(共37张PPT)
7.1.2 弧度制
课标要求
素养要求
1.理解角度制与弧度制的概念,能对弧度和角度进行正确的转换.
2.体会引入弧度制的必要性,建立角的集合与实数集的一一对应关系.
3.掌握并能应用弧度制下的弧长公式和扇形面积公式.
1.借助单位圆建立弧度制的概念,体会引入弧度制的必要性,重点提升学生的数学抽象素养.
2.应用弧度制下的弧长公式和扇形面积公式解决相关问题,重点提升数学运算素养.
新知探究
摄氏度与华氏温度
“在一个标准大气压下,把冰水混合物的温度定为零度,把沸水的温度定为100度,它们之间分成100等份,每一等份是摄氏度的一个单位,叫做1摄氏度.”
摄氏度的发明者是安德斯·摄尔修斯(Anders
Celsius
1701~1744),其结冰点是0
℃,沸点为100
℃.1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质,制成玻璃水银温度计,选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度.
人体温度为温度计的100度,把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份,每一份为1华氏度,记作“1
?”.按照华氏温标,则水的冰点为32
?,沸点为212
?.“华氏温标”是经验温标之一.在美国的日常生活中,多采用这种温标.规定在一大气压下水的冰点为32度,沸点为212度,两个标准点之间分为180等份,每等份代表1度.华氏温度用字母“F”表示.
摄氏温度(℃)和华氏温度(?)之间的换算关系为:
华氏度(?)=32+摄氏度(℃)×1.8,摄氏度(℃)=(华氏度(?)-32)÷1.8.
问题 温度可以用摄氏温度与华氏温度来表示,测量角除了角度外,是否还有其他单位?它是怎样定义的?
提示 弧度,弧长等于半径的弧所对的圆心角即为1弧度的角.
1.度量角的两种单位制
在用弧度制表示角时,单位可以省略
度
弧度
半径长
rad
2.弧度数
(1)正角:正角的弧度数是______.
(2)负角:负角的弧度数是______.
(3)零角:零角的弧度数是____.
(4)如果半径为r的圆的圆心角α所对弧的长为l,那么,角α的弧度数的绝对值是
|α|=______.
正数
负数
0
3.角度制与弧度制的换算
2π
rad
360°
π
rad
180°
4.扇形的弧长和面积公式
如图:(1)则有l=____________.
若r=1,则有l=________.
5.角与实数的关系
在弧度制下,角的集合与弧度数的集合之间建立起__________关系.
如图所示:
|α|·r
|α|
一一对应
正实数
负角
拓展深化
[微判断]
1.1弧度就是1°的圆心角所对的弧.(
)
提示 1弧度是长度等于半径的弧所对的圆心角.
2.“1弧度的角”的大小和所在圆的半径大小无关.(
)
4.扇形的半径为1
cm,圆心角为30°,则扇形的弧长l=r|α|=1×30=30(cm).(
)
提示 扇形的弧长公式l=|α|r,α的单位为弧度.
×
√
√
×
[微训练]
1.下列命题中的假命题是( )
解析 根据1度、1弧度的定义可知只有D为假命题,故选D.
答案 D
2.将2
340°转化为弧度为________.
答案 13π
4.若θ=-5,则角θ的终边在第________象限.
解析 2π-5与-5的终边相同,
答案 一
[微思考]
1.对于角度制和弧度制,在具体的应用中,两者可混用吗?如何书写才是规范的?
2.角α的弧度数与α所在的圆的半径有关吗?
提示 α的弧度数由角α的大小唯一确立,而与其所在圆的大小(半径)无关.
题型一 角度与弧度的互化及应用
【例1】 将下列角度与弧度进行互化:
题型二 用弧度制表示角的集合
【例2】 用弧度表示顶点在原点,始边重合于x轴的非负半轴,终边落在阴影部分内的角的集合(不包括边界,如图).
规律方法 根据已知图形写出区域角的集合的步骤
(1)仔细观察图形.
(2)写出区域边界作为终边时角的表示.
(3)用不等式表示区域范围内的角.
(4)按逆时针方向书写.
【训练2】 已知角α=2
010°.
