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应用弧长公式l=αr和扇形面积公式S=12αr2来解决实际问题,这既充分体现了弧度制在运算上的优越性,又能帮助我们加深对弧度制概念的理解.下面对弧度制下的扇形问题加以例析.
一、求扇形的圆心角
例1 已知扇形的周长为10 cm,面积为4 cm2,求扇形圆心角的弧度数.
分析:利用周长和面积列出两个方程,可求出半径,进而得到圆心角的弧度数.
解:设扇形圆心角的弧度数为θ(0<θ<2π),弧长为l,半径为r,
则l+2r=10 ①,12lr=4 ②
将①代入②得r2-5r+4=0,解得r1=1,r2=4.
当r=1时,l=8(cm),此时θ=8rad>2πrad,舍去;
当r=4时,l=2(cm),此时θ=24=12rad.
点评:本题主要考查弧度的概念及应用,考查弧度制下的弧长公式和扇形面积公式的应用.在使用公式l=|α|r和S=12lr时,圆心角的单位必须是弧度.如果是用角度表示的,则应先换算成弧度,再代入公式.
二、求弧长与面积
例2 2rad的圆心角所对的弦长为2 cm,则这个圆心角所对的弧长是多少?这个圆心角所夹扇形面积是多少?
分析:过圆心作弦的垂线,构造出一个直角三角形可求出扇形的半径,则可用弧长公式和扇形面积公式求解.
解:设弦AB=2 cm,过O做OD⊥AB于D,则D为AB的中点.
∴AD=12AB=1 cm,∠AOD=12∠AOB=1rad,
∴扇形半径OA=1sin1,由弧长公式l=|α|r=2×1sin1(cm)=2 sin1(cm),
由扇形面积公式S=12lr=12×2sin1×1sin1=1sin21(cm2).
点评:解决扇形问题要注意三角形一些性质的应用,建立等式关系,进而求解.
三、求扇形面积的最大值
例3 已知一个扇形的周长等于20 cm,当这个扇形的圆心角取何值时,它有最大面积,最大面积是多少?
分析:本题考查以弧度制为背景的函数最值问题,必须引入自变量建立目标函数,利用函数知识解决.
解:设扇形的弧长为l cm,半径为r cm,扇形中心角为α,由已知条件,得l+2r=20,即l=20-2r,
∴扇形的面积为:
S=12αr2=12lr=12(20-2r)r=-r2+10r
=-(r-5)2+25.
∴当r=5时,S最大,此时l=10,
∴当这个扇形的圆心角α=lr=2时,它有最大面积,最大面积是25 cm2.
点评:本题是利用扇形面积公式建立二次函数,进而求二次函数的最值.此题是扇形周长一定时,求扇形的面积的最大值.建立目标函数时,自变量的选取与解题的繁简有很大的关系,要分析题意,恰当设元.
(作者:车树勤,江苏省连云港市锦屏高级中学)
一、求扇形的圆心角
例1 已知扇形的周长为10 cm,面积为4 cm2,求扇形圆心角的弧度数.
分析:利用周长和面积列出两个方程,可求出半径,进而得到圆心角的弧度数.
解:设扇形圆心角的弧度数为θ(0<θ<2π),弧长为l,半径为r,
则l+2r=10 ①,12lr=4 ②
将①代入②得r2-5r+4=0,解得r1=1,r2=4.
当r=1时,l=8(cm),此时θ=8rad>2πrad,舍去;
当r=4时,l=2(cm),此时θ=24=12rad.
点评:本题主要考查弧度的概念及应用,考查弧度制下的弧长公式和扇形面积公式的应用.在使用公式l=|α|r和S=12lr时,圆心角的单位必须是弧度.如果是用角度表示的,则应先换算成弧度,再代入公式.
二、求弧长与面积
例2 2rad的圆心角所对的弦长为2 cm,则这个圆心角所对的弧长是多少?这个圆心角所夹扇形面积是多少?
分析:过圆心作弦的垂线,构造出一个直角三角形可求出扇形的半径,则可用弧长公式和扇形面积公式求解.
解:设弦AB=2 cm,过O做OD⊥AB于D,则D为AB的中点.
∴AD=12AB=1 cm,∠AOD=12∠AOB=1rad,
∴扇形半径OA=1sin1,由弧长公式l=|α|r=2×1sin1(cm)=2 sin1(cm),
由扇形面积公式S=12lr=12×2sin1×1sin1=1sin21(cm2).
点评:解决扇形问题要注意三角形一些性质的应用,建立等式关系,进而求解.
三、求扇形面积的最大值
例3 已知一个扇形的周长等于20 cm,当这个扇形的圆心角取何值时,它有最大面积,最大面积是多少?
分析:本题考查以弧度制为背景的函数最值问题,必须引入自变量建立目标函数,利用函数知识解决.
解:设扇形的弧长为l cm,半径为r cm,扇形中心角为α,由已知条件,得l+2r=20,即l=20-2r,
∴扇形的面积为:
S=12αr2=12lr=12(20-2r)r=-r2+10r
=-(r-5)2+25.
∴当r=5时,S最大,此时l=10,
∴当这个扇形的圆心角α=lr=2时,它有最大面积,最大面积是25 cm2.
点评:本题是利用扇形面积公式建立二次函数,进而求二次函数的最值.此题是扇形周长一定时,求扇形的面积的最大值.建立目标函数时,自变量的选取与解题的繁简有很大的关系,要分析题意,恰当设元.
(作者:车树勤,江苏省连云港市锦屏高级中学)