本题导读
本题考查正多边形的性质,以及三角函数的几何定义。
📌【题干】
Question
(2020年北京卷)10. 2020 年 3 月 14 日是全球首个国际圆周率日 ( Day)。历史上,求圆周率 的方法有多种,与中国传统数学中的“割圆术”相似。数学家阿尔·卡西的方法是:当正整数 充分大时,计算单位圆的内接正 边形的周长和外切正 边形(各边均与圆相切的正 边形)的周长,将它们的算术平均数作为 的近似值。按照阿尔·卡西的方法, 的近似值的表达式是( )
A. B.
C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
1. 解析几何模型:
- 单位圆:半径 。
- 正 边形:总边数为 。
- 每个边对应的中心角为 。
2. 计算内接正 边形周长 :
- 取其中一个等腰三角形(圆心与一条边的两端点连线),顶角为 。
- 过圆心作底边垂线,在直角三角形中,底边的一半为 。
- 单边长 ,总周长 。
3. 计算外切正 边形周长 :
- 此时圆的半径 是直角三角形的一条直角边(对应边心距)。
- 单边长的一半为 。
- 单边长 ,总周长 。
4. 求解 : 根据题意,。
✅【答案】
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A
✍【详细解析】
Abstract
【答案】 A
【解析过程】 在单位圆()中,正 边形共有 条边。 每条边所对的圆心角为 ,其一半为 。
内接正 边形: 边长 。 周长 。
外切正 边形: 边长 。 周长 。
近似计算: 根据阿尔·卡西的方法: 两边同时除以 2 得:
故选:A。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 审题细致: 注意题目给出的平均值是 的近似值,最后问的是 。这是此类题最容易丢分的地方。
- 图形还原: 区分内接(斜边为 )和外切(直角边为 )的三角函数关系。内接用 ,外切用 。
- 数学素养: 北京卷压轴题不一定考查超纲技巧,但一定考查将陌生语言转化为数学语言的能力。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 阿基米德与祖冲之: 阿尔·卡西(15世纪)的方法实际上是对阿基米德(前3世纪)和祖冲之(5世纪)“夹逼法”的继承。
- 极限视角: 当 时,。 利用无穷小替换 和 (弧度制下): 。 这验证了该公式在理论上的正确性。
- 计算器时代的思考: 这种近似方法在古代极大提高了精度,阿尔·卡西曾以此求出圆周率 16 位小数,打破了祖冲之保持近千年的记录。
🔗【关联脉络】
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