(1)将α改写成β+2kπ(k∈Z,0≤β<2π)的形式,并指出α是第几象限角;
(2)在区间[-5π,0)上找出与α终边相同的角.
又-5π≤γ<0,
解 如图所示,
根据题意可知,当⊙O1是扇形AOB内切圆时,广场的占地面积最大,
设⊙O1与OA切于C点.连接O1O,O1C.
OO1=OA-O1C=300-O1C,
解得O1C=100
m.
这时⊙O1的面积为π·1002=10
000
π(m2).
规律方法 扇形弧长公式及面积公式的应用类问题的解决方法
首先,将角度转化为弧度表示,弧度制的引入使相关的弧长公式、扇形面积公式均得到了简化,所以解决这类问题时通常采用弧度制.一般地,在几何图形中研究的角,其范围是(0,2π),其次,利用α,l,R,S四个量“知二求二”代入公式.在求解的过程中要注意:
(1)看清角的度量制,选用相应的公式;
(2)扇形的周长等于弧长加两个半径长,对于扇形周长或面积的最值问题,通常转化为某个函数的最值问题.
∴OD=OA+AD=100+20=120,
一、素养落地
1.通过本节课的学习,重点提升学生的数学抽象、数学运算素养.
2.本节课主要讲述角度制与弧度制的互化和利用弧长公式、面积公式解决有关计算问题.
二、素养训练
1.下列各命题中,真命题是( )
A.1弧度就是1°的圆心角所对的弧
B.1弧度是长度等于半径的弧
C.1弧度是1°的弧与1°的角之和
D.1弧度是长度等于半径的弧所对的圆心角
解析 根据弧度制和角度制的规定可知A,B,C均错误,D正确.
答案 D
2.将-1
485°化成α+2kπ(0≤α<2π,k∈Z)的形式是( )
答案 D
4.中国扇文化有着深厚的文化底蕴,文人雅士喜在扇面上写字作画.如图是书画家唐寅(1
470—1
523)的一幅书法扇面,其尺寸如图所示,则该扇面的面积为________cm2.
解析 如图,设∠AOB=θ,OA=OB=r,
答案 704
5.已知一个扇形的周长为a,求当扇形的圆心角多大时,扇形的面积最大,并求这个最大值.
解 设扇形的弧长为l,半径为r,圆心角为α,面积为S.由已知,2r+l=a,即l=a-2r.
∵r>0,l=a-2r>0,7.1.2 弧度制
课标要求
素养要求
1.理解角度制与弧度制的概念,能对弧度和角度进行正确的转换.2.体会引入弧度制的必要性,建立角的集合与实数集的一一对应关系.3.掌握并能应用弧度制下的弧长公式和扇形面积公式.
1.借助单位圆建立弧度制的概念,体会引入弧度制的必要性,重点提升学生的数学抽象素养.2.应用弧度制下的弧长公式和扇形面积公式解决相关问题,重点提升数学运算素养.
新知探究
摄氏度与华氏温度
“在一个标准大气压下,把冰水混合物的温度定为零度,把沸水的温度定为100度,它们之间分成100等份,每一等份是摄氏度的一个单位,叫做1摄氏度.”
摄氏度的发明者是安德斯·摄尔修斯(Anders
Celsius
1701~1744),其结冰点是0
℃,沸点为100
℃.1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质,制成玻璃水银温度计,选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度.
人体温度为温度计的100度,把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份,每一份为1华氏度,记作“1
?”.按照华氏温标,则水的冰点为32
?,沸点为212
?.“华氏温标”是经验温标之一.在美国的日常生活中,多采用这种温标.规定在一大气压下水的冰点为32度,沸点为212度,两个标准点之间分为180等份,每等份代表1度.华氏温度用字母“F”表示.
摄氏温度(℃)和华氏温度(?)之间的换算关系为:
华氏度(?)=32+摄氏度(℃)×1.8,摄氏度(℃)=(华氏度(?)-32)÷1.8.
问题 温度可以用摄氏温度与华氏温度来表示,测量角除了角度外,是否还有其他单位?它是怎样定义的?
提示 弧度,弧长等于半径的弧所对的圆心角即为1弧度的角.
