O círculo, suas partes, seus tamanhos e relações são coisas que um joalheiro encontra constantemente. Anéis, pulseiras, castas, tubos, bolas, espirais - muitas coisas redondas precisam ser feitas. Como você pode calcular tudo isso, especialmente se você teve a sorte de faltar às aulas de geometria na escola?..
Vejamos primeiro quais partes um círculo tem e como são chamadas.
- Um círculo é uma linha que circunda um círculo.
- Um arco faz parte de um círculo.
- Raio é um segmento que conecta o centro de um círculo a qualquer ponto do círculo.
- Uma corda é um segmento que conecta dois pontos em um círculo.
- Um segmento é uma parte de um círculo limitado por uma corda e um arco.
- Um setor é uma parte de um círculo delimitado por dois raios e um arco.
As quantidades que nos interessam e suas designações:
Agora vamos ver quais problemas relacionados às partes de um círculo precisam ser resolvidos.
- Encontre o comprimento do desenvolvimento de qualquer parte do anel (pulseira). Dado o diâmetro e a corda (opção: diâmetro e ângulo central), encontre o comprimento do arco.
- Há um desenho em um plano, você precisa descobrir seu tamanho na projeção depois de dobrá-lo em um arco. Dados o comprimento e o diâmetro do arco, encontre o comprimento da corda.
- Descubra a altura da peça obtida dobrando uma peça plana em um arco. Opções de dados de origem: comprimento e diâmetro do arco, comprimento do arco e corda; encontre a altura do segmento.
A vida lhe dará outros exemplos, mas eu os dei apenas para mostrar a necessidade de definir alguns dois parâmetros para encontrar todos os outros. Isto é o que faremos. Ou seja, pegaremos cinco parâmetros do segmento: D, L, X, φ e H. Em seguida, escolhendo todos os pares possíveis deles, iremos considerá-los como dados iniciais e encontrar todo o resto por meio de brainstorming.
Para não sobrecarregar desnecessariamente o leitor, não darei soluções detalhadas, mas apresentarei apenas os resultados em forma de fórmulas (aqueles casos em que não há solução formal, discutirei ao longo do caminho).
E mais uma nota: sobre unidades de medida. Todas as quantidades, exceto o ângulo central, são medidas nas mesmas unidades abstratas. Isso significa que se, por exemplo, você especificar um valor em milímetros, o outro não precisará ser especificado em centímetros, e os valores resultantes serão medidos nos mesmos milímetros (e áreas em milímetros quadrados). O mesmo pode ser dito de polegadas, pés e milhas náuticas.
E apenas o ângulo central em todos os casos é medido em graus e nada mais. Porque, como regra geral, as pessoas que projetam algo redondo não tendem a medir ângulos em radianos. A frase “ângulo pi por quatro” confunde muitos, enquanto “ângulo quarenta e cinco graus” é compreensível para todos, pois está apenas cinco graus acima do normal. Porém, em todas as fórmulas haverá mais um ângulo - α - presente como valor intermediário. Em termos de significado, esta é a metade do ângulo central, medido em radianos, mas você não pode se aprofundar nesse significado com segurança.
1. Dado o diâmetro D e o comprimento do arco L
; comprimento do acorde ;
altura do segmento ; ângulo central .
2. Dado o diâmetro D e o comprimento da corda X
; comprimento do arco ;
altura do segmento ; ângulo central .
Como a corda divide o círculo em dois segmentos, este problema não tem uma, mas duas soluções. Para obter o segundo, você precisa substituir o ângulo α nas fórmulas acima pelo ângulo .
3. Dado o diâmetro D e o ângulo central φ
; comprimento do arco ;
comprimento do acorde ; altura do segmento .
4. Dado o diâmetro D e a altura do segmento H
; comprimento do arco ;
comprimento do acorde ; ângulo central .
6. Dado o comprimento do arco L e o ângulo central φ
; diâmetro;
comprimento do acorde ; altura do segmento .
8. Dado o comprimento da corda X e o ângulo central φ
; comprimento do arco ;
diâmetro; altura do segmento .
9. Dado o comprimento da corda X e a altura do segmento H
; comprimento do arco ;
diâmetro; ângulo central .
10. Dado o ângulo central φ e a altura do segmento H
; diâmetro ;
comprimento do arco ; comprimento do acorde .
