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外切圓面積計算方法

生活 更新时间:2024-10-08 15:42:21

先來看看效果:

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)1

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)2

  • 拉動第一個滑動條,即選擇将圓平均分成為多少份扇形。
  • 拉動第二個滑動條,則有對圓進行切割并拼接的效果。
  • 拼接完會顯示第三個滑動條,向右拉動就可以顯示提示。

想知道怎麼做出以上效果嗎?想自己動手做一做嗎?

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)3

思路與指令

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)4

這個推導過程可分三步走:

  1. 先制作圓周彈開。
  2. 在圓周取等分點,再由此構造等分的扇形。
  3. 最後将右半部分的扇形進行旋轉。

于是:

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)5

似懂非懂?那就接着看吧!

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)6

圓周彈開

可以直接在之前的“圓周彈開”源文件上進行制作。

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)7

五條指令搞定的“圓周彈開”

其實就是輸入這五條指令:

A = (0, 0)

r = 1

α = 滑動條(45.0001°, 89.9999°)

B = A (0, r tan(α))

c = 圓弧(B, A, 旋轉(A, 2π r / 距離(B, A), B))

詳細解釋,請見《砰!圓周彈開》。

注:滑動條(Slider)、圓弧(CircularArc)、旋轉(Rotate)、距離(Distance)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)8

構造扇形

先對圓弧c進行n等分,其中,n必須是偶數(使得最終在上面、下面的扇形個數一樣)。那麼,讓滑動條n的增量為2即可:

n = 滑動條(4, 40, 2)

由此,就可以構造出來n等分點(包括兩端點):

l1 = 序列(描點(c, k), k, 0, 1, 1 / n)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)9

注:序列指令等的解讀。

那麼,扇形如何構造呢?

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)10

由上圖,發現這些扇形的圓心好像都在一段圓弧上!由此入手——這些扇形的半徑、弧長相等,所以,這些扇形的圓心必定在一段圓弧上,假設在圓弧c'上。那麼:

    • c'的圓心也是點B;
    • c'與圓弧c等距,距離為r;
    • 由此可借助位似指令構造c',至于位似比應為1 - 1 / tan(α)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)11

于是可将c'構造出來:

c' = 位似(c, 1 - 1 / tan(α), B)

圓扇形( <圓心>, <點1>, <點2> )

那麼扇形對應的圓心呢?

扇形的點1、點2是圓弧c的n等分點,而對應的圓心應是圓弧c'的2n等分點。

于是,可以将圓弧c'的所有2n等分點構造出來,需要用到哪個點再拿出來用:

l2 = 序列(描點(c', k), k, 0, 1, 1 / (2n))

l3 = 序列(圓扇形(l2(2k), l1(k), l1(k 1)), k, 1, n / 2)

l4 = 序列(圓扇形(l2(2k), l1(k), l1(k 1)), k, n / 2 1, n)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)12

備注:l2(2k)表示列表l2的第2k個元素,相當于元素(l2, 2k)

上面是第一種方法,也可以用第二種方法——需要哪些點,就隻構造哪些點:

l2 = 序列(描點(c', k), k, 1 / (2n), 1, 1 / n)

l3 = 序列(圓扇形(l2(k), l1(k), l1(k 1)), k, 1, n / 2)

l4 = 序列(圓扇形(l2(k), l1(k), l1(k 1)), k, n / 2 1, n)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)13

注:序列(Sequence)、描點(Point)、位似(Dilate)、圓扇形(CircularSector)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)14

旋轉扇形

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)15

旋轉中心就是最右邊的藍色扇形的右邊的半徑的中點,所以:

若用第一種方法,則:

C = 中點(l2(n), l1(n / 2 1))

若用第二種方法,則:

C = 中點(l1(n), l2(1))

于是旋轉效果也可以做出來了:

t = 滑動條(-1, 1, 0.001)

t' = 如果(t < 0, 0, t)

l4' = 旋轉(l4, t' * 180°, C)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)16

其中,t'取值範圍是由0到1,使旋轉得以動态化。不過,為什麼要寫得這麼麻煩呢?這是為了讓t < 0的時候,可以控制α的變化,使得隻需拉動滑動條t就可以演示動畫。于是,還需更改下α的定義,即:

α = 如果(t == -1, 45.0001°, t ≥ 0, 89.9999°, 45° (t 2))

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)17

注:中點(Midpoint)、如果(If)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)18

文本與美化

最後,為了效果更佳,可以設置一下滑動條的标題,并作幾個文本。

指令

顯示條件

設置标題(n, "$\huge %v份$")

設置标題(t, "$\huge 切割、拼接$")

m = 滑動條(0, 2, 1)

t == 1

設置标題(m, "$\huge 提示$")

text1 = "r"

m > 0

text2 = " πr"

m > 0

text3 = "S= πr^2"

m == 2

text4 = "\bgcolor{#FFC0CB}{\ 圓的面積\ }"

為了在未完成拼接時,都不顯示提示滑動條——在滑動條t的更新時腳本寫上:

如果(t<1,賦值(m,0))

注:賦值(SetValue)、設置标題(SetCaption)

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)19

結語

至此,整個制作就完成了!

感興趣的老師,可以試一試如何完成這種更對應課本的效果:

外切圓面積計算方法(圓面積公式推導)20


如需源文件,請轉發本文,并寫上:

很可以!圓面積公式推導

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