1.度量角的两种单位制 在用弧度制表示角时,单位可以省略
角度制
定义
用度作为单位来度量角的单位制
1度的角
周角的为1度的角,记作1°
弧度制
定义
以弧度为单位来度量角的单位制
1弧度的角
长度等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做1弧度的角.1弧度记作1
rad
2.弧度数
(1)正角:正角的弧度数是正数.
(2)负角:负角的弧度数是负数.
(3)零角:零角的弧度数是0.
(4)如果半径为r的圆的圆心角α所对弧的长为l,那么,角α的弧度数的绝对值是|α|=.
3.角度制与弧度制的换算
牢记180°=π
rad,
1
rad=
°
角度化弧度
弧度化角度
360°=2π__rad
2π
rad=360°
180°=π__rad
π
rad=180°
1°=__rad≈0.017
45
rad
1
rad=°≈57.30°
度数×=弧度数
弧度数×=度数
4.扇形的弧长和面积公式
如图:(1)则有l=|α|·r.
若r=1,则有l=|α|.
INCLUDEPICTURE"W3.TIF"
INCLUDEPICTURE
"W3.TIF"
\
MERGEFORMAT
(2)若|α|≤2π,则圆心角为α的扇形的面积为S=rl.
5.角与实数的关系
在弧度制下,角的集合与弧度数的集合之间建立起一一对应关系.
如图所示:
拓展深化
[微判断]
1.1弧度就是1°的圆心角所对的弧.(×)
提示 1弧度是长度等于半径的弧所对的圆心角.
2.“1弧度的角”的大小和所在圆的半径大小无关.(√)
3.160°化为弧度制是π
rad.(√)
4.扇形的半径为1
cm,圆心角为30°,则扇形的弧长l=r|α|=1×30=30(cm).(×)
提示 扇形的弧长公式l=|α|r,α的单位为弧度.
[微训练]
1.下列命题中的假命题是( )
A.“度”与“弧度”是度量角的两种不同的度量单位
B.1°的角是周角的,1
rad的角是周角的
C.1
rad的角比1°的角要大
D.用角度制和弧度制度量角,都与圆的半径有关
解析 根据1度、1弧度的定义可知只有D为假命题,故选D.
答案 D
2.将2
340°转化为弧度为________.
解析 2
340×=13π.
答案 13π
3.已知半径为1的扇形面积为,则扇形的圆心角为________.
解析 由S=|α|r2得=·α·12,所以α=.
答案
4.若θ=-5,则角θ的终边在第________象限.
解析 2π-5与-5的终边相同,
∵2π-5∈,∴2π-5是第一象限角,则-5也是第一象限角.
答案 一
[微思考]
1.对于角度制和弧度制,在具体的应用中,两者可混用吗?如何书写才是规范的?
提示 角度制与弧度制是两种不同的度量制度,在表示角时不能混用,例如α=k·360°+(k∈Z),β=2kπ+60°(k∈Z)等写法都是不规范的,应写为α=k·360°+30°(k∈Z),β=2kπ+(k∈Z).
2.角α的弧度数与α所在的圆的半径有关吗?
提示 α的弧度数由角α的大小唯一确立,而与其所在圆的大小(半径)无关.
题型一 角度与弧度的互化及应用
【例1】 将下列角度与弧度进行互化:
(1)20°;(2)-800°;(3);(4)-π.
解 (1)20°=20·=;
(2)-800°=-800·=-π;
(3)=·°=105°;
(4)-π=-π·°=-144°.
规律方法 角度制与弧度制互化的原则和方法
(1)原则:牢记180°=π
rad,充分利用1°=
rad和1
rad=°进行换算.
(2)方法:设一个角的弧度数为α,角度数为n,则α
rad=α·°;n°=n·.
【训练1】 (1)把112°30′化成弧度;
(2)把-化成度.
解 (1)112°30′=°=·=.
(2)-=-·°=-75°.
题型二 用弧度制表示角的集合
【例2】 用弧度表示顶点在原点,始边重合于x轴的非负半轴,终边落在阴影部分内的角的集合(不包括边界,如图).
