扇形

📐 几何初步·
⭐⭐⭐

🎯 学习目标

  • 理解扇形的定义及其与圆的关系
  • 掌握扇形的弧长和面积计算公式
  • 能运用扇形知识解决实际问题

📚 核心概念

扇形是圆的一部分,由两条半径和它们所夹的一段弧围成的图形。想象把一个披萨切下一小块,那一块就是扇形。扇形的大小由圆心角决定——圆心角越大,扇形就越大。

扇形有两个重要属性:弧长(即扇形边缘弯曲部分的长度)和面积(即扇形内部区域的大小)。它们都与整个圆的周长和面积成比例,比例系数就是圆心角占360°的比例。

设圆的半径为 rr,圆心角为 nn^\circ(单位为度),则:

  • 扇形的弧长 l=n360×2πr=nπr180l = \frac{n}{360} \times 2\pi r = \frac{n\pi r}{180}
  • 扇形的面积 S=n360×πr2S = \frac{n}{360} \times \pi r^2

如果圆心角用弧度制表示为 θ\theta(单位为弧度),那么公式更简洁:弧长 l=θrl = \theta r,面积 S=12θr2S = \frac{1}{2} \theta r^2。初中阶段通常使用角度制,因此重点掌握角度制下的公式即可。

📝 关键公式

  • 弧长公式l=n360×2πr=nπr180l = \frac{n}{360} \times 2\pi r = \frac{n\pi r}{180}
    示例:半径为6 cm,圆心角为90°的扇形,弧长 l=90×π×6180=3π9.42l = \frac{90 \times \pi \times 6}{180} = 3\pi \approx 9.42 cm。

  • 面积公式S=n360×πr2S = \frac{n}{360} \times \pi r^2
    示例:半径为5 cm,圆心角为120°的扇形,面积 S=120360×π×52=13×25π26.18S = \frac{120}{360} \times \pi \times 5^2 = \frac{1}{3} \times 25\pi \approx 26.18 cm²。

💡 经典例题

例题1(基础):一个扇形的半径是10 cm,圆心角是72°,求它的弧长和面积。

  1. 弧长:l=72360×2π×10=15×20π=4π12.57l = \frac{72}{360} \times 2\pi \times 10 = \frac{1}{5} \times 20\pi = 4\pi \approx 12.57 cm。
  2. 面积:S=72360×π×102=15×100π=20π62.83S = \frac{72}{360} \times \pi \times 10^2 = \frac{1}{5} \times 100\pi = 20\pi \approx 62.83 cm²。

:弧长约12.57 cm,面积约62.83 cm²。


例题2(应用):一把扇子展开后形成一个圆心角为150°的扇形,扇骨长30 cm。如果扇面材料每平方厘米成本0.05元,制作这个扇面需要多少元?(结果保留两位小数)

  1. 扇面即扇形,半径 r=30r = 30 cm,圆心角 n=150n = 150^\circ
  2. 面积:S=150360×π×302=512×900π=375π1178.10S = \frac{150}{360} \times \pi \times 30^2 = \frac{5}{12} \times 900\pi = 375\pi \approx 1178.10 cm²。
  3. 成本:1178.10×0.05=58.90558.911178.10 \times 0.05 = 58.905 \approx 58.91 元。

:制作扇面约需58.91元。

⚠️ 易错点

  • 混淆弧度与角度:初中阶段使用角度制,不要误用弧度公式(如 l=θrl = \theta r)。记住题目中角度带“°”符号。
  • 忘记除以360:计算弧长或面积时,必须乘以 n360\frac{n}{360},否则会当成整个圆来算。
  • 单位不统一:半径单位如果是米,结果也应是米或平方米,注意题目要求。
  • 把直径当半径用:题目给的是直径时,要先除以2得到半径再代入公式。
  • 近似值过早取舍:中间步骤尽量保留 π\pi,最后再用3.14计算,避免累积误差。

💡 例题

1

40.如下图,用木条钉一个边长6分米的等边三角形,平放在地面上,再用硬纸片做一个半径1分米的圆形。圆形纸片沿三角形外侧滚动一周,圆经过的面积是多少平方分米(注:圆周率3.14)

答:圆经过的面积是48.56平方分米.

2

计算从原点到经过点(3,4),(3,4),(6,8),(6,8),(5,13).(5,13).的圆的切线段的长度。

O=(0,0),O = (0,0),A=(3,4),A = (3,4),B=(6,8),B = (6,8),C=(5,13).C = (5,13).。设TT为△ABC,ABC,外接圆上一点,使得线段OT\overline{OT}与该外接圆相切。注意:O,O,A,A,BB三点共线。

然后由圆幂定理得:OT2=OAOB=510=50,OT^2 = OA \cdot OB = 5 \cdot 10 = 50,,所以OT=50=52.OT = \sqrt{50} = \boxed{5 \sqrt{2}}.

✏️ 练习

1

一个面积为正的三角形的三条边长分别是log1012\log_{10}12log1075\log_{10}75log10n\log_{10}n,其中nn是正整数。求nn可能取值的个数。

2

如图,ABCDABCD是一个四边形,其中∠AA和∠CC是直角。点E、F分别在AC上,且AE=3,FC=3。小明、小华、小红观察图形后发现多个直角:∠BAD、∠DEC、∠BFA、∠DCB都是直角。已知AB=7,求BD的长度。

3

小华沿着一个边长为5 km的正方形边界走一圈。在她路径上的任意一点,她都能水平看到周围1 km范围内的所有点。求小华在行走过程中能看到的所有点组成的区域的面积(单位:平方千米),结果四舍五入到最接近的整数。

4

计算从原点到经过点(3,4),(3,4),(6,8),(6,8),(5,13).(5,13).的圆的切线段的长度。

5

连接(3,2)(3,2)(6,0)(6,0)的直线把图中的正方形分成两部分。正方形中位于这条直线上方的部分占整个正方形面积的几分之几?请用最简分数表示。