометрии.

Теоретическая часть

1.1 Понятия о треугольниках и их разновидностях:

Треугольник - это геометрическая фигура, которая ограничена тремя отрезками, называемыми сторонами. Он является одной из базовых фигур в геометрии.

Существует несколько видов треугольников, которые можно классифицировать по длинам и углам сторон:

 -          Равносторонний треугольник имеет три равные стороны и три равных угла, каждый из которых равен 60 градусам.

 -          Равнобедренный треугольник имеет две равные стороны и два равных угла.

 -          Прямоугольный треугольник имеет один угол, равный 90 градусов. Сторона, противолежащая прямому углу, называется гипотенузой, а оставшиеся две стороны - катетами.

 -          Остроугольный треугольник имеет все три угла, меньшие 90 градусов.

 -          Тупоугольный треугольник имеет один угол, больший 90 градусов.

Знание этих видов треугольников важно для понимания различных свойств и формул, связанных с этой геометрической фигурой. Например, формула Пифагора, которая используется для вычисления гипотенузы прямоугольного треугольника, применима только к этому виду треугольников.

1.2 Количество формул:

Количество формул для расчета площади треугольника зависит от вида треугольника и известных параметров. Вот некоторые из наиболее распространенных формул:

Для прямоугольного треугольника, где известны длины катетов a и b:

S = (a * b) / 2

Для произвольного треугольника, где известны длины сторон a, b и c:

S = sqrt(p * (p - a) * (p - b) * (p - c)), где p = (a + b + c) / 2

- Для треугольника, где известны длины двух сторон a и b и угол между ними C:

S = (1/2) * a * b * sin(C)

Для равнобедренного треугольника, где известны длины сторон a и b и угол между ними C:

S = (1/2) * a^2 * sin(C)

Для равностороннего треугольника, где известна длина стороны a:

S = (sqrt(3) / 4) * a^2

Для треугольника, описанного вокруг окружности радиуса R, где известны длины сторон a, b и c:

S = (abc) / (4R)

Это не все формулы для расчета площади треугольников, но они наиболее распространены.

1.3 Модуль Tkinter:

Tkinter - это стандартный графический модуль для языка программирования Python, который предоставляет набор виджетов (элементов управления) для создания графического интерфейса пользователя (GUI). Tkinter предоставляет множество функций для создания графических приложений и управления элементами интерфейса, такими как кнопки, текстовые поля, меню и диалоговые окна.

В Tkinter используется объектно-ориентированный подход, что делает код более понятным и удобным для работы. Он также поддерживает многоплатформенность, что означает, что код, написанный на Tkinter, может работать на разных операционных системах, таких как Windows, Mac OS X и Linux.

Основные концепции в Tkinter:

Окно (Window) - это основной контейнер для элементов управления.

Виджеты (Widgets) - это элементы управления, которые можно поместить в окно.

События (Events) - это действия, которые пользователь выполняет на виджете, например, щелчок на кнопке.

Менеджеры геометрии (Geometry Managers) - это система управления размещением элементов в окне. Tkinter предоставляет три менеджера геометрии: Pack, Grid и Place.

Tkinter также имеет богатую документацию и большое сообщество пользователей, что облегчает изучение и использование этого модуля в проектах.

Практическая часть:

Я решил узнать сколько есть формул для подсчёта площади треугольников. Нашел сайт с онлайн калькулятором для всех треугольников(https://mnogoformul.ru/ploshhad-treugolnika-formuly-i-kalkulator-online). Его я буду использовать, как основу для моей программы. Также я буду проверять правильность запрограммированных мною формул в программе сравнивая результат с сайтом.

Существует 21 формула для вычисления площади треугольника, они подразделяются на 4 группы в зависимости от вида треугольника (просто треугольник, прямоугольный, равнобедренный, равносторонний).

2.1 Первая программа

Консольная программа - это программа, которая работает в командной строке и взаимодействует с пользователем через текстовый интерфейс. Консольные программы обычно принимают ввод пользователя в виде текстовых команд и выводят результаты на экран в текстовом формате.

Сначала я написал консольную программу. Вид программы (приложение I). Это сделать было довольно просто. Не было сложных структурных элементов, использовалось только ветвление if, elif, else. Происходит небольшой диалог с программой, сначала она просит ввести нужный нам треугольник в виде цифры от одного до четырех, если введется другой символ, высветится текст «Такого треугольника не существует». Далее программа спрашивает, какой именно треугольник нас интересует, мы вводим две цифры через точку и потом вводим поочередно необходимые для подсчета формул данные. В конце программа показывает результат вычислений.