解 (1)以OA为终边的角为+2kπ(k∈Z),以OB为终边的角为-+2kπ(k∈Z),所以阴影部分(不包括边界)内的角的集合为.
(2)终边落在阴影部分(不含边界)的角的集合是
.
规律方法 根据已知图形写出区域角的集合的步骤
(1)仔细观察图形.
(2)写出区域边界作为终边时角的表示.
(3)用不等式表示区域范围内的角.
(4)按逆时针方向书写.
【训练2】 已知角α=2
010°.
(1)将α改写成β+2kπ(k∈Z,0≤β<2π)的形式,并指出α是第几象限角;
(2)在区间[-5π,0)上找出与α终边相同的角.
解 (1)2
010°=2
010·==5×2π+,
又π<<,
∴α与终边相同,是第三象限角.
(2)与α终边相同的角可以写成γ=+2kπ(k∈Z),
又-5π≤γ<0,
∴当k=-3时,γ=-π;
当k=-2时,γ=-π;
当k=-1时,γ=-π.
题型三 弧长公式与面积公式的应用
【例3】 如图所示,十字形公路的交叉处周围成扇形,某市规划拟在这块扇形土地上修建一个圆形广场.已知∠AOB=60°,的长度为100π
m.怎样设计能使广场的占地面积最大?其值是多少?
INCLUDEPICTURE"xj64A.TIF"
INCLUDEPICTURE
"xj64A.TIF"
\
MERGEFORMAT
解 如图所示,
∵∠AOB=60°=,的长度为100π
m,∴OA==300(m).
根据题意可知,当⊙O1是扇形AOB内切圆时,广场的占地面积最大,
设⊙O1与OA切于C点.连接O1O,O1C.
则∠O1OC=30°=,
OO1=OA-O1C=300-O1C,
又O1C=O1O·sin
,
故O1C=(300-O1C)×,
解得O1C=100
m.
这时⊙O1的面积为π·1002=10
000
π(m2).
规律方法 扇形弧长公式及面积公式的应用类问题的解决方法
首先,将角度转化为弧度表示,弧度制的引入使相关的弧长公式、扇形面积公式均得到了简化,所以解决这类问题时通常采用弧度制.一般地,在几何图形中研究的角,其范围是(0,2π),其次,利用α,l,R,S四个量“知二求二”代入公式.在求解的过程中要注意:
(1)看清角的度量制,选用相应的公式;
(2)扇形的周长等于弧长加两个半径长,对于扇形周长或面积的最值问题,通常转化为某个函数的最值问题.
【训练3】 我国的“洋垃圾禁止入境”政策已实施一年多.某沿海地区的海岸线为一段圆弧AB,对应的圆心角∠AOB=,该地区为打击洋垃圾走私,在海岸线外侧20海里内的海域ABCD对不明船只进行识别查证(如图,其中海域与陆地近似看作在同一平面内).在圆弧的两端点A,B分别建有监测站,A与B之间的直线距离为100海里.求海域ABCD的面积.
INCLUDEPICTURE"W4A.TIF"
INCLUDEPICTURE
"W4A.TIF"
\
MERGEFORMAT
解 ∵∠AOB=,在海岸线外侧20海里内为海域ABCD,AB=100,∴AD=BC=20,OA=OB=AB=100,
∴OD=OA+AD=100+20=120,
∴S海域ABCD=·π(OD2-OA2)
=π·(1202-1002)
=(平方海里).
一、素养落地
1.通过本节课的学习,重点提升学生的数学抽象、数学运算素养.
2.本节课主要讲述角度制与弧度制的互化和利用弧长公式、面积公式解决有关计算问题.
二、素养训练
1.下列各命题中,真命题是( )
A.1弧度就是1°的圆心角所对的弧
B.1弧度是长度等于半径的弧
C.1弧度是1°的弧与1°的角之和
D.1弧度是长度等于半径的弧所对的圆心角
解析 根据弧度制和角度制的规定可知A,B,C均错误,D正确.
答案 D
2.将-1
485°化成α+2kπ(0≤α<2π,k∈Z)的形式是( )
A.--8π
B.π-8π
C.-10π
D.π-10π
解析 -1
485°=-5×360°+315°,化为α+2kπ(0≤α<2π,k∈Z)的形式为-10π,选D.
