下图显示了一个圆形扇区,圆心为 O,包含一个角度 θ。证明:阴影区域的面积为 $\frac{r^{2}}{2}(\tan \theta-\frac{\pi \theta}{180})$


已知

一个圆形扇区,圆心为 O,包含一个角度 θ。

要求

我们必须证明阴影区域的面积为 $\frac{r^{2}}{2}(\tan \theta-\frac{\pi \theta}{180})$。

解答

从图中可以看出:

圆的半径 = r

弧 AC 在圆心处张开的角度为 θ。

∠OAB 是一个直角三角形。

在直角三角形 OAB 中:

$\tan \theta=\frac{AB}{OA}$

$\Rightarrow AB=OA \times \tan \theta$

$=r \tan \theta$

△OAB 的面积 = $\frac{1}{2} OA \times AB$

$=\frac{1}{2} \times r \times (r \tan \theta)$

$=\frac{1}{2} r^{2} \tan \theta$

扇形 OAC 的面积 = $\pi r^{2} (\frac{\theta}{360^{\circ}})$

$=\frac{\pi r^{2} \theta}{360}$

因此:

阴影部分的面积 = △OAB 的面积 - 扇形 OAC 的面积

$=\frac{1}{2} r^{2} \tan \theta-\frac{\pi r^{2} \theta}{360}$

$=\frac{1}{2} r^{2}(\tan \theta-\frac{2 \pi \theta}{360})$

$=\frac{1}{2} r^{2}(\tan \theta-\frac{\pi \theta}{180})$

$=\frac{r^{2}}{2}(\tan \theta-\frac{\pi \theta}{180})$

证毕。

更新于:2022年10月10日

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