2.2 Графический интерфейс Tkinter

Потом я подключил графический модуль Tkinter. Вид программы (приложение II). Программу пришлось создавать с нуля, программа очень сильно отличалась от консольной. Нужно было создать окно, указать размер окна. Добавил иконку лицея в заголовок программы, указал название лицея, автора программы и год. Вся программа написана с помощью активных кнопок, которые ссылаются на функции.

При нажатии кнопки в центре окна программа просит ввести необходимые данные и нажать кнопку «Рассчитать», так же показан рисунок треугольника и формула, которая используется. Программа стала более наглядной и удобной в использовании. Так же внизу есть кнопка «Очистить», чтоб все данные в центре программы скрылись.

Много времени пришлось уделить на подбор размера кнопок, шрифта, размер шрифта, цвета фона. Указывать координаты для всех элементов, которые находятся на экране. Это всё пришлось прописывать отдельно для каждого объекта, что по итогу привело к тому, что программа стала очень большой – более 560 строк!

Этапы практической части написания программы:

1. Проектирование приложения: определение функциональности, выбор инструментов разработки, проектирование пользовательского интерфейса.

2. Создание графического интерфейса: создание окон, кнопок, полей ввода, текстовых меток и других элементов, которые будут использоваться в приложении.

3. Написание кода для обработки ввода данных: создание функций, которые будут принимать введенные пользователем данные, проверять их на корректность и подготавливать для расчета площади треугольника.

4. Разработка алгоритмов для расчета площади треугольника: написание кода, который будет рассчитывать площадь треугольника по выбранной формуле.

5. Создание функций для вывода результата: написание кода, который будет выводить результат на экран.

6. Тестирование приложения: проверка функциональности приложения на различных входных данных, поиск и исправление ошибок.

7. Доработка и улучшение приложения: добавление новой функциональности, оптимизация работы приложения, улучшение пользовательского интерфейса.

8. Релиз приложения: демонстрирование готового приложения для использования.

Выводы:

В ходе проведения эксперимента, я пришел к выводам:

1. Разработка программы для расчета площади треугольника в зависимости от вида треугольника является актуальной задачей, которая может быть использована в различных сферах, связанных с геометрией;

2. Для разных видов треугольников существуют различные формулы для расчета площади;

3. Разработка программы включает в себя несколько этапов, таких как определение типа треугольника, сбор входных данных, проверку корректности данных, расчет площади треугольника и вывод результатов;

4. Написать консольную программу способен каждый, даже на школьном уровне;

5. Использование графического интерфейса Tkinter требует более глубокого анализа и знаний;

6. Программирование является важным инструментом в современном мире и находит применение во многих областях, включая науку, технологии и бизнес. Разработка программы для расчета площади треугольника является хорошим примером использования программирования в математике и геометрии.

Заключение:

В заключение можно отметить, что создание программы для вычисления площади треугольника имеет практическую значимость и может быть использовано в различных областях, например, в геометрии, строительстве и архитектуре.

Для написания программы необходимо было изучить теоретические основы геометрии, а также основы программирования на языке Python.

Реализация программы включала в себя несколько этапов, таких как определение вида треугольника, расчет площади по разным формулам в зависимости от вида треугольника и вывод результатов.

В результате была создана программа, которая позволяет вычислять площадь треугольника любого вида, что может быть полезно при решении различных задач.

Также есть недочеты в программе, которые пока не удалось устранить, например, такие как:

- программа считает данные по формуле, но не проверяет, что такие входные данные не возможны и такого треугольника не существует.

- для расчета используются переменные, которые сохраняют введенные значение, то есть когда включаешь другой треугольник, там уже будут данные, вместо начальных «0» во всех входных данных. Надо стирать предыдущие данные и вводить новые, но это не всегда является минусом.

Закончив свой проект могу сказать, что что всё задуманное получилось.

Работа над проектом показала, чтобы написать консольную программу не нужно углубленных знаний и на это способен каждый.

Но работа с графическим интерфейсом Tkinter уже более сложная в реализации, даже при условии большого количества видеоуроков на Youtube и других источниках информации, самостоятельно без учителя выполнить её очень сложно. За что отдельное спасибо моему руководителю Игнатову Сергею Вячеславовичу.

Используемые ресурсы:

1) https://mnogoformul.ru/ploshhad-treugolnika-formuly-i-kalkulator-online

2) https://www.youtube.com/

3) https://python-scripts.com/tkinter

4) "Python. Курс с начальным уровнем сложности" автора Эрика Мэтса, издательство Питер, 2020, 480 страниц.

5) "Python для детей. Самоучитель по программированию" автора Джейсона Р. Бриггса, издательство "БХВ-Петербург", 2017, 324 страницы.

Приложения:

I

 

II