圆面积公式的推导,中间包含有朴素的极限、积分思想(无穷切割到无穷小后累加)和微积分思想。当然,计算圆面积的流程图,该公式包含π,自然是以圆周公式2πr为基础。
1 圆面积夹逼于内切和外四边形
如下图,圆的面积应该大于内切四边形面积:,小于外切四边形的面积
比较接近于
系数分别是2和4,圆周长是半径以π为线性关系,圆面积呢?
2 化圆为长方形
如下图,对圆做分割后可以组合成一个近似长方形:
3 化圆为n个三角形
如下图,先从一个常量开始,切分为24个扇形:
S=πr_圆的面积公式为:S=πr_。其中S表示圆的面积;π为圆周率,它是一个无限不循环小数,一般无特殊要求的情况下,计算中π≈3.14;r是圆的半径。如,一个圆的半径为2厘米,那么这个圆的面积则为3.14乘以
推广到切分为n个扇形:
4 化圆为三角
把圆分成n个大小递减的圆环可以堆叠成一个三角形:
每个圆环面积 ≈ 每个长方形面积
圆的面积公式为:S=πr²,S=π(d/2)²,(d为直径,r为半径,π是圆周率,通常取3.14),圆面积公式的是由古代数学家不断推导出来的。我国古代的数学家祖冲之,从圆内接正六边形入手,让边数成倍增加,。
当n→∞时,把这些圆环的面积加起来就是圆的面积。
用微积分描述就是:
5 利用极限
先来看怎样利用三角函数求圆内三角形面积,如下图:
S_蓝色三角形 =
当三角形切分得越来越多,趋于无穷小,利用极限求和,可得圆面积公式:
来计算:
也可以用以下过程来推理:
n→+∞时,a→0
以上切分三角形,其实也是切分正n边形的思想,一个正n边形,对应n个相同三角形:
也就是古老的割圆术:
6 利用微积分
圆心在原点,半径为的圆方程为
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