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词条 三角函数与圆
释义

一、圆面积公式

关于圆面积的推导,我们在初等数学曾进行过基本的解析。即将圆整体进行对半分割,再使半圆各析分成若干个的锯齿形三角形,然后对半圆隔空相合,即得得出一个以半径R为高、半周S=πR(π为圆周率)为底边的平行四边形,故可得S=πR2。

二、圆面积的三角函数推导式

下面利用三角函数对圆面积公式进行简单的推导。根据圆曲线的基本方程:X2+Y2=R2,可得Y=√(R2-X2),由此得出圆面积公式的微积分表示为:S=∫√(R2-X2)dX。

欲解该式,我们可利用三角函数做如下解析:设立平面坐标系,以原点为圆心,则可知X=Rcosθ,Y=Rsinθ,由此带入方程式中,得:S=∫RsinθdRcosθ。

由dcosθ=-sinθdθ得,S=∫R2-sin2θdθ,

化简可为:S=∫R2[cos2θ/2-1/2]dθ,因三角函数值域仅在[0,1],

所以公式应为:S=∫R2(1/2-cos2θ/2)dθ。

求解可得:S=R2(1/2∫dθ-∫cos2θ/2dθ),

因末项积分可视为一个常数C,所以原式化为:S=R2∫1/2dθ+C,即S=R2.θ/2+C,

令θ=0时,且S= 0,故C=0,

即化简后为:S=R2.θ/2。

当θ∈(0,2π),即得S=πR2。证明完毕。

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更新时间:2024/11/16 1:47:48