Bài 15: Độ dài của cung tròn. Diện tích hình quạt tròn
🌾 Tính Diện tích Cánh đồng được Tưới bởi Vòi Phun Tự Động
Trong kỹ thuật nông nghiệp hiện đại, vòi phun nước xoay tròn tự động được đặt tại tâm cánh đồng. Đầu vòi phun vươn xa và quét một góc n = 120^^\circ.
Bằng công thức toán học nào người nông dân có thể tính được diện tích thảm cỏ được cấp nước?
📖 1. Chu vi Đường tròn & Độ dài Cung tròn
1. Chu vi đường tròn (Độ dài đường tròn): Độ dài của một đường tròn bán kính (hoặc đường kính ): (với ).
2. Độ dài cung tròn: Độ dài của một cung tròn bán kính , số đo n^^\circ:
3 Ví dụ minh họa Chu vi & Độ dài Cung:
-
Ví dụ 1: Tính chu vi đường tròn có bán kính và đường tròn có đường kính .
- Giải:
- Chu vi : .
- Chu vi đường tròn : .
- Giải:
-
Ví dụ 2: Cho đường tròn . Tính độ dài cung tròn 40^^\circ.
- Giải: .
-
Ví dụ 3: Một cung tròn bán kính có độ dài . Tính số đo n^^\circ của cung tròn đó.
- Giải: Từ l = \frac{\pi R n}{180} \Rightarrow n = \frac{180 \cdot l}{\pi R} = \frac{180 \cdot 5\pi}{\pi \cdot 10} = 90^^\circ.
📖 2. Diện tích Hình tròn, Hình quạt tròn & Hình vành khăn
1. Diện tích hình tròn:
2. Diện tích hình quạt tròn: Hình quạt tròn là phần hình tròn giới hạn bởi một cung tròn và hai bán kính đi qua hai đầu mô hình cung đó.
3. Diện tích hình vành khăn: Hình vành khăn là phần nằm giữa hai đường tròn đồng tâm và với :
3 Ví dụ minh họa Diện tích Quạt & Vành khăn:
-
Ví dụ 1: Tính diện tích hình quạt tròn bán kính có số đo cung bằng 60^^\circ.
- Giải: .
-
Ví dụ 2: Cho hình quạt tròn có độ dài cung . Tính diện tích hình quạt.
- Giải: .
-
Ví dụ 3: Tính diện tích hình vành khăn nằm giữa hai đường tròn đồng tâm bán kính và .
- Giải: .
🎯 5 Dạng toán & Phương pháp giải chi tiết
Dạng 1: Tính chu vi đường tròn và độ dài cung tròn
- Phương pháp: Sử dụng và .
-
Ví dụ 1: Tính độ dài cung 30^^\circ, 45^^\circ, 120^^\circ của đường tròn bán kính .
- Lời giải:
- Cung 30^^\circ: .
- Cung 45^^\circ: .
- Cung 120^^\circ: .
- Lời giải:
-
Ví dụ 2: Tính bán kính của đường tròn biết cung 60^^\circ có độ dài .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Cho tam giác đều cạnh nội tiếp . Tính độ dài các cung nhỏ .
- Lời giải: Các góc ở tâm \widehat{AOB} = \widehat{BOC} = \widehat{COA} = 120^^\circ.
Bán kính .
Độ dài mỗi cung nhỏ .
- Lời giải: Các góc ở tâm \widehat{AOB} = \widehat{BOC} = \widehat{COA} = 120^^\circ.
Dạng 2: Tính diện tích hình tròn, hình quạt tròn và hình vành khăn
- Phương pháp: Thay bán kính và góc n^^\circ vào công thức .
-
Ví dụ 1: Tính diện tích hình quạt tròn 150^^\circ ứng với đường tròn có chu vi .
- Lời giải: .
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2: Tính diện tích hình vành khăn giới hạn bởi hai đường tròn có chu vi và .
- Lời giải: .
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Cho hình quạt tròn có diện tích và số đo cung n^^\circ = 120^^\circ. Tính bán kính .
- Lời giải: .
Dạng 3: Tính diện tích Hình viên phân & Hình phẳng phức hợp
- Phương pháp:
- Hình viên phân: (đối với cung nhỏ).
-
Ví dụ 1: Cho đường tròn và dây . Tính diện tích hình viên phân giới hạn bởi dây và cung nhỏ .
