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 ,圆心角为 (单位为度),则:
如果圆心角用弧度制表示为 (单位为弧度),那么公式更简洁:弧长 ,面积 。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。
弧长公式:
示例:半径为6 cm,圆心角为90°的扇形,弧长 cm。
面积公式:
示例:半径为5 cm,圆心角为120°的扇形,面积 cm²。
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。
解:
答: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)
解:
答:制作扇面约需58.91元。
将钟面12个数字编号为1至12(顺时针)。每个120°扇形覆盖4个连续数字(模12),共有12种可能的扇形:S_k = {k, k+1, k+2, k+3}(下标模12,k=1,2,…,12)。注意到存在4组互不相交的三元覆盖: ① S₁={1,2,3,4}, S₅={5,6,7,8}, S₉={9,10,11,12} ② S₂={2,3,4,5}, S₆={6,7,8,9}, S₁₀={10,11,12,1} ③ S₃={3,4,5,6}, S₇={7,8,9,10}, S₁₁={11,12,1,2} ④ S₄={4,5,6,7}, S₈={8,9,10,11}, S₁₂={12,1,2,3} 每组3个扇形恰好无重叠覆盖全部12个数字。
若n=8,可取前8个连续扇形:S₁至S₈,它们覆盖的数字为1–10,缺失11和12,任取3个最多覆盖12个中的10个(因每个扇形4个,3个最多12个,但此处有重叠),实际无法覆盖全12个(如S₁,S₂,S₃仅覆盖1–6),故n=8不满足条件。
当n=9时,将12个可能扇形划分为上述4组,每组3个。由鸽巢原理,9个扇形放入4组,至少有一组包含⌈9/4⌉=3个扇形。而每组中任意3个扇形恰为该组全部3个,即覆盖全12数字。因此n=9满足条件。
故n的最小值为9。
一个扇形的半径为5厘米,弧长为8厘米。求这个扇形的面积。
① 扇形面积公式:S = (1/2) × 弧长 × 半径 ② 代入已知条件:S = (1/2) × 8 × 5 ③ 计算:S = 20(平方厘米)
如图, 是一个长方形, 单位, 单位,梯形 的面积是 120 平方单位。求三角形 的面积。
一个圆柱形水桶,底面半径为 英尺,高为 英尺,装满了水。将一个棱长为 英尺的实心正方体放入水桶中,使正方体的空间对角线竖直。此时排开的水的体积为 立方英尺。求 。