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圓面積

一句話概括: 圓的面積是指圓內部平面空間的大小,可以用 A = πr² 求得,意思是圓周率乘以半徑再乘以半徑。

為什麼成立

圓形隨處可見:披薩、花園池塘、圓桌、灑水器噴灑的範圍和車輪。知道面積,就能算出需要多少油漆、草籽、布料,或者有多少披薩。先認識幾個詞。半徑(r)是從圓心到圓邊的距離。直徑是穿過圓心、橫跨整個圓的距離,所以是半徑的兩倍。圓周率(π)是一個特別的數,約等於 3.14159,對每個圓都一樣。面積公式在之後的數學中還會用到,例如求圓柱和圓錐的體積,以及球的表面積。

可以這樣理解: 想像把一個圓形披薩切成許多細長的小塊,像一把扇子。然後把這些小塊排成一行,一塊尖端朝上、一塊朝下、再一塊朝上,互相拼在一起。拼出來的形狀看起來幾乎像一個長方形。它的高是半徑 r。它的長是餅邊的一半,因為一半的小塊朝上,一半朝下。整條餅邊(圓周)是 2πr,所以一半就是 πr。長方形的面積是長 × 高,所以面積是 πr × r = πr²。 (這個比喻的局限:重新排列的小塊永遠拼不成完美的長方形。因為餅邊是彎的,上下兩條邊仍然有點凹凸不平。切得越多塊,就越接近真正的長方形。公式本身是完全正確的,但披薩的例子只是說明它為甚麼合理,本身並不算是證明。)

例題詳解

在一幅比例圖上,一張圓形地毯的直徑是 10 cm。求它的面積,答案準確到小數點後 2 位。

  1. 求半徑:半徑是直徑的一半,所以 r = 10 ÷ 2 = 5 cm。
  2. 寫出公式:A = πr²。
  3. 先計算半徑的平方:r² = 5 × 5 = 25。
  4. 乘以圓周率:A = π × 25 = 25π。
  5. 用計算機上的 π 鍵:25π ≈ 78.54。
  6. 加上平方單位,因為面積量度的是平面空間:cm²。

答案: 面積是 25π cm²,約等於 78.54 cm²。

常見錯誤

  • 把直徑而不是半徑代入公式,算出的面積會大了四倍,所以一定要先把直徑除以 2。
  • 用 2πr 求出的是圓周(繞圓邊一圈的長度),不是面積,所以要檢查公式中的 r 有沒有平方。
  • 計算 (π × r)² 會連 π 也一起平方,所以只把半徑平方,然後再乘以 π。
  • 把答案寫成 cm 而不是 cm²,會忽略了面積是量度平面空間的,所以一定要用平方單位。

試試看 · 第 1 題,共 3 題

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一個圓的半徑是 3 cm。它的面積是多少(準確到小數點後 2 位)?

家長常見問題

孩子在幾年級學習圓面積?

在澳洲,通常在 8 年級教授;在英國,多數在 7 年級或 8 年級出現;在美國,則屬於 7 年級的數學內容。學生之後在更高年級學習圓柱、圓錐和球時還會再用到。

在家可以怎樣幫助孩子學習圓面積?

一起量度家中的圓形物品,例如碟子、蓋子或披薩,然後根據半徑算出面積。請孩子把每一步大聲說出來:把直徑除以 2、把半徑平方、乘以 π,再加上平方單位。把紙圓剪成小塊,再拼成接近長方形的形狀,是展示公式為甚麼成立的好方法。

孩子應該用 3.14 還是 π 鍵?

如果題目有註明用哪一個,兩者都可以。π 鍵比較準確,所以答案可能會和用 3.14 或 22/7 算出的略有不同。有時最好的答案是保留 π 的形式,例如 25π cm²,這是準確值。

為甚麼答案要用平方單位?

面積量度的是需要多少個小正方形(例如 1 cm × 1 cm 的正方形)才能鋪滿一個平面圖形。因為半徑要自己乘自己,單位也會相乘:cm × cm = cm²。而像圓周這樣的長度,單位仍然只是 cm。