- Lời giải: có đều \Rightarrow \widehat{AOB} = 60^^\circ.
.
.
Diện tích hình viên phân .
- Lời giải: có đều \Rightarrow \widehat{AOB} = 60^^\circ.
-
Ví dụ 2: Cho đường tròn và hai bán kính . Tính diện tích hình viên phân giới hạn bởi dây và cung nhỏ .
- Lời giải: .
.
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Cho hình vuông cạnh . Tính diện tích phần hình vuông nằm ngoài đường tròn nội tiếp hình vuông đó.
- Lời giải: .
Bán kính đường tròn nội tiếp .
Diện tích còn lại .
- Lời giải: .
Dạng 4: Bài toán Kim Đồng hồ & Chuyển động Tròn
- Phương pháp: Vận tốc góc của kim phút là 360^^\circ/\text{giờ} = 6^^\circ/\text{phút}, kim giờ là 30^^\circ/\text{giờ} = 0,5^^\circ/\text{phút}.
-
Ví dụ 1: Kim phút của một đồng hồ dài . Tính quãng đường đầu kim phút đi được trong 15 phút.
- Lời giải: Trong 15 phút, kim phút quay được một góc n = 15 \times 6^^\circ = 90^^\circ.
Quãng đường .
- Lời giải: Trong 15 phút, kim phút quay được một góc n = 15 \times 6^^\circ = 90^^\circ.
-
Ví dụ 2: Kim giờ của đồng hồ dài . Tính diện tích hình quạt mà kim giờ quét được từ 1 giờ đến 4 giờ chiều (3 tiếng).
- Lời giải: Trong 3 tiếng, kim giờ quay góc n = 3 \times 30^^\circ = 90^^\circ.
.
- Lời giải: Trong 3 tiếng, kim giờ quay góc n = 3 \times 30^^\circ = 90^^\circ.
-
Ví dụ 3: Một bánh xe ô tô có đường kính . Xe chạy với vận tốc . Tính số vòng quay của bánh xe trong 1 phút.
- Lời giải: Chu vi bánh xe .
Quãng đường xe đi trong 1 phút: .
Số vòng quay .
- Lời giải: Chu vi bánh xe .
Dạng 5: Bài toán Thực tế về Diện tích Thảm cỏ & Vành khăn
- Phương pháp: Đưa bài toán thực tế về mô hình tính diện tích quạt hoặc এবং और vành khăn.
-
Ví dụ 1: Một sân khấu hình tròn đường kính được bao quanh bởi một lối đi hình vành khăn rộng . Tính diện tích lối đi đó.
- Lời giải: Bán kính sân khấu . Bán kính cả lối đi .
Diện tích lối đi .
- Lời giải: Bán kính sân khấu . Bán kính cả lối đi .
-
Ví dụ 2: Một vòi nước tưới tự động xoay 240^^\circ với bán kính tưới . Tính diện tích khu đất được tưới.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Con bò được buộc bằng sợi dây dài vào cột góc của một bức tường vuông dài . Tính diện tích thảm cỏ bò có thể ăn được.
- Lời giải: Bò ăn cỏ trong hình quạt tròn bán kính ứng với góc ngoài bức tường n = 360^^\circ - 90^^\circ = 270^^\circ.
.
- Lời giải: Bò ăn cỏ trong hình quạt tròn bán kính ứng với góc ngoài bức tường n = 360^^\circ - 90^^\circ = 270^^\circ.
🌍 3 Bài toán ứng dụng đời sống thực tế
Bài toán 1 (Tốc độ Chuyển động Xe đạp):
Một chiếc xe đạp thể thao có bánh xe đường kính . Người đi xe đạp đạp xe sao cho bánh xe quay đều 120 vòng trong một phút. Tính vận tốc chuyển động của xe đạp tính ra km/h (làm tròn đến 1 chữ số thập phân).
Bài toán 2 (Quy hoạch Công viên & Đường chạy Chạy bộ):
Một công viên quy hoạch hồ nước hình tròn bán kính . Xung quanh hồ nước là đường chạy bộ hình vành khăn rộng . Chi phí rải nhựa đường chạy bộ là . Tính tổng chi phí rải nhựa đường chạy bộ.
