弧度制1(整理2019年11月)
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第22讲弧度制模块一思维导图串知识模块二基础知识全梳理(吃透教材)模块三核心考点举一反三模块四小试牛刀过关测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.知识点1角度制与弧度制的概念1、角度制:规定周角的1360为1度的角,这种用度作为单位来度量角的单位制叫做角度制.2、弧度制的有关概念为了使用方便,数学上采用另一种度量角的单位制——弧度制.(1)1弧度的角:长度等于半径长的弧所对的圆心角叫做1弧度的角.(2)弧度制:①定义:以弧度作为单位来度量角的单位制.②记法:用符号rad表示,读作弧度.如图,在单位圆O中, AB的长度等于1,∠AOB就是1弧度的角.3、弧度制与角度制的区别与联系区别(1)单位不同,弧度制以“弧度”为度量单位,角度制以“度”为度量单位;(2)定义不同.联系不管以“弧度”还是以“度”为单位的角的大小都是一个与圆的半径大小无关的定值.【注意】用弧度制表示角时,“弧度”二字可以省略不写;用角度制表示角时单位“°”不能丢.知识点2角度制与弧度制之间的互化1、角度制与弧度制的换算2度0°30°45°60°90°120°135°150°180°270°360°弧度6π4π3π2π32π43π65ππ23ππ23、角的集合与实数集R 的关系角的概念推广后,在弧度制下,角的集合与实数集R 之间建立起一一对应的关系,如图,每个角都是唯一的实数(等于这个角的弧度数)与它对应;反之,每一个实数也都有唯一的一个角(即弧度数等于这个实数的交)与之对应.知识点3弧长与扇形面积公式1、弧长与扇形面积公式的两种表示类别/度量单位角度制弧度制扇形的弧长180n R l π=l R α=扇形的面积2360n R S π=21122S lR R α==【注】扇形的半径为R ,弧长为l ,)20(παα<<或n °为其圆心角.2、弧长公式与扇形面积公式的注意事项(1)在应用公式时,要注意α的单位是“弧度”;(2)在弧度制下的扇形面积公式12S lR =,与三角形面积公式12S ah =的形式相似,可类比记忆.考点一:角度制与弧度制概念辨析例1.(23-24高一下·陕西·月考)已知相互啮合的两个齿轮,大轮50齿,小轮20齿,当小轮转动一周时大轮转动的弧度数是()A.4π5B.5π4C.π5D.5π【答案】A【解析】小齿轮转动一周时,大齿轮转动202 505=周,故其转动的弧度数是24π2π55⨯=.故选:A.【变式1-1】(23-24高一上·全国·专题练习)(多选)下列各说法,正确的是()A.半圆所对的圆心角是πradB.圆周角的大小等于2πC.1弧度的圆心角所对的弧长等于该圆的半径D.长度等于半径的弦所对的圆心角的大小是1弧度【答案】ABC【解析】由弧度制的定义可知:长度等于半径的弧所对的圆心角的大小是1弧度,则长度等于半径的弦所对的圆心角的大小不是1弧度,D的说法错误,根据弧度的定义及角度与弧度的换算可知,ABC的说法正确.故选:ABC【变式1-2】(22-23高一上·上海松江·期末)下列命题中,正确的是()A.1弧度的角就是长为半径的弦所对的圆心角B.若α是第一象限的角,则π2α-也是第一象限的角C .若两个角的终边重合,则这两个角相等D .用角度制和弧度制度量角,都与圆的半径有关【答案】B【解析】1弧度的角就是长为半径的弧所对的圆心角,A 选项错误;若α是第一象限的角,则α-是第四象限的角,所以π2α-+是第一象限的角,B 选项正确;当30α= ,390β= 时,α与β终边重合,但两个角不相等,C 选项错误;不论是用角度制还是弧度制度量角,由角度值和弧度值的定义可知度量角与所取圆的半径无关,D 选项错误.故选:B【变式1-3】(22-23高一下·江西萍乡·期中)(多选)下列说法中正确的是()A .度与弧度是度量角的两种不同的度量单位B .1度的角是周角的1360,1弧度的角是周角的12πC .根据弧度的定义,180︒一定等于π弧度D .不论是用角度制还是用弧度制度量角,角的大小均与圆的半径长短有关【答案】ABC【解析】根据角度制和弧度制的定义可知,度与弧度是度量角的两种不同的度量单位,所以A 正确;由圆周角的定义知,1度的角是周角的1360,1弧度的角是周角的12π,所以B 正确;根据弧度的定义知,180一定等于π弧度,所以C 正确;无论是用角度制还是用弧度制度量角,角的大小均与圆的半径长短无关,只与弧长与半径的比值有关,故D 不正确.