弦角定理

弦角定理主要用於轉換角與弦直間的關係,貫穿微積分領域,突破了現未達到的數學技術,是一次泰勒定理偉大的革新和完善。

證明

把圓的圓心設為O點,且要求把等腰三角形的角頂在O點上,另外圓內等腰三角形的兩個頂點交於圓上,分別為A.,C。由於圓的坡度可大可小,從而導致不能2線成比例,造成數量的變化,比例不同,以致分割圓,可以把等腰三角形不斷地分割下去。

設等腰△AOC的頂角為α,半徑為R,從而求的α所R與圓弧的大小L=nπr²/2 , ①圖,即在①圖中作OB⊥CA(即CA的垂直平分線),即垂直平分線交於圓上於B點,平分⌒CA。B點交於圓上,連線BC,AB,再作CB,AB的垂直平分線,交於圓上點D,F;繼而作CD,DB的垂直平分線,交於G,E,也就是可以把等腰三角形不斷地分割下去,不斷分割等腰三角形的等腰讓垂直平分線,垂直平分線上的點交於圓,又不斷連線這條腰的兩端,反覆這樣地連線下去,以使⌒COA內的等腰三角形面積的總和接近扇形AOC的面積。

由①圖得到②圖可知,且設AD為X,因為OA=R,,CD=ABX,OB又為等腰三角形OCA,CA邊的垂直平分線。

∴Op=√r²-x²

得PB=R-√r²-x²

從而我們就得到△ABC的面積=2﹙r-√r²-x²﹚/2=x﹙r-√r²-x² ﹚,△OCA的面積=2x√r²-x²/2

∵CP=X,PB=r-√r²-x²

得到CB=√cp²+pΒ²=√x²+﹙r-√r²-x²﹚²

即有CQ=QB=cΒ/2=√x²+﹙r-√r²-x²﹚²/2

而OQ=√oB²-QB²=√r²-[√x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2

故QD=r-√r²-[√x²-﹙r²-x²﹚²]/2

∵等腰三角形ABC有二條腰且等長,且在⌒CDB 與 ⌒ ABf 中各有一個等腰三角形

∴sΔCDB+sΔΒfΑ=2sΔcDΒ=BC×QD=√x²+﹙r-√r²-x²﹚²×﹛r-√r²-√x²+[﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜

∵作為等腰△CDB的兩腰的垂直平分線,會交於圓G,E.

∴需要把DB作為底邊,則△DEB=DB*Q2E*1/2

因此,先要求出DB的值

即DB=√DQ²+QB²=√﹛r-√r²-[√x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜²+[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/4

根據海倫公式S=√p﹙p-c﹚﹙p-b﹚﹙p-c﹚ 其中p=﹙a+b+c﹚/2

根據海倫公式求出S△ADC的面積

其中P= r+x S△ABC=x﹙r-√r²-x²﹚

∴S= nπr²/360°- x﹙r-√r²-x²﹚ 而又有S△ABC=√﹙r+x﹚x ²﹙r-x﹚

即扇形OAC中的面積減去S△ABC的面積為S值,是S值接近於S△AOC的值

已知2S△CDB=√x²+﹙r-√r²-x²﹚²+﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜

已知ODB,則有DW=WB=DB/2=﹛√﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜²+[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/4﹜

而OW=√oB²-wB²=√r²-﹛√﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜²+[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/4﹜/4

∵W為OE上一點

∴WE=R-OW

∴4S△DBE=DB×WE/2×4=2DB×WE

∴4S△DBE=2DB×WE=﹛√﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜²+[x²+﹙r-√r²-x²﹚﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜

∴nπr²/360°=xr+√[x²+﹙r-√r²-x²﹚] ×﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜+﹛√﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜²+[x²+﹙r-√r²-x²﹚﹛r-√r²-√[x²+﹙r-√r²-x²﹚²]/2﹜×2+……