O leitor atento não pôde deixar de notar que perdi duas opções:
5. Dado o comprimento do arco L e o comprimento da corda X
7. Dado o comprimento do arco L e a altura do segmento H
Esses são apenas aqueles dois casos desagradáveis em que o problema não tem solução que possa ser escrita em forma de fórmula. E a tarefa não é tão rara. Por exemplo, você tem uma peça plana de comprimento L e deseja dobrá-la para que seu comprimento se torne X (ou sua altura se torne H). Qual o diâmetro que devo tomar o mandril (travessa)?
Este problema se resume a resolver as equações:
; - na opção 5
; - na opção 7
e embora não possam ser resolvidos analiticamente, podem ser facilmente resolvidos programaticamente. E eu até sei onde conseguir esse programa: neste mesmo site, com o nome . Tudo o que estou contando aqui detalhadamente, ela faz em microssegundos.
Para completar o quadro, vamos adicionar aos resultados dos nossos cálculos a circunferência e três valores de área - círculo, setor e segmento. (As áreas nos ajudarão muito no cálculo da massa de todas as partes redondas e semicirculares, mas falaremos mais sobre isso em um artigo separado.) Todas essas quantidades são calculadas usando as mesmas fórmulas:
circunferência;
área de um círculo ;
área do setor ;
área do segmento ;
E para finalizar, deixe-me lembrá-lo mais uma vez da existência de um programa totalmente gratuito que realiza todos os cálculos acima, dispensando você da necessidade de lembrar o que é um arco tangente e onde procurá-lo.
Você se lembra bem de todos os nomes associados ao círculo? Por precaução, deixe-nos lembrá-lo - veja as fotos - atualize seus conhecimentos.
Primeiramente - O centro de um círculo é um ponto a partir do qual as distâncias de todos os pontos do círculo são iguais.
Em segundo lugar - raio - um segmento de linha conectando o centro e um ponto no círculo.
Existem muitos raios (tantos quantos pontos no círculo), mas Todos os raios têm o mesmo comprimento.
Às vezes, brevemente raio eles chamam isso exatamente comprimento do segmento“o centro é um ponto do círculo” e não o segmento em si.
E aqui está o que acontece se você conectar dois pontos em um círculo? Também é um segmento?
Então, esse segmento é chamado "acorde".
Assim como no caso do raio, o diâmetro costuma ser o comprimento de um segmento que conecta dois pontos de um círculo e passa pelo centro. A propósito, como o diâmetro e o raio estão relacionados? Olhe atentamente. Claro, o raio é igual à metade do diâmetro.
Além dos acordes, também existem secantes.
Lembra da coisa mais simples?
Ângulo central é o ângulo entre dois raios.
E agora - o ângulo inscrito
Ângulo inscrito - o ângulo entre duas cordas que se cruzam em um ponto de um círculo.
Neste caso, dizem que o ângulo inscrito repousa sobre um arco (ou sobre uma corda).
Olha a foto:
Medições de arcos e ângulos.
Circunferência. Arcos e ângulos são medidos em graus e radianos. Primeiro, sobre graus. Não há problemas com ângulos - você precisa aprender como medir o arco em graus.
A medida de grau (tamanho do arco) é o valor (em graus) do ângulo central correspondente
O que a palavra “apropriado” significa aqui? Vejamos com atenção:
Você vê dois arcos e dois ângulos centrais? Bem, um arco maior corresponde a um ângulo maior (e está tudo bem que seja maior), e um arco menor corresponde a um ângulo menor.
Então, concordamos: o arco contém o mesmo número de graus que o ângulo central correspondente.
E agora sobre o que é assustador - sobre radianos!
Que tipo de animal é esse “radiano”?
Imagina isto: Radianos são uma forma de medir ângulos... em raios!
Um ângulo de radianos é um ângulo central cujo comprimento do arco é igual ao raio do círculo.
Então surge a pergunta - quantos radianos existem em um ângulo reto?
Em outras palavras: quantos raios “cabem” em um semicírculo? Ou de outra forma: quantas vezes o comprimento de um semicírculo é maior que o raio?
Os cientistas fizeram esta pergunta na Grécia Antiga.
E assim, após uma longa pesquisa, descobriram que a razão entre a circunferência e o raio não quer ser expressa em números “humanos” como, etc.
