椭圆周长L=4

发表时间:2020/9/25   来源:《中小学教育》2020年第18期   作者:李厚良
[导读] 圆和椭圆是有关联的,椭圆具有圆的某些特性
        李厚良
        广西昊建工程咨询管理有限公司,南宁530029
        摘  要:圆和椭圆是有关联的,椭圆具有圆的某些特性,比如特殊角利用圆的这种特性,把椭圆周长公式推导出来,这个特性就是,不论圆的半径R是多少,当把四分之一的圆弧拉直后,它所对应的夹角不变,因为这个特性适用于椭圆,所以椭圆的周长公式 就可以推导出来。
        关键词:特性;特殊角;函数连续性;圆周长;椭圆周长;
        中图分类号:O1
        0 引言
        椭圆图形在长轴和短轴上对称,所以椭圆在每个象限的弧长是相等的,我们只要能够求出一个象限的椭圆长度,就可以求出整个椭圆的周长。
        1 特殊角
        以R为半径画一圆,如图一所示:
                                                        


                                                    图一   
        取出这个圆的四分之一ABO,OA=OB=R, OA与OB夹角为90度直角,AB弧长为,把AB弧拉直,原来对应的90度直角变成了θ角,如图二所示:  
          
        
        
        从②式可以看出,θ角与半径R的大小无关,无论圆的半径R是多少,θ角都是一个固定值。因此,θ角是一个特殊角,圆具有的这种特性,椭圆是否也具有呢?也就是说,当把一个象限中椭圆弧拉直后,它所对应的角是否也是这个特殊角只要椭圆也具有这种特性,那么就可以利用它导出椭圆的周长公式。
        2 椭圆周长
        设椭圆的长半轴为a,短半轴为b,OA=OB=a,  OC=OD=b, 以b为半径画一小圆,内切于椭圆,以a为半径画一大圆,外切于椭圆, OA与OB夹角为90度直角,如图三所示:
        





                            
                                                 图三
        把第二象限OCABDO的图形取出来,把AB弧拉直,OA和OB夹角由90度直角变成,如前面的证明,θ角与半径R的大小无关,所以,以短半轴b为半径的四分之一的圆弧也同时被拉直,CD//AB,假设椭圆的弧长BC也被拉直,如图四所示:
                                                      




                           图四
    从图三中可以看出它具有的一些性质,比如:OB≤BC≤AB,不同的圆,它们之间没有相交点,不同的椭圆,它们除了在长轴顶点处相交外,其他处并无相交,图四是从图三转变过来的,图三具有的性质,图四同样具有,当C在OA之间连续变化时,BC的长度也在BO与BA长度间连续变化,根据连续性得出,BC线应该是一条完整的线段,BC线夹在BO和AB两条直线之间,根据以上性质,所有椭圆的线除了在B点相交外,其余均不相交,所以BC必须是直线,经过以上推论,BC是一条连续的直线,所以之前的假设是正确的,这个特殊角的性质同样适合于椭圆。

        3 结语
        根据特殊角这个特性就可推导出椭圆的周长公式 ,只要把长半轴a和短半轴b的值代入公式④中,就可以求出椭圆的周长,不论a、b 取何值,L都有一个对应的值,当a=b=0时,L=0,周长等于零,它实际上就是一个点;当b=0时,L=4a,或a=0时,L=4b,它是两条重叠的直线;当b=a时,,它就是以a半径的圆,所以公式④是一个通用的公式,它不仅适用于椭圆,同时还适用于一些特殊的情况,比如点、直线和圆等。
       
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