Lemonmath
English

Độ dài của cung tròn. Diện tích hình quạt tròn và hình vành khuyên

Bài 5.3 · 20 phút đọc · Cập nhật

Cần gạt nước của một ô tô quay quanh trục OO. Lưỡi cao su gắn trên thanh gạt, từ điểm cách OO là 1010 cm đến điểm cách OO là 5050 cm. Mỗi lần gạt, thanh quay một góc 120∘120^\circ. Mỗi lần gạt lau được bao nhiêu xăng-ti-mét vuông kính?

Độ dài cung tròn

Khám phá: chia đường tròn thành 360360 phần

Đường tròn bán kính RR có độ dài C=2πRC=2\pi R. Cả đường tròn ứng với 360∘360^\circ, nên cung 1∘1^\circ dài 2πR360=πR180\dfrac{2\pi R}{360}=\dfrac{\pi R}{180}. Cung n∘n^\circ dài gấp nn lần cung 1∘1^\circ.

Từ công thức, khi biết ll và RR ta tìm được nn.

Diện tích hình quạt tròn

Hình quạt tròn là phần hình tròn giới hạn bởi một cung và hai bán kính đi qua hai đầu mút của cung. Hình tròn có diện tích πR2\pi R^2 ứng với 360∘360^\circ, nên hình quạt n∘n^\circ có diện tích bằng n360\dfrac{n}{360} diện tích hình tròn.

Rn°OAB
Hình quạt tròn OABOAB bán kính RR, cung n∘n^\circ

Diện tích hình vành khuyên

Hình vành khuyên là phần nằm giữa hai đường tròn đồng tâm. Diện tích của nó bằng diện tích hình tròn lớn trừ diện tích hình tròn nhỏ.

RrOAB
Hình vành khuyên giữa hai đường tròn đồng tâm

Phần kính được lau ở đầu bài là phần của hình vành khuyên nằm trong góc 120∘120^\circ.

Thuật ngữ

Tóm tắt

  • Độ dài đường tròn C=2πRC=2\pi R; diện tích hình tròn πR2\pi R^2.
  • Cung n∘n^\circ: l=πRn180l=\dfrac{\pi Rn}{180}.
  • Hình quạt n∘n^\circ: S=πR2n360=lR2S=\dfrac{\pi R^2n}{360}=\dfrac{lR}{2}.
  • Hình vành khuyên: S=π(R2−r2)S=\pi\left(R^2-r^2\right).

Luyện tập

Mỗi bài có phần kiến thức và gợi ý các bước. Hãy tự làm trước, rồi mới bấm xem lời giải.

Bài 1

Tính độ dài cung 45∘45^\circ của đường tròn bán kính 1212 cm (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: l=πRn180l=\dfrac{\pi Rn}{180}.

Gợi ý các bước:

  1. Thay R=12R=12, n=45n=45.
Xem lời giải

Ta có l=π⋅12⋅45180=3π≈9,42l=\dfrac{\pi\cdot12\cdot45}{180}=3\pi\approx9{,}42 (cm).

Vậy cung dài khoảng 9,429{,}42 cm.

Đáp số. l=3π≈9,42l=3\pi\approx9{,}42 cm.

Bài 2

Tính diện tích hình quạt tròn bán kính 66 cm, cung 150∘150^\circ (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: S=πR2n360S=\dfrac{\pi R^2n}{360}.

Gợi ý các bước:

  1. Thay R=6R=6, n=150n=150.
Xem lời giải

Ta có S=π⋅36⋅150360=15π≈47,12S=\dfrac{\pi\cdot36\cdot150}{360}=15\pi\approx47{,}12 (cm²).

Vậy diện tích hình quạt khoảng 47,1247{,}12 cm².

Đáp số. S=15π≈47,12S=15\pi\approx47{,}12 cm².

Bài 3

Tính diện tích hình vành khuyên giới hạn bởi hai đường tròn đồng tâm bán kính 55 cm và 33 cm (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: S=π(R2−r2)S=\pi\left(R^2-r^2\right).

Gợi ý các bước:

  1. Tính R2−r2R^2-r^2 rồi nhân với π\pi.
Xem lời giải

Ta có S=π(52−32)=16π≈50,27S=\pi\left(5^2-3^2\right)=16\pi\approx50{,}27 (cm²).

Vậy diện tích hình vành khuyên khoảng 50,2750{,}27 cm².

Đáp số. S=16π≈50,27S=16\pi\approx50{,}27 cm².

Bài 4

Một cung 90∘90^\circ có độ dài 4π4\pi cm. Tính bán kính của đường tròn.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: l=πRn180l=\dfrac{\pi Rn}{180}, suy ra R=180lπnR=\dfrac{180l}{\pi n}.