E nem é possível expressar essa atitude através das raízes. Ou seja, acontece que é impossível dizer que meio círculo é vezes ou vezes maior que o raio! Você pode imaginar como foi incrível para as pessoas descobrirem isso pela primeira vez?! Para a relação entre o comprimento de um semicírculo e o raio, os números “normais” não eram suficientes. Eu tive que digitar uma carta.
Então, - este é um número que expressa a razão entre o comprimento do semicírculo e o raio.
Agora podemos responder à pergunta: quantos radianos existem num ângulo reto? Ele contém radianos. Precisamente porque metade do círculo é vezes maior que o raio.
Povos antigos (e não tão antigos) ao longo dos séculos (!) tentei calcular com mais precisão esse número misterioso, para melhor expressá-lo (pelo menos aproximadamente) por meio de números “comuns”. E agora somos incrivelmente preguiçosos - dois sinais depois de um dia agitado são suficientes para nós, estamos acostumados
Pense bem, isso significa, por exemplo, que o comprimento de um círculo com raio de um é aproximadamente igual, mas esse comprimento exato é simplesmente impossível de anotar com um número “humano” - você precisa de uma letra. E então esta circunferência será igual. E claro, a circunferência do raio é igual.
Voltemos aos radianos.
Já descobrimos que um ângulo reto contém radianos.
O que nós temos:
Isso significa que estou feliz, isto é, estou feliz. Da mesma forma, obtém-se uma placa com os ângulos mais populares.
A relação entre os valores dos ângulos inscritos e centrais.
Há um fato surpreendente:
O ângulo inscrito tem metade do tamanho do ângulo central correspondente.
Veja como essa afirmação fica na foto. Um ângulo central “correspondente” é aquele cujas extremidades coincidem com as extremidades do ângulo inscrito e o vértice está no centro. E, ao mesmo tempo, o ângulo central “correspondente” deve “olhar” para a mesma corda () que o ângulo inscrito.
Porque isto é assim? Vejamos primeiro um caso simples. Deixe um dos acordes passar pelo centro. Às vezes acontece assim, certo?
o que acontece aqui? Vamos considerar. Afinal, é isósceles e - raios. Então, (rotulou-os).
Agora vamos dar uma olhada. Este é o canto externo para! Lembramos que um ângulo externo é igual à soma de dois ângulos internos não adjacentes a ele e escrevemos:
Aquilo é! Efeito inesperado. Mas também existe um ângulo central para o inscrito.
Isto significa que para este caso provaram que o ângulo central é o dobro do ângulo inscrito. Mas é um caso dolorosamente especial: não é verdade que o acorde nem sempre passa direto pelo centro? Mas tudo bem, agora esse caso específico vai nos ajudar muito. Veja: segundo caso: deixe o centro ficar dentro.
Vamos fazer isso: desenhe o diâmetro. E então... vemos duas fotos que já foram analisadas no primeiro caso. Portanto já temos isso
Isso significa (no desenho, a)
Bem, isso deixa o último caso: o centro está fora do canto.
Fazemos a mesma coisa: desenhamos o diâmetro através da ponta. Tudo é igual, mas em vez de uma soma há uma diferença.
Isso é tudo!
Vamos agora formar duas consequências principais e muito importantes da afirmação de que o ângulo inscrito é metade do ângulo central.
Corolário 1
Todos os ângulos inscritos baseados em um arco são iguais entre si.
Ilustramos:
Existem inúmeros ângulos inscritos baseados em um mesmo arco (temos esse arco), eles podem parecer completamente diferentes, mas todos possuem o mesmo ângulo central (), o que significa que todos esses ângulos inscritos são iguais entre si.
Corolário 2
O ângulo subtendido pelo diâmetro é um ângulo reto.
Veja: qual ângulo é central?
Certamente, . Mas ele é igual! Bem, portanto (assim como muitos outros ângulos inscritos apoiados em) e é igual.
Ângulo entre dois acordes e secantes
Mas e se o ângulo que nos interessa NÃO estiver inscrito e NÃO for central, mas, por exemplo, assim:
ou assim?
É possível expressá-lo de alguma forma através de alguns ângulos centrais? Acontece que é possível. Olha: estamos interessados.
a) (como canto externo para). Mas - inscrito, repousa sobre o arco -. - inscrito, repousa sobre o arco - .
Pela beleza eles dizem:
O ângulo entre as cordas é igual à metade da soma dos valores angulares dos arcos encerrados neste ângulo.