Bài toán 3 (Thiết kế Quạt Giấy Nghệ thuật):
Một chiếc quạt giấy xòe ra tạo thành hình quạt tròn có bán kính nẹp nan , phần dán giấy quạt có bán kính trong , góc xòe quạt là n = 150^^\circ. Tính diện tích phần giấy dùng để dán cả hai mặt quạt.
📌 Hướng dẫn: Công cụ tương tác dưới đây hỗ trợ tính toán chính xác độ dài cung tròn, diện tích quạt tròn và vành khăn!
Thực hành tương tác: Căn bậc hai số học
Nhập giá trị của √144:
Trọng tâm kiến thức Bài 15:
- Chu vi & Độ dài cung: ; .
- Diện tích tròn & Quạt: ; .
- Diện tích vành khăn: .
Công thức tính độ dài của cung tròn bán kính có số đo là:
📝 Bài tập tự luận
Bài 1: Tính độ dài của cung tròn trong các trường hợp (lấy ):
a) R = 10\text{ cm}, n = 30^^\circ
b) R = 12\text{ cm}, n = 45^^\circ
c) R = 15\text{ cm}, n = 60^^\circ
d) R = 18\text{ cm}, n = 90^^\circ
e) R = 24\text{ cm}, n = 120^^\circ
f) R = 30\text{ cm}, n = 150^^\circ
Bài 2: Tính diện tích hình quạt tròn trong các trường hợp:
a) R = 6\text{ cm}, n = 45^^\circ
b) R = 8\text{ cm}, n = 60^^\circ
c) R = 10\text{ cm}, n = 90^^\circ
d) R = 12\text{ cm}, n = 120^^\circ
e)
f)
Bài 3: Tính diện tích hình vành khăn giới hạn bởi hai đường tròn đồng tâm và :
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Bài 4: Cho đường tròn .
a) Tính độ dài cung 90^^\circ và diện tích hình quạt tương ứng.
b) Tính diện tích hình viên phân giới hạn bởi dây và cung nhỏ AB = 90^^\circ.
Bài 5: Cho đường tròn và dây .
a) Tính số đo góc ở tâm .
b) Tính diện tích hình quạt tròn và diện tích hình viên phân tạo bởi dây và cung nhỏ .
Bài 6: Kim phút của một chiếc đồng hồ treo tường dài .
a) Tính quãng đường đầu kim phút đi được trong 40 phút.
b) Tính diện tích mặt đồng hồ mà kim phút quét qua trong 40 phút.
Bài 7: Cho tam giác vuông tại có nội tiếp đường tròn . Tính diện tích hình tròn và diện tích phần mặt phẳng nằm trong hình tròn nhưng ngoài tam giác .
Bài 8: Chứng minh rằng nếu hai cung tròn của hai đường tròn khác nhau có cùng độ dài thì tỉ số bán kính hai đường tròn bằng nghịch đảo tỉ số số đo hai cung đó: .
Bài 9 (Thực tế): Bánh xe ô tô có bán kính . Khi ô tô chạy với vận tốc , tính số vòng quay của bánh xe trong 1 phút (lấy ).
Bài 10 (Thực tế): Một vòi tưới xoay hình quạt tròn được đặt ở góc sân vườn vuông vức cạnh . Vòi phun vươn xa xoay góc 90^^\circ phủ lên sân vườn. Tính diện tích phần sân vườn không được tưới nước.
📊 Lời giải chi tiết 10 bài tập tự luận
Bài 1:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 2:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 3:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 4:
a) Độ dài cung 90^^\circ: .
Diện tích quạt: .
b) Tam giác vuông cân tại .
Diện tích viên phân .
Bài 5:
a) có đều \Rightarrow \widehat{AOB} = 60^^\circ.
b) .
.
.
Bài 6:
Trong 40 phút, kim phút quay góc n = 40 \times 6^^\circ = 240^^\circ.
a) Quãng đường .
b) Diện tích quét .
Bài 7:
Cạnh huyền .
Diện tích hình tròn .
Diện tích tam giác .
Diện tích phần nằm ngoài tam giác .
Bài 8:
Cho (ĐPCM).
Bài 9:
Đổi .
Chu vi bánh xe .
Số vòng quay bánh xe trong 1 phút: .
Bài 10:
Diện tích sân vườn .
Diện tích được vòi tưới .
Diện tích không được tưới .