將方程進行化簡,可以得到上式

即當設a1=x√r²-x²,a2= x﹙r-√r²-x² ﹚,而a3= s△CDB,a4= 4S△DBE……

一般地,當項數n無限增大時,無窮數列﹛an﹜的項an無限趨近於某各個常數a (即不相同的三角形面積無限地接近於0),那么數列﹛an﹜以0為極限,也就是說a 是數列﹛an﹜的極限。

∴Liman=0

n→+∞

∴Limsn= nπr²/360°

n→+∞

由於本問題所要的是a1、a2、a3、……an之間的關係,而 a1、a2、a3、……an 可以被認為是一個數列。由於an是一個面積值,故底邊與高存在遞推關係,且an其中的底邊xn和高yn可以是任意的正數,因此我們只需研究x1和x2,an之間的遞推關係式,並用數學歸納法予以證明,利用重要的已知的極限去研究sn的值。

∵OA=r, AC=2x

而從計算中可以表明。數列 是項數幾的函式,a1的根眼是函式極限的特例,設a2為首項。

∵CA為X2,XB為Y2,把△ABC作為參照物,CA=2X

∴pB=r-√r²-﹙AC∕2﹚²

又設CB為X3,DQ為Y3,把△CDB作為參考的,DQ= r-√r²-﹙BC∕2﹚²

∴綜上所述,有yn= r-√r²-﹙xn∕2﹚²

而QB與CB,CB與DB又存在遞推關係式。

求出 Xn=√﹙x﹙n-1﹚∕2﹚²﹢﹙y﹙n-1﹚∕2﹚²

= √﹛﹙x﹙n-1﹚∕2﹚²﹢[r-√r²-﹙xn∕2﹚²] ﹜﹙n≧2,n屬於﹚

∵這個數列的項數是無限多項,且式子冗雜,故不利於人工計算。

∴nπr²/360° sn=0.5x1y1﹢0.5×2x2y2+0.5×4x3y3+……+0.5×2 ˆ(n-1)xnyn

為了將這個公式適於人工計算,過定就運算可以發現,可以近似求扇形面積。

(1) 畫出草圖,在直角坐標系中畫出一個直徑為2R,圓心為(O,O)的圓;

(2) 取底邊上兩點,分相在相對應得圓弧上作中點,即取a2的三個頂點,作出曲線,底邊為直線的大致圓象;

(3) 藉助圓形確定被積函式,求出交點坐標,確定積分上,下限;

(4)拋物線與圓圍成的面積表示成若干個定積分的和;

(5)計算並求出結果

∵圓心的坐標是(O,0)圓的半徑為R,QA=X

∴A(X,-√R²-X²) B(-R,O) C(-X,- √R²-X²)

∵拋物線經過A,B,C三點,且設Y=aX²A+Bxa+C

∴aX²+Bx+c=-√R²-X²

aR²-Br+C=0

aX²-Bx+c=-√R²-X²

解得:a1=√R ²-X ²∕R ²-X ² b=0 -b1= c= -R ²√R ²-X ²∕R ²-X ²

故拋物線的方程是Y=xA ² (√R ²-X ²)/(R ²-X ²)-R ² (√R ²-X ²)/(R ²-X ²)

但拋物線與直線所圍成的面積不能使弦角公式非常精確,於是的設拋物線B,C,D主點,且設Y=a2XA²+b2XA+C

其中D2為CQ中點,D3為CB的中點,作D3D2的反向延長線交圓弧於D1點,作D1D4⊥oB

D1(-X/2,- √R²-(X/2) ² B(-R,O) C(-X,- √R²-X²)

∴(X/2) ²a-Xb/2+C=- √R²-(X/2) ²

Ar²-Br+C=0

aX²-Bx+C=- √R²-X²

∴a(R²-X²)+b(-R+X)= √R²-X²

a(R²-X²/4)+b(-R+X/2)=√R²-(X/2) ²

解得:a2=[√R²-X²+b(R²-X²) ] /(R²-X²)

b2=﹛√r²-﹙x½﹚²(r²-X²)-[r²-﹙x ½﹚] ² √(r²-X²)﹜/﹛[r²-﹙x ½﹚] (R-X﹚+(-R+X½) (R²-X²)

c2=b2r-a2r²

∵有兩點B(-R,O)和C(-X,- √R²-X²),且(Ya-y1)/(y2-y1)=(xA-x1) /(x2-x1)