Eles escrevem isso por uma questão de brevidade, mas é claro, ao usar esta fórmula, você precisa ter em mente os ângulos centrais
b) E agora - “lá fora”! Como ser? Sim, quase o mesmo! Só agora (novamente aplicamos a propriedade do ângulo externo para). Isso é agora.
E isso significa... Vamos trazer beleza e brevidade às notas e ao texto:
O ângulo entre as secantes é igual à metade da diferença nos valores angulares dos arcos encerrados neste ângulo.
Bem, agora você está munido de todo o conhecimento básico sobre ângulos relacionados a um círculo. Vá em frente, enfrente os desafios!
CÍRCULO E ÂNGULO INSINALADO. NÍVEL MÉDIO
Até uma criança de cinco anos sabe o que é um círculo, certo? Os matemáticos, como sempre, têm uma definição obscura sobre este assunto, mas não a daremos (veja), mas lembremos como são chamados os pontos, retas e ângulos associados a um círculo.
Termos importantes
Primeiramente:
centro do círculo- um ponto do qual todos os pontos do círculo estão à mesma distância. |
Em segundo lugar:
Existe outra expressão aceita: “a corda contrai o arco”. Aqui na figura, por exemplo, a corda subtende o arco. E se um acorde passa repentinamente pelo centro, então ele tem um nome especial: “diâmetro”.
A propósito, como o diâmetro e o raio estão relacionados? Olhe atentamente. Claro,
E agora - os nomes dos cantos.
Natural, não é? Os lados do ângulo se estendem do centro - o que significa que o ângulo é central.
É aqui que às vezes surgem dificuldades. Prestar atenção - NENHUM ângulo dentro de um círculo está inscrito, mas apenas aquele cujo vértice “assenta” no próprio círculo.
Vamos ver a diferença nas fotos:
Outra maneira eles dizem:
Há um ponto complicado aqui. Qual é o ângulo central “correspondente” ou “próprio”? Apenas um ângulo com o vértice no centro do círculo e as extremidades nas extremidades do arco? Certamente não dessa forma. Veja o desenho.
Um deles, porém, nem parece um canto – é maior. Mas um triângulo não pode ter mais ângulos, mas um círculo pode muito bem! Assim: o arco menor AB corresponde a um ângulo menor (laranja), e o arco maior corresponde a um ângulo maior. Simples assim, não é?
A relação entre as magnitudes dos ângulos inscritos e centrais
Lembre-se desta afirmação muito importante:
Nos livros didáticos eles gostam de escrever o mesmo fato assim:
Não é verdade que a formulação é mais simples com ângulo central?
Mas ainda assim, vamos encontrar uma correspondência entre as duas formulações e, ao mesmo tempo, aprender a encontrar nos desenhos o ângulo central “correspondente” e o arco sobre o qual “repousa” o ângulo inscrito.
Veja: aqui está um círculo e um ângulo inscrito:
Onde está o seu ângulo central “correspondente”?
Vejamos novamente:
Qual é a regra?
Mas! Neste caso, é importante que os ângulos inscritos e centrais “olhem” para o arco de um lado. Por exemplo:
Curiosamente, azul! Porque o arco é longo, maior que meio círculo! Portanto, nunca se confunda!
Que consequência pode ser deduzida da “metade” do ângulo inscrito?
Mas, por exemplo:
Ângulo subtendido pelo diâmetro
Você já percebeu que os matemáticos adoram falar sobre a mesma coisa com palavras diferentes? Por que eles precisam disso? Veja, a linguagem da matemática, embora formal, está viva e, portanto, como na linguagem comum, toda vez que você quiser dizê-la da maneira que for mais conveniente. Bem, já vimos o que significa “um ângulo apoiado num arco”. E imagine, a mesma imagem é chamada “um ângulo repousa sobre uma corda”. Em que? Sim, claro, para quem aperta esse arco!
Quando é mais conveniente confiar em um acorde do que em um arco?
Bem, especialmente quando este acorde tem diâmetro.
Existe uma declaração surpreendentemente simples, bonita e útil para tal situação!
Veja: aqui está o círculo, o diâmetro e o ângulo que nele repousa.
CÍRCULO E ÂNGULO INSINALADO. BREVEMENTE SOBRE AS COISAS PRINCIPAIS
1. Conceitos básicos.
3. Medições de arcos e ângulos.
Um ângulo de radianos é um ângulo central cujo comprimento do arco é igual ao raio do círculo.
