刊名: 课程·教材·教法
Curriculum, Teaching Material and Method
主办: 人民教育出版社 课程教材研究所
周期: 月刊
出版地:北京
语种: 中文
开本: 大16K
ISSN: 1000-0186
CN: 11-1278/G4
历史沿革:
1981年创刊期刊荣誉:
国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊
中国期刊网来源刊
2011年度核心期刊,国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊,中国期刊网来源刊,百种重点期刊,社科双百期刊,首届全国优秀社科期刊。
扇形的面积与周长
【作者】 丁秋月 仵俊亚
【机构】 湖北省十堰市第二中学
【正文】 【知识】如下图,扇形的半径为r,弧长为l,圆心角为a,周长为c,面积为S.
则如下表,扇形的有关公式:
扇形的面积公式S=■lr,类似三角形面积公式.
【例1】已知扇形的周长是10cm,面积是4cm2,则扇形的半径为
.
【误解】设扇形的半径为r,弧长为l,则
2r+l=10■lr=4 解这个方程组得r=1l=8,或r=4l=2
所以,扇形的半径为1cm或4cm.
【原因分析】当半径为1cm时,弧长为8cm,圆心角为8弧度,大于2π弧度,这是不可能的;半径为4cm时,弧长为2cm,圆心角为■弧度,小于2π弧度,这是可能的.这个扇形的半径只能为4cm.
【注意】扇形中,半径的取值范围.
(1)半径与周长的关系:由l=C-2r,而0<l<2πr得■<r<■.
(2)半径与面积的关系:由a=■,0<a<2π得r>■.
(3)半径与弧长的关系:由a=■,0<a<2π得r>■.
利用函数的性质时,要注意函数的定义域;利用基本不等式时,也要注意字母的取值范围,取等号的条件是否成立.
【例2】已知扇形的周长是40cm,当它的半径和圆心角取什么值时,才能使扇形的面积最大?最大面积是多少?
【解法一】利用函数的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
l+2r=40,l=40-2r,由0<l<2πr得,■<r<20
S=■lr=■(40-2r)r=20r-r2=-(r-10)2+100,而■<r<20
所以,当半径为10cm时,扇形的面积最大,最大面积为100cm2,此时,圆心角为■=2(rad).
【解法二】利用不等式的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
l+2r=40,l>0,r>0
S=■lr=■l·2r≤(■)2=100,
当2r+l=40l=2r时,r=10l=20,扇形的面积最大,最大面积为100cm2.
此时,半径为10cm,圆心角为■=2(rad).
【例3】已知扇形的面积是25cm2,当它的半径和圆心角取什么值时,才能使扇形的周长最小最大?最小周长是多少?
【解法一】利用函数的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
S=■lr=25,l=■,由a=■,0<a<2π得r>■
C=l+2r=■+2r=2(r+■)
C'=2(1-■)=■,
当半径为5cm,扇形的周长最小,最小值为20cm,此时圆心角为■=2(rad)
【解法二】利用不等式的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
S=■lr=25,2lr=100,l>0,r>0
C=l+2r≥2■=2■=20
当2rl=100l=2r时,r=5l=10,扇形的周长最小,最小值为20cm.
此时,半径为5cm,圆心角为■=2(rad).
求扇形的周长或面积的最值问题,可以利用函数的性质,可以利用基本不等式,但利用基本不等式比较简单;可以利用角度制,也可以利用弧度制,但用弧度制比较好.
【小结】对扇形来说,周长是定值,面积有最大值,取最大值时,圆心角为2rad;面积为定值时,周长有最小值,取最小值时,圆心角为2rad.
【其它】如下图,分别为扇形的弦,弓形(阴影部分),扇环(阴影部分),扇形的内切圆(阴影部分).
则如下表,扇形的有关公式:
扇形的面积公式S=■lr,类似三角形面积公式.
【例1】已知扇形的周长是10cm,面积是4cm2,则扇形的半径为
.
【误解】设扇形的半径为r,弧长为l,则
2r+l=10■lr=4 解这个方程组得r=1l=8,或r=4l=2
所以,扇形的半径为1cm或4cm.
【原因分析】当半径为1cm时,弧长为8cm,圆心角为8弧度,大于2π弧度,这是不可能的;半径为4cm时,弧长为2cm,圆心角为■弧度,小于2π弧度,这是可能的.这个扇形的半径只能为4cm.
【注意】扇形中,半径的取值范围.
(1)半径与周长的关系:由l=C-2r,而0<l<2πr得■<r<■.
(2)半径与面积的关系:由a=■,0<a<2π得r>■.
(3)半径与弧长的关系:由a=■,0<a<2π得r>■.
利用函数的性质时,要注意函数的定义域;利用基本不等式时,也要注意字母的取值范围,取等号的条件是否成立.
【例2】已知扇形的周长是40cm,当它的半径和圆心角取什么值时,才能使扇形的面积最大?最大面积是多少?
【解法一】利用函数的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
l+2r=40,l=40-2r,由0<l<2πr得,■<r<20
S=■lr=■(40-2r)r=20r-r2=-(r-10)2+100,而■<r<20
所以,当半径为10cm时,扇形的面积最大,最大面积为100cm2,此时,圆心角为■=2(rad).
【解法二】利用不等式的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
l+2r=40,l>0,r>0
S=■lr=■l·2r≤(■)2=100,
当2r+l=40l=2r时,r=10l=20,扇形的面积最大,最大面积为100cm2.
此时,半径为10cm,圆心角为■=2(rad).
【例3】已知扇形的面积是25cm2,当它的半径和圆心角取什么值时,才能使扇形的周长最小最大?最小周长是多少?
【解法一】利用函数的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
S=■lr=25,l=■,由a=■,0<a<2π得r>■
C=l+2r=■+2r=2(r+■)
C'=2(1-■)=■,
当半径为5cm,扇形的周长最小,最小值为20cm,此时圆心角为■=2(rad)
【解法二】利用不等式的性质.
设扇形的半径为r,弧长为l,则
S=■lr=25,2lr=100,l>0,r>0
C=l+2r≥2■=2■=20
当2rl=100l=2r时,r=5l=10,扇形的周长最小,最小值为20cm.
此时,半径为5cm,圆心角为■=2(rad).
求扇形的周长或面积的最值问题,可以利用函数的性质,可以利用基本不等式,但利用基本不等式比较简单;可以利用角度制,也可以利用弧度制,但用弧度制比较好.
【小结】对扇形来说,周长是定值,面积有最大值,取最大值时,圆心角为2rad;面积为定值时,周长有最小值,取最小值时,圆心角为2rad.
【其它】如下图,分别为扇形的弦,弓形(阴影部分),扇环(阴影部分),扇形的内切圆(阴影部分).