词汇表

10进制
微积分
卡瓦列里原理
Circumference of a Circle
直径 (圆)
半径
扇形
圆规
圆锥
圆锥的体积
圆锥曲线
余弦
Cylinder
圆柱的体积
度数
缩放
椭圆
万有引力
双曲线
无理数
国际空间站
多面体的展开图
抛物线
圆周率
棱柱
棱锥
勾股定理
弧度
相似
正弦
球体
平移
三角学
单位圆

选择左侧的一个关键字...

圆与圆周率切线、弦和弧

阅读时间: ~15 min

在前面的部分,你学了许多与圆有关的概念——如圆心、半径、直径和周长等。不过,还有很多可以帮助我们解决更复杂问题的圆的部分要素。

SectorSegmentSecantChordTangentArc
  • 割线 指的是经过圆上任意两点的直线。
  • 指的是连接圆上任意两点的线段。
  • 切线 指的是与圆只有一个交点的直线。这个点成为__切点__。
  • 指的是圆上任意两点间的部分。
  • 扇形 指的是一条圆_弧_和经过这条圆弧两端的_两条半径_所围成的图形。
  • 还有, 弓形指的是圆上由一条_弦_和所对的_弧_围成的图形。

在本节,我们将研究所有这些要素之间的关系,并证明与它们有关的性质定理。先别着急去记这么多的概念——你还可以使用术语表

切线

即将推出!

即将推出

弧与扇形

大部分的古希腊科学家都认为地球是一个球体。有大量的证据:从轮船在海上消失于地平线,再到夜晚星星的圆周运动。

不幸的是,没有人准确的知道地球有多大——直到公元前200年,数学家埃拉托色尼

利用几何发现了一个测量地球半径的精妙方法。我们所需的只是一点关于圆的弧和扇形的知识。

ABSectorArc

正如你在图中看到的,一条 是圆的???

的一部分,而 扇形则是圆???的一部分。

A 和点 B 之间的弧通常记为 AB。这个定义有点不严谨:连接点A和点B之间的弧还有 另一条弧在圆上的另一边。

另个中较短的弧称之为 劣弧,而较长的则称之为 优弧。如果点_A_和点_B_恰好相对且两条弧的长度相等时,我们称之为???

计算弧长或扇形面积,我们需要知道它们所在圆中所对的角:也就是 圆心角

注意观察,弧、扇形和圆心角所占一个完整圆的比例是 相同 的。例如,如果 圆心角,则占了 整个圆???

也就是说 弧长 也是 整个圆周长14 ,且 扇形的面积 也是 整个圆面积14

我们可以用下面的公式表示它们间的关系:

弧长周长=???

圆的面积=圆心角度数???

SectorArc

那么我们就可以对上面的公式进行变形得到我们想要的量。例如,

弧长=周长×c360
=2πr×c360
扇形面积=圆的面积×c360
=πr2×c360

其中_r_是圆的半径,_c_为圆心角的度数。

如果我们用弧度

来表示圆心角而不是角度,那么我们使用类似的公式,但是必须把360°替换为???

弧长=2πr×c2π
=r×c
扇形面积公式=πr2×c2π
=12r2c

注意公式怎样变得更简洁,而且_π_都被抵消掉了。这就是为什么,你看可能印象,弧度的定义 就是基于半径为1 的圆的弧长。

现在你就知道怎么使用弧和扇形来计算地球的周长了。

在古埃及,尼罗河旁的城市_阿斯旺_。阿斯旺拥有一个奇特的庄园而闻名:每年有个时刻——在6月21日夏至的中午,当阳光照射到一口井的底部时。就在那时,整个井的底部被照亮了,边缘却没有,意味着太阳就在井的正上方。

© Google Maps

古埃及人通过走路的步数来测量距离。

一些资料称“埃拉托色尼井”位于尼罗河的 象岛

数学家埃拉托色尼

居住在距阿斯旺北部800 km的_亚历山大港_,他曾是亚历山大图书馆的馆长。亚历山大港市中心矗立着一座方尖碑,高耸的顶部有个窄小的金字塔形的纪念碑。

埃拉托色尼注意到夏至中午时分,纪念碑有一个投影——这意味着天上的太阳_不是_直射。他推断这可能是因为地球是弯曲的,并意识到利用这个可以计算出地球的周长。

在这里你可以看到阿斯旺水井和亚历山大方尖碑。太阳光线直射到井中,但是与方尖碑有一个夹角并产生了投影。

埃拉托色尼测量了投影的 角度 为7.2°。这个角度与亚历山大港到阿斯旺的 弧线 圆心角 相等,因为它们是???

现在我们可以使用前面得到的弧长公式:

弧长周长=°360°

变形一下,我们就可以算出地球的周长

周长=360°7.2°×800 km=km

最后,我们知道圆的周长为C=2πr,因此地球的半径为

r地球=40000km2π6400km.

埃拉托色尼的测量是古代一项最重要的实验之一。他的估计地球大小是结果是非常精确的,特别是他只用了非常基本的测量工具。

当然,要把他的原始计算结果翻译成像千米这样的现代单位。在古希腊,距离大小用斯特迪亚(约为160m)表示,但那时没有通用的标准。每个地区都有一点差异,我们也不知道埃拉托色尼用的是哪个。

在后来的几个世纪,科学家们试图用其它的方法来测量地球的半径——有时候结果差异很大,或者就是错误的。

就是因为其中的一个错误方法引导克里斯托弗•哥伦布从葡萄牙向西航行。他以为地球比实际的小很多,并希望抵达印度。事实上,他到达了一个中间完全不一样的大陆:美洲。

弓形

即将推出!

Archie