答案 D
3.若α∈(0,π),且α与角-终边相同,则α=________.
解析 -=-2π+,故α=.
答案
4.中国扇文化有着深厚的文化底蕴,文人雅士喜在扇面上写字作画.如图是书画家唐寅(1
470—1
523)的一幅书法扇面,其尺寸如图所示,则该扇面的面积为________cm2.
解析 如图,设∠AOB=θ,OA=OB=r,
INCLUDEPICTURE"W6.TIF"
INCLUDEPICTURE
"W6.TIF"
\
MERGEFORMAT
由题意可得
解得r=,
所以S=SOCD-SOAB=×64×-×24×=704
cm2.
答案 704
5.已知一个扇形的周长为a,求当扇形的圆心角多大时,扇形的面积最大,并求这个最大值.
解 设扇形的弧长为l,半径为r,圆心角为α,面积为S.由已知,2r+l=a,即l=a-2r.
∴S=l·r=(a-2r)·r=-r2+r
=-+.
∵r>0,l=a-2r>0,
∴0∴当r=时,Smax=.
此时,l=a-2·=,
∴α==2.故当扇形的圆心角为2
rad时,扇形的面积最大,最大值为.
基础达标
一、选择题
1.与α=+2kπ(k∈Z)终边相同的角是( )
A.345°
B.375°
C.-
D.
解析 因为k=1,α=+2π=375°,所以选B.
答案 B
2.已知扇形的弧长为6,圆心角弧度数为3,则其面积为( )
A.3
B.6
C.9
D.12
解析 设扇形的半径为R,由题意可得=3,则R=2,扇形的面积S=lR=×6×2=6.
答案 B
3.如果2弧度的圆心角所对的弦长为2,那么这个圆心角所对的弧长为( )
A.sin
2
B.
C.2sin
1
D.tan
1
解析 由图可知,弦长AB=2,所以半径为,由弧长公式可得lAB=αr=,故选B.
INCLUDEPICTURE"xj65.TIF"
INCLUDEPICTURE
"xj65.TIF"
\
MERGEFORMAT
答案 B
4.集合中角所表示的范围(阴影部分)是( )
解析 k为偶数时,集合对应的区域为第一象限内直线y=x左上部分(包含边界),k为奇数时集合对应的区域为第三象限内直线y=x的右下部分(包含边界).故选C.
答案 C
5.如图,把八个等圆按相邻两两外切摆放,其圆心连线构成一个正八边形,设正八边形内侧八个扇形(无阴影部分)面积之和为S1,正八边形外侧八个扇形(阴影部分)面积之和为S2,则=( )
INCLUDEPICTURE"W7.TIF"
INCLUDEPICTURE
"W7.TIF"
\
MERGEFORMAT
A.
B.
C.
D.1
解析 ∵正八边形的内角和为α1=(8-2)×180°=6×180°=1
080°=6π,
正八边形外侧八个扇形(阴影部分)的内角和为α2=360°×8-1
080°=2
880°-1
080°=1
800°=10π,
∴===.
答案 B
二、填空题
6.把角-690°化为2kπ+α(0≤α<2π,k∈Z)的形式为________.
解析 法一 -690°=-690·=-π.
因为-π=-4π+,所以-690°=-4π+.
法二 -690°=-2×360°+30°,
则-690°=-4π+.
答案 -4π+
7.如图,扇形AOB的面积是1,它的弧长是2,则扇形的圆心角α的弧度数为________.
INCLUDEPICTURE"xj68.TIF"
INCLUDEPICTURE
"xj68.TIF"
\
MERGEFORMAT
解析 由扇形面积公式S=lr=l·=,知1=,所以α=2.
答案 2
8.分别以边长为1的正方形ABCD的顶点B,C为圆心,1为半径作圆弧AC,BD交于点E,则曲边三角形ABE的周长为________.
INCLUDEPICTURE"W8.TIF"
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"W8.TIF"
\
MERGEFORMAT
解析 因为两圆弧半径都是1,正方形边长也是1,所以△BCE为正三角形,圆心角∠EBC,∠ECB都是,弧长BE=·1=,∠EBA=-=,弧长AE=·1=,所以曲边三角形ABE的周长为1++=1+.
