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Trigonometry · real student question

一個扇形的圓心角為 π/3 弧度、半徑為 2 ft。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=π3\theta=\dfrac{\pi}{3}、半徑為 r=2 ftr=2\ \text{ft}。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. 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。

  2. 算弧長。

    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. 算扇形面積。 先把半徑平方,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. 寫出兩個四捨五入後的答案。

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

  5. 用關係式 A = ½rs 檢查。 把 θ\theta 消掉得 A=12rsA=\tfrac12 rs,而 12(2)(2π3)=2π3\tfrac12(2)\left(\tfrac{2\pi}{3}\right)=\tfrac{2\pi}{3},正是上面求出的面積。

  6. 為什麼這裡兩個答案的數值相同。 A=12r2θA=\tfrac12 r^2\theta 與 s=rθs=r\theta 差了一個因子 12r\tfrac12 r,而它恰好在 r=2r=2 時等於 11。所以這個巧合是半徑為 22 時獨有的,不會延續到其他半徑 — 而且兩者的單位仍然不同(ft\text{ft} 對 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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