故选:ABC.考点二:角度制化为弧度制例2.(23-24高一下·北京房山·期中)300o 化成弧度是()A .5π3B .π611C .7π6D .7π4【答案】A【解析】因为180π= ,所以3π5π300300180=⨯=.故选:A 【变式2-1】(23-24高一上·安徽亳州·期末)将315- 化为弧度制,正确的是()A .3π4-B .7π4-C .45π-D .5π3-【答案】B【解析】7π3153151804π-=-⨯=-.故选:B 【变式2-2】(23-24高一上·新疆乌鲁木齐·月考)(多选)把495- 表示成2πk θ+,Z k ∈的形式,则θ值可以是()A .5π4B .5π4-C .3π4D .3π4-【答案】AD【解析】根据角度制与弧度制的互化公式,可得11π4954-=-,再由终边相同角的表示,可得11π3π5π2π4π444-=--=-,所以11π4-与3π4-和5π4的终边相同.故选:AD.【变式2-3】(23-24高一上·广东·月考)(多选)下列各角中,与角495︒终边相同的角为()A .3π4B .5π4-C .9π4-D .13π4【答案】AB【解析】对于A ,495360135︒=︒+︒,3π1354︒=,故A 正确;对于B ,与3π4终边相同的角为324k παπ=+,k ∈Z ,当1k =-时,5π4α=-,故B 正确;对于C ,令3π9π2π44k +=-,解得32k =-∉Z ,故C 错误;对于D ,令3π13π2π44k +=,解得54k =∉Z ,故D 错误.故选:AB.考点三:弧度制化为角度制例3.(23-24高一上·湖南株洲·月考)把5π4化成角度是()A .45︒B .225︒C .300︒D .135︒【答案】B【解析】5π5π18022544π︒=⨯=︒.故选:B 【变式3-1】(23-24高一上·广东汕头·月考)5π12化为角度是()A .60︒B .75︒C .115︒D .135︒【答案】B 【解析】5π5180751212=⨯︒=︒.故选:B 【变式3-2】(23-24高一上·广东汕头·月考)3rad 是第()象限角A .一B .二C .三D .四【答案】B【解析】π180rad = ,540903180πrad ⎛⎫∴<=< ⎪⎝⎭为第二象限角.故选:B【变式3-3】(22-23高一上·北京·期末)下列与7π4的终边相同的角的表达式中,正确的是()A .()2π315Z k k +∈B .()36045Z k k ⋅-∈C .()7π360Z 4k k ⋅+∈D .()5π2πZ 4k k +∈【答案】B【解析】因为7πrad 3154=,终边落在第四象限,且与45- 角终边相同,故与7π4的终边相同的角的集合{}{}31536045360S k k αααα==+⋅==-+⋅ 即选项B 正确;选项AC 书写不规范,选项D 表示角终边在第三象限.故选:B.考点四:扇形弧长的相关计算例4.(23-24高一上·云南曲靖·月考)半径为3cm ,圆心角为210°的扇形的弧长为()A .630cmB .7cm6C .7πcm 6D .7πcm 2【答案】D【解析】圆心角210︒化为弧度为7π6,则弧长为7π7π3cm 62⨯=.故选:D 【变式4-1】(23-24高一上·广东深圳·期末)若扇形的面积为1,且弧长为其半径的两倍,则该扇形的周长为()A .1B .2C .4D .6【答案】C【解析】设扇形的半径为r ,圆心角为α,则弧长2l r r α==,所以2α=,扇形的面积22112S r r α===,解得1r =或1r =-(舍去),所以2l r α==,则该扇形的周长为24r l +=.故选:C【变式4-2】(23-24高一下·江西景德镇·期中)古代文人墨客与丹青手都善于在纸扇上题字题画,题字题画的扇面多为扇环形.已知某纸扇的扇面如图所示,其中外弧长与内弧长之和为89cm ,连接外弧与内弧的两端的线段长均为18cm ,且该扇环的圆心角的弧度数为2.5,则该扇环的外弧长为()A .63cmB .65cmC .67cmD .69cm【答案】C【解析】设该扇环的内弧的半径为r cm ,则外弧的半径为()18cm r +,圆心角 2.5α=,所以()1889r r αα++=,即()2.5 2.51889r r ++=,解得8.8r =,所以该扇环的外弧长()()2.518 2.58.81867cm l r =+=+=.故选:C【变式4-3】(23-24高一下·山东烟台·月考)《掷铁饼者》取材于希腊的现实生活中的体育竞技活动,刻画的是一名强健的男子在掷铁饼过程中最具有表现力的瞬间.