數學:平角與圓周率之間的關係

平角也就是180度角,圓周率π則是涉及到圓、橢圓、圓柱、圓錐、圓臺和球體包括半徑、周長在內的一切長度、面積和體積計算不可或缺的重要數據,一般取值3.14。我國南朝宋齊年間,數學家祖沖之將其取值精確到3.1415926~3.1415927之間,後世人稱之爲祖沖之圓周率(簡稱祖率),其科技成果遙遙領先世界千年左右。

那麼一個是角度,一個是數字,兩個風馬牛不相及的數據又是怎麼聯繫在一起的呢?我們知道一週(即周角)是360度,就是平角(180度)的兩倍。圓周長的計算公式是l=2πr(r爲半徑),即π乘以半徑的兩倍。當我們在接觸扇形形狀的時候,我們將不得不面對角與角相對應的弧,這樣我們將不由自主地將角與圓周率π聯繫在一起,半圓是平角與與之對應的弧構成的圖形,即刻半周,1/2周長,此時的弧長爲πr,始邊與終邊成180度角,全圓則是旋轉一週(即360度),始終邊重合的圖形,亦弧長等於周長2πr。。

從扇形的弧長公式l=角度/2π r和麪積公式S=角度/2πr^2看,其實我們在高中階段數學教科書課程中就有角度與弧度之間的換算,自然而然地就聯想到2π就是周角360度,同理,π就是平角180度。

弧度制。論述1弧度(1rad)的角是不是小於並接近60度中。我們在以O爲圓心,半徑爲1的圓,又叫單位圓中,假設角爲60度,OA=OB三角形OAB一定是等邊(正)三角形AB=OA=OB=1,根據兩點之間線段最短,弧AB>AB,角AOB一定不能大於或等於60度。在單位圓中,我們可以很清楚地得知角度制中的180度就對應着弧度制中的π

這在計算正餘弦、正餘切、正餘割等三角函數和反三角函數的運算中,將大大方便許多。現在我們將它進一步置於迪卡爾平面直角座標系(以O爲交叉點,x爲橫軸,y爲縱軸),以圓心 O重疊座標系的軸直角交叉點O,單位1則對應軸中的刻度1,這樣的聯繫過程將其方便性再度得到印證,並可將之旋轉現象想象到角所在的座標相限,函數值的正負性也將一目瞭然。

在計算角度自然而然想到360這個數,在計算長度剛是想到圓周率值π,這一絕竅無疑是非常完全的,無須我們想破腦殼,不知所云亦不知所爲。

角度制與弧度制的互相切換運算的精確值,同樣取決於圓周率π取值的精確度,這是不容置疑的。

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