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Trigonometry · real student question

一个扇形的圆心角是 70 度,半径是 12 码。求它的弧长 s 和面积 A,结果保留三位小数。

Question

一个扇形的圆心角 θ=70∘\theta=70^\circ,半径 r=12 ydr=12\ \text{yd}。求这个扇形的弧长 ss 和面积 AA,结果保留三位小数。

Step-by-step solution

  1. 先把角度化成弧度。 公式 s=rθs=r\theta 和 A=12r2θA=\tfrac12 r^2\theta 只有在 θ\theta 取弧度时才成立,因为它们本质上是按 θ/(2π)\theta/(2\pi) 的比例从整个圆里取一块。所以要乘 π/180\pi/180:

    θ=70∘×π180=7π18 rad\theta=70^\circ\times\frac{\pi}{180}=\frac{7\pi}{18}\ \text{rad}

    直接把度数代进去,两个答案都会被放大约 5757 倍。

  2. 写出扇形的两个公式。 对圆心角 θ\theta(以弧度计),

    s=rθ,A=12r2θs=r\theta,\qquad A=\frac12 r^2\theta

    它们无非就是整个周长 2πr2\pi r 和整个面积 πr2\pi r^2 中占 θ/(2π)\theta/(2\pi) 的那一份。

  3. 计算弧长。

    s=rθ=12(7π18)=14π3≈14.661 yds=r\theta=12\left(\frac{7\pi}{18}\right)=\frac{14\pi}{3}\approx 14.661\ \text{yd}

  4. 计算扇形面积。 先把半径平方,再取一半:

    A=12r2θ=12(12)2(7π18)=72(7π18)=28π≈87.965 yd2A=\frac12 r^2\theta=\frac12(12)^2\left(\frac{7\pi}{18}\right)=72\left(\frac{7\pi}{18}\right)=28\pi\approx 87.965\ \text{yd}^2

  5. 写出两个保留三位小数的答案。

    s≈14.661 yd,A≈87.965 yd2\boxed{s\approx 14.661\ \text{yd},\qquad A\approx 87.965\ \text{yd}^2}

  6. 用关系式 A = ½rs 验算。 在两个公式里消去 θ\theta,就得到 A=12rsA=\tfrac12 rs。用精确值算:12(12)(14π3)=28π\tfrac12(12)\left(\tfrac{14\pi}{3}\right)=28\pi,正是上面求出的面积。(若改用四舍五入后的 s=14.661s=14.661,会得到 87.96687.966,最后一位的差别纯粹来自舍入。)

Answer

s≈14.661 yd,A≈87.965 yd2s\approx 14.661\ \text{yd},\quad A\approx 87.965\ \text{yd}^2

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