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Trigonometry · real student question

一個扇形的圓心角為 70 度、半徑為 12 yd。求弧長 s 與扇形面積 A,四捨五入到小數點後三位。

Question

一個扇形的圓心角為 θ=70∘\theta=70^\circ、半徑為 r=12 ydr=12\ \text{yd}。求扇形的弧長 ss 與面積 AA,四捨五入到小數點後三位。

Step-by-step solution

  1. 先把角換成弧度。 公式 s=rθs=r\theta 與 A=12r2θA=\tfrac12 r^2\theta 只有在 θ\theta 用弧度時才成立,因為它們來自取整個圓的 θ/(2π)\theta/(2\pi) 這個比例。乘上 π/180\pi/180:

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

    直接拿角度數來算,會讓兩個答案都被放大約 5757 倍。

  2. 寫出兩個扇形公式。 對以弧度表示的圓心角 θ\theta,

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

    它們其實就是整個圓周 2πr2\pi r 與整個面積 πr2\pi r^2 的 θ/(2π)\theta/(2\pi) 這個比例。

  3. 算弧長。

    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. 算扇形面積。 先把半徑平方,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. 寫出兩個四捨五入後的答案。

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

  6. 用關係式 A = ½rs 檢查。 把兩個公式中的 θ\theta 消掉得 A=12rsA=\tfrac12 rs。用精確形式算 12(12)(14π3)=28π\tfrac12(12)\left(\tfrac{14\pi}{3}\right)=28\pi,正是上面求出的面積。(若改用四捨五入後的 s=14.661s=14.661,會得到 87.96687.966,最後一位的差異純粹來自捨入。)

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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