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探索计算“渐开线”的长的公式
题1 (常州市)如图1,正三角形ABC的边长为,将线段AC绕点A顺时针旋转120°至形成扇形;将线段绕点B顺时针旋转120°至形成扇形;将线段绕点C顺时针旋转120°至形成扇形;将线段绕点A顺时针旋转120°至形成扇形,……。设为扇形的弧长(n=1、2、3、……),回答下列问题:
①按照要求填表
②按照上表所反映的规律,试估计n至少为何值时,扇形的弧长能绕地球赤道一周?(设地球赤道半径为6400Km)
解:①
②根据上表可发现规律,则≥2л×6400×100000,所以n≥,答n至少应为。
题2 如图2,四边形ABCD是正方形,曲线叫做“正方形的渐开线”,其中弧、弧、弧、弧、……的圆心依次按A、B、C、D循环,它们依次连接。取AB=1,则曲线的长是 (结果保留л).
解析:由于弧、弧、……、弧所在的扇形的中心角相等都是90°,而各个扇形的半径增长的规律为1、2、3、4、……,这里所求的弧共有8段,根据弧长公式,那么所求的曲线长为
题3 如图3,五边形ABCDE是正五边形,曲线叫做“正五边形的渐开线”,其中弧、弧FG、弧GH、弧HI、弧IJ……的圆心依次按A、B、C、D、E循环,它们依次连接。取AB=1,则曲线EFGHIJ的长度是 (结果保留л).
解析:由于弧、弧FG、弧GH、弧HI、弧IJ所在的扇形的中心角相等都是72°,而各个扇形的半径增长的规律为1、2、3、4、……,这里所求的弧共有5段,根据弧长公式,那么所求的曲线长为
题4 (广西)如图4,六边形ABCDEF为正六边形,曲线FGHIJKL…叫做“正六边形ABCDEF的渐开线”,其中弧AB、弧GH、弧HI、弧JK、弧KL、…的圆心依次按A、B、C、D、E、F循环。如果AB=2,则曲线FGHIJKL的长度为 (结果保留).
解析:由于弧AB、弧GH、弧HI、弧JK、弧KL所在的扇形的中心角相等都是60°,而各个扇形的半径增长的规律为2、4、6、8、……,这里所求的弧共有6段,根据弧长公式,那么所求的曲线长为
题5 在上面各题的条件下,若正多边形是边长为R的正n边形,这样的曲线就叫“正n边形的渐开线”,设由前m段弧组成的渐开线的长为,求.
解析:各段弧所在的扇形的中心角都是度,前m段弧所在的扇形的半径的变化规律为R、2R、3R、4R、……、.根据弧长公式,则
前m段弧所组成的渐开线的长为:
.
其中第K段弧的弧长为:
由渐开线的公式可知渐开线的长只与正多边形的边长、边数及弧的段数有关.
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