Gợi ý các bước:

  1. Thay l=4πl=4\pi, n=90n=90.
Xem lời giải

Ta có R=180⋅4π90π=8R=\dfrac{180\cdot4\pi}{90\pi}=8 (cm).

Vậy bán kính bằng 88 cm.

Đáp số. R=8R=8 cm.

Bài 5

Bánh xe đạp của Nam có đường kính 7070 cm. Khi bánh xe lăn được 100100 vòng thì xe đi được quãng đường bao nhiêu mét (làm tròn kết quả đến hàng phần mười)?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: mỗi vòng, xe đi được một quãng bằng độ dài đường tròn C=πdC=\pi d.

Gợi ý các bước:

  1. Tính độ dài đường tròn.
  2. Nhân với 100100 rồi đổi ra mét.
Xem lời giải

Mỗi vòng xe đi được C=70πC=70\pi (cm). Do đó 100100 vòng ứng với 7000π≈219917000\pi\approx21991 (cm) ≈219,9\approx219{,}9 (m).

Vậy xe đi được khoảng 219,9219{,}9 m.

Đáp số. Khoảng 219,9219{,}9 m.

Bài 6

Một hình vành khuyên có diện tích 40π40\pi cm², hiệu hai bán kính bằng 22 cm. Tính hai bán kính. (Ôn lại giải hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn.)

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: R2−r2=(R−r)(R+r)R^2-r^2=(R-r)(R+r).

Gợi ý các bước:

  1. Từ diện tích suy ra (R−r)(R+r)=40(R-r)(R+r)=40, nên R+r=20R+r=20.
  2. Giải hệ gồm R+r=20R+r=20 và R−r=2R-r=2.
Xem lời giải

Theo đề bài ta có π(R2−r2)=40π\pi\left(R^2-r^2\right)=40\pi, suy ra (R−r)(R+r)=40(R-r)(R+r)=40. Thay R−r=2R-r=2 vào, ta được R+r=20R+r=20. Giải hệ

{R+r=20R−r=2⇒R=11, r=9.\begin{cases}R+r=20\\ R-r=2\end{cases}\Rightarrow R=11,\ r=9.

Vậy hai bán kính là 1111 cm và 99 cm.

Đáp số. R=11R=11 cm, r=9r=9 cm.

Bài 7

(1,5 điểm) Một chiếc đồng hồ có kim phút dài 1010 cm và kim giờ dài 66 cm.

a) Trong 2020 phút, đầu kim phút đi được quãng đường bao nhiêu (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)?

b) Tính diện tích hình quạt mà kim phút quét được trong 2020 phút đó (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

c) Trong 2020 phút đó, kim giờ quay được bao nhiêu độ và đầu kim giờ đi được quãng đường bao nhiêu (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: kim phút quay 6∘6^\circ mỗi phút, kim giờ quay 0,5∘0{,}5^\circ mỗi phút.

Gợi ý các bước:

  1. Tìm số đo cung, rồi dùng l=πRn180l=\dfrac{\pi Rn}{180}.
  2. Dùng S=πR2n360S=\dfrac{\pi R^2n}{360}.
  3. Làm tương tự với kim giờ.
Xem lời giải

a) Kim phút quay 20⋅6∘=120∘20\cdot6^\circ=120^\circ, nên l=π⋅10⋅120180=20π3≈20,94l=\dfrac{\pi\cdot10\cdot120}{180}=\dfrac{20\pi}{3}\approx20{,}94 (cm).

b) Ta có S=π⋅102⋅120360=100π3≈104,72S=\dfrac{\pi\cdot10^2\cdot120}{360}=\dfrac{100\pi}{3}\approx104{,}72 (cm²).

c) Kim giờ quay 20⋅0,5∘=10∘20\cdot0{,}5^\circ=10^\circ, nên l=π⋅6⋅10180=π3≈1,05l=\dfrac{\pi\cdot6\cdot10}{180}=\dfrac{\pi}{3}\approx1{,}05 (cm).

Vậy a) khoảng 20,9420{,}94 cm; b) khoảng 104,72104{,}72 cm²; c) 10∘10^\circ và khoảng 1,051{,}05 cm.

Đáp số. a) 20π3≈20,94\dfrac{20\pi}{3}\approx20{,}94 cm; b) 100π3≈104,72\dfrac{100\pi}{3}\approx104{,}72 cm²; c) 10∘10^\circ và π3≈1,05\dfrac{\pi}{3}\approx1{,}05 cm.

Bài 8 Thử thách

Cho đường tròn (O;6 cm)(O; 6\text{ cm}) và dây AB=6AB=6 cm. Tính diện tích hình viên phân giới hạn bởi dây ABAB và cung nhỏ ABAB (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: diện tích hình viên phân bằng diện tích hình quạt OABOAB trừ diện tích tam giác OABOAB.