Este é um número que expressa a razão entre o comprimento de um semicírculo e seu raio.
A circunferência do raio é igual a.
4. A relação entre os valores dos ângulos inscritos e centrais.
Bem, o assunto acabou. Se você está lendo estas linhas, significa que você é muito legal.
Porque apenas 5% das pessoas conseguem dominar algo sozinhas. E se você ler até o fim, você está nesses 5%!
Agora o mais importante.
Você entendeu a teoria sobre este tópico. E, repito, isso... isso é simplesmente fantástico! Você já é melhor do que a grande maioria de seus colegas.
O problema é que isso pode não ser suficiente...
Para que?
Por passar com sucesso no Exame Estadual Unificado, por entrar na faculdade com orçamento limitado e, O MAIS IMPORTANTE, para o resto da vida.
Não vou te convencer de nada, só vou dizer uma coisa...
As pessoas que receberam uma boa educação ganham muito mais do que aquelas que não a receberam. Isto são estatísticas.
Mas isto não é o principal.
O principal é que eles fiquem MAIS FELIZES (existem estudos desse tipo). Talvez porque muito mais oportunidades se abram diante deles e a vida se torne mais brilhante? Não sei...
Mas pense por si mesmo...
O que é necessário para ser melhor do que os outros no Exame de Estado Unificado e, em última análise, ser... mais feliz?
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Encontre problemas e resolva-os!
A fórmula para encontrar o comprimento de um arco de círculo é bastante simples e muitas vezes em exames importantes como o Exame de Estado Unificado existem problemas que não podem ser resolvidos sem a sua utilização. Também é necessário conhecê-lo para passar em testes padronizados internacionais, como SAT e outros.
Qual é o comprimento do arco de um círculo?
A fórmula fica assim:
eu = πrα / 180°
O que é cada elemento da fórmula:
- π - número Pi (valor constante igual a ≈ 3,14);
- r é o raio de um determinado círculo;
- α é a magnitude do ângulo em que o arco repousa (central, não inscrito).
Como você pode ver, para resolver o problema, r e α devem estar presentes na condição. Sem estas duas quantidades, é impossível encontrar o comprimento do arco.
Como essa fórmula é derivada e por que ela se parece com isso?
Tudo é extremamente fácil. Ficará muito mais claro se você colocar 360° no denominador e adicionar dois no numerador na frente. Você também pode α não deixe na fração, retire e escreva com o sinal de multiplicação. Isso é bem possível, pois esse elemento está no numerador. Então a visão geral será assim:
eu = (2πr / 360°) × α
Apenas por conveniência encurtamos 2 e 360°. E agora, se você olhar de perto, poderá ver uma fórmula muito familiar para o comprimento de todo o círculo, a saber - 2πr. O círculo inteiro consiste em 360°, então dividimos a medida resultante em 360 partes. Então multiplicamos pelo número α, isto é, para o número de “pedaços do bolo” que precisamos. Mas todos sabem com certeza que um número (isto é, o comprimento de todo o círculo) não pode ser dividido por um grau. O que fazer neste caso? Normalmente, via de regra, o grau se contrai com o grau do ângulo central, ou seja, com α. Depois, restam apenas os números e, no final, obtém-se a resposta final.
Isto pode explicar porque o comprimento do arco de um círculo é encontrado desta forma e tem esta forma.
Um exemplo de problema de média complexidade usando esta fórmula
Condição: existe um círculo com raio de 10 centímetros. A medida de grau de um ângulo central é 90°. Encontre o comprimento do arco circular formado por este ângulo.
Solução: l = 10π × 90° / 180° = 10π × 1/2=5π
Resposta: eu = 5π
Também é possível que, em vez de uma medida de grau, seja fornecida uma medida de ângulo em radianos. Em hipótese alguma você deve ter medo, pois desta vez a tarefa ficou muito mais fácil. Para converter uma medida de radianos em uma medida de graus, você precisa multiplicar esse número por 180°/π. Isso significa que agora podemos substituir α a seguinte combinação: m × 180° / π. Onde m é o valor em radianos. E então 180 e o número π são reduzidos e uma fórmula completamente simplificada é obtida, que se parece com isto:
- m - medida radiana do ângulo;
- r é o raio de um determinado círculo.