Ya=(xA+R)√R²-X²) /R-X=(xA+R)√R²-X²) /R-X=(XA(√R²-X²) /(R-X))+ (√R²-X²) /(R-X) =>a3=(√R²-X²) /R-X b3=(R√R²-X²) /R-X

如圖③所示,當-x﹤XA﹤0時

∵直線y=Xaa3+b3在曲線y=a2X³A+b2XA+C的上方

∴∫0-X{a3XA+b3-(a2X²A+b2X²A+C)dx

=∫0-X{(a3-b2)XA-a2X²A+(b3-C)}dx

=∫0-X{(a3-b2)XA-a2X²A+(b3-C)}dx

={(a3-b2}/2)X²A-(a²/3)X²A+(b3-C)XA) £0-X

=-x ²(a3-b2)/2-a2/3X²+(b3-C)X

∴Limsn=n R²/380°,sn=x1y1½+x2y2½+{-((a1-b1)/2)x²-(a2/3)X³+(b1-c)X}

n→+∞

根據(1)式,y=(√R²-X²) /(R²-X²)X²a-(R²√R²-X²) /R²-X²

而y=-√R²-X²,且設Y=axA2-b

如圖③所示,當-X<XA<X時,直線Y=-√R²-X²在曲線y=Ax²-b1的上方

∫X,-x{-√R²-X²-Ax²A+b}

=∫X,-x{-√R²-X²+b1-Ax²A}

=∫X,-x{-Ax²A -√R²-X²+b1 }

={-(a1/3)X³A+(b1-√R²-X²)XA}∫X,-x

={-(a1/3)X³+(b1-√R²-X²) (a1/3)X³+(b1-√R²-X²)X

=-(2a1/3)X³+2(b1-√R²-X²)X

∴Limsn=n R²/380°,sn=x1y1½--(a/3)X³+2(b-√R²-X²)X

n→+∞

公式的套用

關於弦角公式的套用:

1. 求反正弦函式,反餘弦函式,反正切函式的值

2. 利用π= arctan½+ arctan1/5+ arctan1/8求π的值

3. 求根號值,√X, 3√X,4√X……x√X的值

4. 適用於人工計算和計算機計算

5. 利用分割法或多倍角得sin1度,求正弦值

6. 解高次方程,求零點

公式總結

b2=﹛√r²-﹙x½﹚²(r²-X²)-[r²-﹙x ½﹚] ² √(r²-X²)﹜/﹛[r²-﹙x ½﹚] (R-X﹚+(-R+X½) (R²-X²)

a2=[√R²-X²+b(R²-X²) ] /(R²-X²)

c=b2r-a2r²

a1=√R ²-X ²∕R ²-X ²

b1= R ²√R ²-X ²∕R ²-X ²

a3=√R ²-X ²∕R -X

b3= R√R ²-X ²∕R -X (r= R )

0.5x1y1= X √R ²-X ²

0.5×2x2y2=x[ R-√R ²-X ²]

公式∶Limsn=n R²/360°,sn=x1y1½+x2y2+ [-x ²(a3-b2)/2-a2x ²/3+(b3-C)X ]

n→+∞

公式∶Limsn=n R²/360°,sn=x1y1½+x2y2+ -(2a1/3)X³+2(b1-√R²-X²)X

n→+∞

公式∶Limsn=n R²/360°,sn=x1y1½+x2y2+ 0.5×4x3y3+……+0.5×2 ˆ(n-1)xnyn

Xn=√﹙x﹙n-1﹚∕2﹚²﹢﹙y﹙n-1﹚∕2﹚²

= √﹛﹙x﹙n-1﹚∕2﹚²﹢[r-√r²-﹙xn∕2﹚²] ﹜﹙n≧2,n屬於﹚

yn= r-√r²-﹙xn∕2﹚²

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