Gợi ý các bước:

  1. Chỉ ra tam giác OABOAB đều, suy ra cung nhỏ ABAB có số đo 60∘60^\circ.
  2. Tính diện tích hình quạt và diện tích tam giác đều.
Xem lời giải

Ta có OA=OB=AB=6OA=OB=AB=6 cm nên tam giác OABOAB đều, suy ra AOB^=60∘\widehat{AOB}=60^\circ. Diện tích hình quạt là π⋅36⋅60360=6π\dfrac{\pi\cdot36\cdot60}{360}=6\pi (cm²). Tam giác đều cạnh 66 cm có đường cao 333\sqrt3 cm, nên diện tích là 12⋅6⋅33=93\dfrac12\cdot6\cdot3\sqrt3=9\sqrt3 (cm²). Do đó

S=6π−93≈3,26 (cm2).S=6\pi-9\sqrt3\approx3{,}26\ \text{(cm}^2\text{)}.

Vậy diện tích hình viên phân khoảng 3,263{,}26 cm².

Đáp số. S=6π−93≈3,26S=6\pi-9\sqrt3\approx3{,}26 cm².

Kiểm tra mini

Kiểm tra mini

Chấm như đề thi tốt nghiệp THPT: Phần I mỗi câu 0,25 điểm; Phần II mỗi câu tối đa 1 điểm (đúng 1, 2, 3, 4 ý được 0,1; 0,25; 0,5; 1 điểm); Phần III mỗi câu 0,5 điểm.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn

Câu 1. Độ dài cung 40∘40^\circ của đường tròn bán kính 99 cm là
Câu 2. Diện tích hình quạt tròn bán kính 44 cm, cung 90∘90^\circ là
Câu 3. Diện tích hình vành khuyên giới hạn bởi hai đường tròn đồng tâm bán kính 77 cm và 44 cm là
Câu 4. Một bánh xe có đường kính 6060 cm. Độ dài đường tròn của bánh xe là

Phần II. Trắc nghiệm đúng sai

Câu 1. Cho hình quạt tròn bán kính 66 cm, cung 120∘120^\circ. Xét tính đúng sai của các mệnh đề sau:
a) Cung của hình quạt dài 4π4\pi cm.
b) Diện tích hình quạt bằng 12π12\pi cm².
c) Diện tích hình quạt bằng tích độ dài cung và bán kính.
d) Chu vi hình quạt bằng (4π+12)(4\pi+12) cm.

Phần III. Trắc nghiệm trả lời ngắn

Câu 1. Tính độ dài (đơn vị: cm) của cung 36∘36^\circ trên đường tròn bán kính 1010 cm (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

Câu 2. Tính diện tích (đơn vị: cm²) của hình vành khuyên giới hạn bởi hai đường tròn đồng tâm bán kính 66 cm và 44 cm (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).

Xem đáp án và giải thích
  1. Phần I, câu 1: B. l=π⋅9⋅40180=2πl=\dfrac{\pi\cdot9\cdot40}{180}=2\pi. A dùng 2πR2\pi R thay cho πR\pi R, C dùng công thức diện tích hình quạt, D chia cho 360360 thay vì 180180.
  2. Phần I, câu 2: D. S=π⋅16⋅90360=4πS=\dfrac{\pi\cdot16\cdot90}{360}=4\pi. A là độ dài cung, B là diện tích cả hình tròn, C chia cho 180180 thay vì 360360.
  3. Phần I, câu 3: A. S=π(49−16)=33πS=\pi\left(49-16\right)=33\pi. B tính π(R−r)2\pi(R-r)^2, C cộng hai bình phương.
  4. Phần I, câu 4: B. C=πd=60πC=\pi d=60\pi cm. C lấy 6060 làm bán kính, D tính diện tích.
  5. Phần II, câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. a) Đúng: l=π⋅6⋅120180=4πl=\dfrac{\pi\cdot6\cdot120}{180}=4\pi. b) Đúng: S=π⋅36⋅120360=12πS=\dfrac{\pi\cdot36\cdot120}{360}=12\pi. c) Sai: S=lR2S=\dfrac{lR}{2}. d) Đúng: chu vi gồm cung và hai bán kính.
  6. Phần III, câu 1: 6,28. l=π⋅10⋅36180=2π≈6,28l=\dfrac{\pi\cdot10\cdot36}{180}=2\pi\approx6{,}28 cm.
  7. Phần III, câu 2: 63. S=π(36−16)=20π≈62,83≈63S=\pi\left(36-16\right)=20\pi\approx62{,}83\approx63 cm².