扇形的弧长公式和面积公式

时间:2025-03-28 22:41:36 计算机

扇形的弧长和面积公式是高中数学中的重要内容,以下是详细说明:

一、弧长公式

角度制公式

当圆心角以角度(°)表示时,弧长公式为:

$$l = \frac{n\pi R}{180}$$

其中:

$l$ 为弧长

$n$ 为圆心角度数

$R$ 为半径

弧度制公式

当圆心角以弧度(rad)表示时,弧长公式简化为:

$$l = \alpha R$$

其中:

$\alpha$ 为圆心角弧度数

$R$ 为半径

二、面积公式

角度制公式

当圆心角以角度(°)表示时,面积公式为:

$$S = \frac{n\pi R^2}{360}$$

其中:

$S$ 为扇形面积

$n$ 为圆心角度数

$R$ 为半径

弧度制公式

当圆心角以弧度(rad)表示时,面积公式简化为:

$$S = \frac{1}{2} \alpha R^2$$

其中:

$\alpha$ 为圆心角弧度数

$R$ 为半径

三、公式推导说明

弧长公式推导

由于整个圆的周长为 $2\pi R$,对应360°,因此n°对应的弧长为:

$$l = \frac{n}{360} \times 2\pi R = \frac{n\pi R}{180}$$

若圆心角为弧度制 $\alpha$,则弧长为 $\alpha R$。

面积公式推导

圆的面积为 $\pi R^2$,对应360°,因此n°对应的面积为:

$$S = \frac{n}{360} \times \pi R^2 = \frac{n\pi R^2}{360}$$

若圆心角为弧度制 $\alpha$,则面积为:

$$S = \frac{1}{2} \alpha R^2$$

四、示例计算

例1:

半径为5cm,圆心角为60°的扇形

弧长:$l = \frac{60\pi \times 5}{180} = \frac{5\pi}{3}$ cm

面积:$S = \frac{60\pi \times 5^2}{360} = \frac{25\pi}{6}$ cm²

例2:半径为4cm,圆心角为$\frac{\pi}{3}$ rad的扇形

弧长:$l = \frac{\pi}{3} \times 4 = \frac{4\pi}{3}$ cm

面积:$S = \frac{1}{2} \times \frac{4\pi}{3} \times 4 = \frac{8\pi}{3}$ cm²

以上公式适用于高中数学及工程计算,弧度制公式在高等数学中应用更广泛。