现在把郑铁饼者张开的双臂近似看成一张拉满弦的“弓”,郑铁饼者的手臂长约为π4米,肩宽约为π8米,“弓”所在圆的半径约为1.25米,则郑铁饼者双手之间的距离约为)1.41≈()A.1.01米B.1.76米C.2.04米D.2.94米【答案】B【解析】由题意可知,“弓”所在圆的弧长为 ππ5π2488BC=⨯+=,由弧度数公式得5ππ81.252lBOCr∠===,即BOC为等腰直角三角形,所以π4OBC∠=,则掷铁饼者双手之间的距离()5 1.41 1.76mπ44sin4rBC==≈⨯≈.故选:B.考点五:扇形面积的相关计算例5.(23-24高一下·广东韶关·月考)已知扇形的圆心角为2弧度,其弧长为8m,则该扇形的面积为()A.28m B.212m C.216m D.232m【答案】C【解析】由扇形的圆心角为2弧度,其弧长为8m,得扇形所在圆半径4m=r,所以该扇形的面积148162S=⨯⨯=(2m).故选:C【变式5-1】(23-24高一上·云南昆明·期末)已知某扇形的圆心角是3π8,半径为4,则该扇形的面积为.【答案】3π【解析】由扇形的圆心角是3π8,半径为4,则该扇形的面积为23π43π812S ⨯⨯==.故答案为:3π.【变式5-2】(22-23高一下·河南南阳·期中)圆环被同圆心的扇形截得的一部分叫做扇环.如图所示,扇环ABCD 的内圆弧AB 的长为2π3,外圆弧CD 的长为4π3,圆心角2π3AOB ∠=,则该扇环的面积为()A .πB .π2C .4π3D .2π3【答案】A【解析】由扇形面积公式2122l S lr α==(其中l 为扇形弧长,α为扇形圆心角,r 为扇形半径)可得,扇环面积22214π2π34ππ2334π3S α⎡⎤⎛⎫⎛⎫'=-=⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦.故选:A 【变式5-3】(23-24高一下·河南驻马店·月考)如图,在菱形ABCD 中,45A ∠=︒,1A ,1B ,1C ,1D 分别是边AB ,BC ,CD ,DA 的中点,以点A 为圆心,以1AA ,2AA 为半径作出两段圆弧,与AD 分别交于点1D ,3A ,分别以B ,C ,D 为圆心,用同样方法作出如图阴影部分的扇环,其中121212121A A B B C C D D ====.若扇环1231A A A D 的周长为7π24+,则扇环1231B B B A 的面积为()A .3πB .21π8C .7π8D .3π4【答案】B【解析】设2AA r =,则11AA r =+,因为扇环1231A A A D 的周长为7π24+,所以:()ππ7π122444r r +++=+⇒3r =.所以扇环1231B B B A 的面积为:2213π13π432424⋅⋅-⋅⋅21π8=.故选:B考点六:扇形周长、面积的最值例6.(23-24高一下·重庆璧山·月考)已知某扇形的周长是24,则该扇形的面积的最大值是()A .28B .36C .42D .50【答案】B【解析】设扇形的弧长为l ,半径为r ,则224l r +=,所以扇形的面积22111212123624424l r S lr l r +⎛⎫==⋅≤=⨯= ⎪⎝⎭,当且仅当2l r =,即12,6l r ==时取等号,所以该扇形的面积的最大值是36,故选:B【变式6-1】(23-24高一上·江苏南京·期末)(多选)已知扇形的半径为r ,弧长为l .若其周长的数值为面积的数值的2倍,则下列说法正确的是()A .该扇形面积的最小值为8B .当扇形周长最小时,其圆心角为2C .2r l +的最小值为9D .2214r l+的最小值为12【答案】BCD【解析】由题意,知2r l rl +=,则(),22lr l l =>-,所以扇形面积22111(2)4(2)422222l l l S rl l l -+-+==⋅=⋅--1411[(2)4]4)(44)42222l l =-++≥⨯=⨯+=-,当且仅当422l l -=-,即4l =时,等号成立,选项A 错误;扇形周长为()()22242422222l l l l r l l l l l -+-++=+==---4(2)44482l l =-++≥+=-,当且仅当422l l -=-,即4l =时,等号成立,此时,圆心角为422l r==,选项B 正确;()()()222522222522222l l l l l l r l l l -+-+=-+=+=--++-5459≥=+=当且仅当()2222l l -=-,即3l =时,等号成立,选项C 正确;()22222222144841118421l r l l l l l l -⎛⎫+=+=-+=-+ ⎪⎝⎭,当114l =时,上式取得最小值为12,选项D 正确.