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Trigonometry · real student question

一个扇形的圆心角为 π/3 弧度,半径为 2 ft。求它的弧长 s 和面积 A,结果保留三位小数。

Question

一个扇形的圆心角为 θ=π3\theta=\dfrac{\pi}{3},半径为 r=2 ftr=2\ \text{ft}。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. 写出扇形的两个公式。 当圆心角 θ\theta 以弧度为单位时,

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

    它们不过是整个周长 2πr2\pi r 和整个面积 πr2\pi r^2 中占 θ/(2π)\theta/(2\pi) 的那一份。

  2. 计算弧长。

    s=rθ=2(π3)=2π3≈2.094 fts=r\theta=2\left(\frac{\pi}{3}\right)=\frac{2\pi}{3}\approx 2.094\ \text{ft}

  3. 计算扇形面积。 先把半径平方,再取一半:

    A=12r2θ=12(2)2(π3)=12(4)(π3)=2π3≈2.094 ft2A=\frac12 r^2\theta=\frac12(2)^2\left(\frac{\pi}{3}\right)=\frac12(4)\left(\frac{\pi}{3}\right)=\frac{2\pi}{3}\approx 2.094\ \text{ft}^2

  4. 写出两个取整后的结果。

    s≈2.094 ft,A≈2.094 ft2\boxed{s\approx 2.094\ \text{ft},\qquad A\approx 2.094\ \text{ft}^2}

  5. 用关系式 A = ½rs 复核。 消去 θ\theta 得到 A=12rsA=\tfrac12 rs,而 12(2)(2π3)=2π3\tfrac12(2)\left(\tfrac{2\pi}{3}\right)=\tfrac{2\pi}{3},正是上面算出的面积。

  6. 为什么这里两个答案数值相同。 A=12r2θA=\tfrac12 r^2\theta 与 s=rθs=r\theta 相差一个因子 12r\tfrac12 r,而它恰好在 r=2r=2 时等于 11。所以这个巧合只属于半径为 22 的情形,换成别的半径就不成立了——而且单位也仍然不同(ft\text{ft} 对 ft2\text{ft}^2)。

Answer

s≈2.094 ft,A≈2.094 ft2s\approx 2.094\ \text{ft},\quad A\approx 2.094\ \text{ft}^2

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