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Trigonometry · real student question

一个扇形的圆心角为 π/6 弧度,半径为 4 m。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=π6\theta=\dfrac{\pi}{6},半径为 r=4 mr=4\ \text{m}。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. 先写出两个扇形公式。 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

    它们其实就是把整个圆周长 2πr2\pi r 和整个圆面积 πr2\pi r^2 各取 θ/(2π)\theta/(2\pi) 这一份。

  2. 算弧长。

    s=rθ=4(π6)=2π3≈2.094 ms=r\theta=4\left(\frac{\pi}{6}\right)=\frac{2\pi}{3}\approx 2.094\ \text{m}

  3. 算扇形面积。 先把半径平方,再取一半:

    A=12r2θ=12(4)2(π6)=12(16)(π6)=4π3≈4.189 m2A=\frac12 r^2\theta=\frac12(4)^2\left(\frac{\pi}{6}\right)=\frac12(16)\left(\frac{\pi}{6}\right)=\frac{4\pi}{3}\approx 4.189\ \text{m}^2

  4. 写出两个四舍五入后的答案。

    s≈2.094 m,A≈4.189 m2\boxed{s\approx 2.094\ \text{m},\qquad A\approx 4.189\ \text{m}^2}

  5. 用关系式 A = ½rs 检验。 消去 θ\theta 得到 A=12rsA=\tfrac12 rs,而 12(4)(2π3)=4π3\tfrac12(4)\left(\tfrac{2\pi}{3}\right)=\tfrac{4\pi}{3},正是上面求出的面积。

  6. 和 θ = π/3、r = 2 ft 的情形比一比。 那里的弧长同样是 2π3\tfrac{2\pi}{3},因为 θ\theta 减半、rr 加倍,乘积 rθr\theta 不变。但面积取决于 r2θr^2\theta,所以 rr 加倍而 θ\theta 减半会让它翻倍——从 2π3\tfrac{2\pi}{3} 变成 4π3\tfrac{4\pi}{3}。弧长相等并不意味着扇形面积相等。

Answer

s≈2.094 m,A≈4.189 m2s\approx 2.094\ \text{m},\quad A\approx 4.189\ \text{m}^2

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