故选:BCD.【变式6-2】(23-24高一上·云南曲靖·期末)已知一扇形的圆心角为α(α为正角),周长为C ,面积为S ,所在圆的半径为r .(1)若36α=︒,10cm r =,求扇形的弧长;(2)若4cm C =,求S 的最大值及此时扇形的半径和圆心角.【答案】(1)()2πcm ;(2)S 的最大值为1,此时扇形的半径是1cm ,圆心角2rad .【解析】(1)π13636rad πrad 1805α=⨯=︒=,扇形的弧长()1π102πcm 5l r α==⨯=;(2)设扇形的弧长为l ,半径为r ,则24r l +=,()4202l r r ∴=-<<,则()()22114221122S lr r r r r r ==-=-+=--+,当1r =时,2max 1cm S =,此时4212cm l =-⨯=,2lrα==,S ∴的最大值是21cm ,此时扇形的半径是1cm ,圆心角2rad α=.【变式6-3】(23-24高一下·河南南阳·月考)已知一扇形的圆心角为()0αα>,半径为R ,面积为S ,周长为L .(1)若24cm S =,则扇形圆心角α为多少弧度时,L 最小?并求出L 的最小值;(2)若10cm L =,则扇形圆心角α为多少弧度时,S 最大?并求出S 的最大值.【答案】(1)2rad α=,最小值为8cm ;(2)2rad α=,最大值为225cm 4.【解析】(1)2214cm 2S R α== ,28Rα∴=则288222L R R R R R R Rα=+=+⋅=+.由基本不等式可得828R R +≥=,当且仅当82R R =,即2R =时等号成立,此时2822α==.∴当2rad α=时,L 最小,最小值为8cm .(2)210cm L R R α=+= ,102RRα-∴=.22221110252552224R S R R R R R R α-⎛⎫==⋅⋅=-+=--+ ⎪⎝⎭.当52R =,即2α=时,max 254S =.∴当2rad α=时,S 最大,最大值为225cm 4.一、单选题1.(23-24高一上·贵州黔南·315︒化为弧度是()A .π4-B .7π4C .11π6D .5π3【答案】B 【解析】3157315ππ1804︒==.故选:B 2.(23-24高一上·江苏徐州·月考)把2π3弧度化成角度是()A .30︒B .60︒C .90︒D .120︒【答案】D【解析】因为π180=︒,所以22π18012033=⨯︒=︒.故选:D.3.(22-23高一上·广东深圳·期末)在半径为2的圆中,弧长为π的弧所对的圆心角为()A .60︒B .90︒C .120︒D .180︒【答案】B【解析】弧长为π的弧所对的圆心角为πrad 902︒=,故选:B 4.(23-24高一下·辽宁大连·月考)已知扇形的弧长为2π,半径为3,则扇形的面积为()A .πB .3π2C .3πD .6π【答案】C【解析】由扇形的面积可得,112π33π22S lr ==⨯⨯=.故选:C 5.(23-24高一下·内蒙古赤峰·月考)已知扇形的半径为2,圆心角为2弧度,则此扇形的弧长为()A .4B .6C .8D .10【答案】A【解析】因为半径2r =,圆心角=2α,所以根据弧长公式l r α=得4l =.故选:A.6.(23-24高一上·陕西铜川·月考)已知一扇形的周长为40,当扇形的面积最大时,扇形的圆心角等于()A .2B .3C .1D .4【答案】A【解析】设扇形所在圆半径为r ,则该扇形弧长402l r =-,020r <<,于是该扇形的面积21(20)(10)1001002S rl r r r ==-=--+≤,当且仅当10r =时取等号,所以当10r =时,扇形的面积最大,此时扇形的圆心角等于2lr=.故选:A 二、多选题7.(23-24高一下·安徽淮北·)A .120-︒化成弧度是2πrad3-B .πrad 10化成角度是18°C .1 化成弧度是180rad D .10πrad 3-化成角度是60-︒【答案】AB【解析】对于A 项,因π2120120πrad 1803-︒=-⨯=-,故A 项正确;对于B 项,因ππ180rad=(181010π⨯=,故B 项正确;对于C 项,因ππ11rad rad 180180=⨯=,故C 项错误;对于D 项,因1010180πrad π(60033π-=-⨯=-,故D 项错误.