对于任何圆,其面积S等于π和r 2的乘积换句话说,任何圆的面积与其半径的平方之比都是常数π那么,这个结论是从数学上严格证明的,还是一种数学直觉?
事实上,圆面积公式(S = π r 2)可以用数学方法严格证明。中国古代数学家和古希腊数学家都证明了这个公式。证明圆面积公式的方法有很多。这里有几个简单的例子。(1)极限方法一
如果一个圆被分成n个相等的部分,那么它被拼接成一个四边形,如下所示:
当n接近无穷大时,也就是说,圆被分成无限个相等的部分,那么四边形变成一个矩形显然,这个矩形的长度是半圆的周长(πr),宽度是圆的半径(r)。这个矩形的面积等于圆的面积,所以圆面积的公式是:S=πr?r=πr^2
,然而,为了完成这样的证明,圆周公式(C=2πr)必须首先得到证明。根据相似三角形原理,用几何方法很容易证明圆的周长与直径之比是相同的常数,即周长比。(2)极限方法2
将圆分成N个相等的部分,并连接每个扇区的半径与圆的交点假设每个扇区的中心角为2θ,2θ=2π/n
检查其中一个三角形OAB。根据三角函数,OC=rcosθ,AB=2rsinθ,三角形OAB的面积为
S△OAB = 1/2 AB OC = R2 SINθCOSθ
当N接近无穷大时,圆的面积可以表示为
S = LIM(N →+∞)N S△OAB
根据极限原理,S = π R 2可以计算(3)积分方法一
严格来说,这也是一种极限方法,但这里圆的面积是由圆的方程严格计算的(x2+y 2 = r 2):
(4)积分方法二
如果圆被分成许多厚度为dr的薄环,则每个环的面积为简而言之,圆的面积与半径的平方之比是π,这是由严格的数学证明的,而不是经验公式。