圆面积

📐 几何初步·
⭐⭐⭐

🎯 学习目标

  • 理解圆面积的含义及其与半径的关系
  • 掌握圆面积公式 $A = \pi r^2$ 并能熟练应用
  • 能够解决与圆面积相关的实际问题

📚 核心概念

圆面积是指一个圆所围成的平面区域的大小。它与圆的半径密切相关:半径越大,面积越大。通过实验或割补法(如将圆分割成许多小扇形并拼成长方形)可以发现,圆的面积近似等于一个长为圆周长的一半(即 πr\pi r),宽为半径 rr 的长方形的面积,因此得出圆面积公式:

A=πr2 A = \pi r^2

其中,AA 表示圆的面积,rr 是圆的半径,π\pi(读作“派”)是一个无理数,约等于 3.14 或 227\frac{22}{7}。在实际计算中,通常根据题目要求选择合适的 π\pi 近似值。

需要注意的是,如果题目给出的是直径 dd,要先用 r=d2r = \frac{d}{2} 求出半径,再代入公式计算面积。

📝 关键公式

  • 圆面积公式A=πr2A = \pi r^2
    • 示例:若半径 r=3cmr = 3\,\text{cm},则面积 A=π×32=9π28.26cm2A = \pi \times 3^2 = 9\pi \approx 28.26\,\text{cm}^2
  • 由直径求面积A=π(d2)2A = \pi \left(\frac{d}{2}\right)^2
    • 示例:若直径 d=10md = 10\,\text{m},则面积 A=π×(102)2=25π78.5m2A = \pi \times \left(\frac{10}{2}\right)^2 = 25\pi \approx 78.5\,\text{m}^2

💡 经典例题

例题1:一个圆形花坛的半径是 5 米,求它的面积。(取 π3.14\pi \approx 3.14

  1. 已知半径 r=5mr = 5\,\text{m}
  2. 代入公式:A=πr2=3.14×52A = \pi r^2 = 3.14 \times 5^2
  3. 计算:52=255^2 = 25,所以 A=3.14×25=78.5A = 3.14 \times 25 = 78.5
  4. 答:花坛的面积是 78.5m278.5\,\text{m}^2

例题2:一个圆的直径是 14 厘米,求它的面积。(取 π227\pi \approx \frac{22}{7}

  1. 先求半径:r=d2=142=7cmr = \frac{d}{2} = \frac{14}{2} = 7\,\text{cm}
  2. 代入公式:A=πr2=227×72A = \pi r^2 = \frac{22}{7} \times 7^2
  3. 计算:72=497^2 = 49,所以 A=227×49=22×7=154A = \frac{22}{7} \times 49 = 22 \times 7 = 154
  4. 答:圆的面积是 154cm2154\,\text{cm}^2

⚠️ 易错点

  • 混淆直径和半径:看到直径就直接代入 A=πd2A = \pi d^2。应先除以2得到半径再计算。
  • 忘记平方:写成 A=πrA = \pi r 而不是 A=πr2A = \pi r^2。记住面积单位是“平方”,公式中必须有 r2r^2
  • π\pi 取值错误:题目要求用 227\frac{22}{7} 却用了 3.14,导致结果不准确。注意题目提示。
  • 单位遗漏或错误:面积单位应为平方单位(如 cm2\text{cm}^2),不能写成 cm 或漏写。
  • 计算顺序错误:先算 π×r\pi \times r 再平方,正确做法是先算 r2r^2 再乘 π\pi

💡 例题

1

如图,大圆的半径是8cm。图中阴影部分是一个圆环,圆环的宽度(外圆与内圆的半径差)是4cm。求这个圆环的面积。(π取3.14)

  1. 圆环面积 = 外圆面积 − 内圆面积。
  2. 外圆半径 R = 8 cm,外圆面积 = πR² = 3.14 × 8² = 3.14 × 64 = 200.96 (cm²)。
  3. 内圆半径 r = R − 宽度 = 8 − 4 = 4 cm,内圆面积 = πr² = 3.14 × 4² = 3.14 × 16 = 50.24 (cm²)。
  4. 圆环面积 = 200.96 − 50.24 = 150.72 (cm²)。
2

一个等腰梯形外切于一个圆。梯形的较长底边长为1616,一个底角为arcsin(.8)\arcsin(.8)。求这个梯形的面积。 (A) 72(B) 75(C) 80(D) 90(E) 不能唯一确定\textbf{(A)}\ 72\qquad \textbf{(B)}\ 75\qquad \textbf{(C)}\ 80\qquad \textbf{(D)}\ 90\qquad \textbf{(E)}\ \text{不能唯一确定}

  1. 设梯形的腰长为xx,较短底边长为yy。从较短底边两端向较长底边作垂线,得到两个全等的直角三角形(因为梯形是等腰的)。
  2. 底角为arcsin(0.8)\arcsin(0.8),所以每个直角三角形的对边(即梯形的高)为0.8x0.8x,邻边(即每条垂线在较长底边上的投影)为0.6x0.6x
  3. 梯形四边都与圆相切,根据‘从圆外一点向圆所作的两条切线长度相等’,可得:2y+0.6x+0.6x=2x2y + 0.6x + 0.6x = 2x
  4. 又已知较长底边为1616,所以:y+0.6x+0.6x=16y + 0.6x + 0.6x = 16
  5. 联立第3、4步的两个方程,解得:x=10x=10y=4y=4
  6. 梯形的高为0.8×10=80.8 \times 10 = 8
  7. 梯形面积为12(4+16)(8)=80\frac{1}{2}(4+16)(8) = \boxed{80}

✏️ 练习

1

如图所示,弧 ADBADB 和弧 BECBEC 都是半圆,半径均为 1 单位。点 DD、点 EE、点 FF 分别是弧 ADBADB、弧 BECBEC、弧 DFEDFE 的中点。若弧 DFEDFE 也是一个半圆,求阴影部分的面积?

2

一个正方形和一个等腰三角形高度相等,紧挨着放在x轴上,它们的底边都在x轴上。正方形的右下顶点和三角形的左下顶点都在点(10, 0)处。正方形的边长和三角形在x轴上的底边长度都是10个单位。如图,从正方形的左上顶点向三角形最远的顶点画一条线段。求阴影部分的面积?