故选:AB.8.(23-24高一下·湖南·期中)已知某扇形的周长和面积均为18,则扇形的圆心角的弧度数可能为()A .4B .3C .2D .1【答案】AD【解析】设扇形的半径为r ,弧长为l ,圆心角为α,根据扇形的周长和面积均为18,则2181182l r lr +=⎧⎪⎨=⎪⎩,解得312r l =⎧⎨=⎩或66r l =⎧⎨=⎩,则4lrα==或1.故选:AD .三、填空题9.(23-24高一下·河南驻马店·月考)已知某扇形的半径为42,周长为122,则该扇形的面积为.【答案】16【解析】设扇形的弧长为l ,依题意,242122l ⨯+=,解得42l =.故该扇形的面积为14242162⨯⨯=.故答案为:16.10.(23-24高一下·河南南阳·月考)以密位作为角的度量单位,这种度量角的单位制,叫作角的密位制.在角的密位制中,采用四个数码表示角的大小,单位名称密位二字可以省去不写.密位的写法是在百位数与十位数之间画一条短线,如5密位写成“005-”,235密位写成“235-”,1246密位写成“1246-”.1周角等于6000密位,写成“6000-”.已知某扇形中的弧的中点到弧所对的弦的距离等于弦长的36,则该扇形的圆心角用密位制表示为.【答案】2000-【解析】如图,C 是弧AB 的中点,由题意可得3363CD AB BD ==,即3=BD CD .因为AB CD ⊥,所以π6CBD ∠=,所以同弧所对圆心角π3AOC ∠=,所以2π2π60002000332πAOB ∠==⨯=,即该扇形的圆心角用密位制表示为2000-.故答案为:2000-11.(23-24高一下·江西乙醇·dm ,宽为1dm 的长方体木块在桌面上作无滑动翻滚,翻滚到第四次时被小木块挡住,此时长方体木块底面与桌面所成的角为π6,求点A 走过的路程为.()dm【解析】第一次是以B 为旋转中心,以2BA ==为半径旋转90︒,此次点A 走过的路径是π2π2⨯=,第二次是以C 为旋转中心,以11CA =为半径旋转90︒,此次点A 走过的路径是ππ122⨯=,第三次是以D 为旋转中心,以2DA =60︒,此次点A 走过的路径是π3=∴点A 三次共走过的路径是()3π9πdm 236++=,()dm .四、解答题12.(23-24高一下·辽宁辽阳·期中)如图,这是一个扇形环面(由扇形OCD 挖去扇形OAB 后构成)展台,4=AD 米.(1)若2π3COD ∠=,2OA =米,求该扇形环面展台的周长;(2)若该扇形环面展台的周长为14米,布置该展台的平均费用为500元/平方米,求布置该扇形环面展台的总费用.【答案】(1)16π83+米;(2)6000元【解析】(1)弧AB 的长度14π3l =,弧CD 的长度212π3l =,所以扇形环面展台周长为:1216π2483l l ++⨯=+米;(2)设COD θ∠=,OA r =米,则弧AB 的长度1l r θ=,弧CD 的长度()244l r r θθθ=+=+,因为该扇形环面的周长为14米,所以124214l l ++⨯=,即4814r r θθθ+++=,整理得23r θθ+=,则该扇形环面展台的面积:()2211(4)48421222S r r r r θθθθθθ=+-=+=+=平方米,所以布置该扇形环面展台的总费用为:125006000⨯=元.13.(23-24高一上·安徽淮北·月考)已知扇形的圆心角是α,半径为R ,弧长为l .(1)若3πα=,10cm R =,求扇形的弧长l .(2)若扇形的周长是20cm ,当扇形的圆心角α为多少弧度时,这个扇形的面积最大?(3)若,2cm 3R πα==,求扇形的弧所在的弓形的面积.【答案】(1)10cm 3π;(2)2α=时,面积最大;(3)23π⎛⎝cm 2.【解析】(1)由,10cm 3R πα==,则扇形的弧长101033l R ππα==⨯=(cm).(2)由已知得,220l R +=,则202l R =-,∴()()22022111202252242R R S lR R R -+⎡⎤==-⋅≤=⎢⎥⎣⎦当且仅当2022R R -=,即5R =时扇形的面积最大,此时圆心角1025α===l R .(3)设弓形面积为S 弓形,由,2cm 3R πα==,得()2cm 3l R πα==,所以22121222sin cm 23233S πππ⎛=⨯⨯-⨯⨯= ⎝弓形.。