答案 1+
三、解答题
9.如图所示,用弧度制表示顶点在原点,始边重合于x轴的非负半轴,终边落在阴影部分的角的集合.
解 (1)将阴影部分看成是由OA逆时针旋转到OB所形成.故满足条件的角的集合为
.
(2)将终边为OA的一个角改写为-,此时阴影部分可以看成是OA逆时针旋转到OB所形成,故满足条件的角的集合为.
(3)将图中x轴下方的阴影部分看成是由x轴上方的阴影部分旋转π
rad而得到,所以满足条件的角的集合为.
(4)将第二象限阴影部分旋转π
rad后可得到第四象限的阴影部分,所以满足条件的角的集合为
.
10.某企业欲做一个介绍企业发展史的铭牌,铭牌的截面形状是如图所示的扇形环面(由扇形OAD挖去扇形OBC后构成的).已知OA=10,OB=x(0m,设圆心角为θ弧度.
INCLUDEPICTURE"W9.TIF"
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"W9.TIF"
\
MERGEFORMAT
(1)求θ关于x的函数解析式;
(2)记铭牌的截面面积为y,试问x取何值时,y的值最大?并求出最大值.
解 (1)根据题意,可算得=x·θ(m),=10θ(m).
因为BA+CD++=30,所以(10-x)+(10-x)+xθ+10θ=30,
所以θ=(0(2)根据题意,可知y=S扇形OAD-S扇形OBC=θ×102-θx2,
化简得y=-x2+5x+50=-+.
所以当x=(满足条件0综上所述,当x=
m时铭牌的面积最大,且最大面积为
m2.
能力提升
11.某次帆船比赛LOGO(如图1)的设计方案如下:在Rt△ABO中挖去以点O为圆心,OB为半径的扇形BOC(如图2),使得扇形BOC的面积是Rt△ABO面积的一半.设∠AOB=α(rad),则的值为________.
解析 设BO=a,AB=b,则三角形BAO的面积为,扇形BOC的面积为αa2,由题得=αa2,
故=2α,因为tan
α=,所以=.
答案
12.在一块顶角为、腰长为2的等腰三角形钢板废料OAB中裁剪扇形,现有如图所示的两种方案.
(1)求两种方案中扇形的周长之差的绝对值;
(2)比较两种方案中的扇形面积的大小.
解 (1)由题意,顶角为、腰长为2的等腰三角形钢板废料OAB中裁剪扇形,
方案一:可得∠OAD=,R1=2,所以扇形的周长为C1=2R1+·R1=2×2+=4+;
方案二:可得∠MON=,R2=1,所以扇形的周长为C2=2R2+·R2=2×1+=2+,
所以两种方案中扇形的周长之差的绝对值|C1-C2|==2-.
(2)由(1),根据扇形的面积公式可得
方案一:扇形面积为S1=α1R=··22=;
方案二:扇形面积为S2=α2R=×·12=.
∴S1=S2,即两种方案中的扇形面积相等.
创新猜想
13.(多选题)下列转化结果正确的是( )
A.67°30′化成弧度是
B.-化成角度是-600°
C.-150°化成弧度是-
D.化成角度是15°
解析 对于A,67°30′=67.5×=,正确;对于B,-=-·°=-600°,正确;对于C,-150°=
-150·=-,错误;对于D,=·°=15°,正确.
答案 ABD
14.(多空题)《九章算术》是中国古代的数学名著,其中《方田》一章给出了弧田面积的计算公式.如图所示,弧田是由圆弧和其所对弦AB围成的图形,若弧田的弧长为4π,弧所在的圆的半径为6,则弧田的弦AB长是________,弧田的面积是________.
INCLUDEPICTURE"W12.TIF"
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解析 设弧所对的圆心角为α,由题意可得4π=6·α,α=π,∠OAB=,
可得AB=2OA·cos=2×6×=6.弧田的面积为扇形的面积减去△OAB的面积,可得S弧田=×π·62-×6×6·sin
30°=12π-9.
答案 6 12π-9