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跑道面积与内、外边缘中间周长关系的证明问题

跑道面积与内、外边缘中间周长关系的证明问题

嘿,我来帮你把这个问题捋明白!首先咱们先搞清楚题目到底要咱们做什么:它要证明跑道面积T等于跑道宽度w,乘以内外边缘正中间那条跑道的周长。结合你给出的问题59的答案,其实推导起来很顺,咱们一步步来:

先明确参数定义(从公式和跑道结构能看出来)

  • s:跑道直道部分的长度
  • r:内圈弯道的半径
  • w:跑道的宽度

第一步:计算内外边缘中间位置的跑道周长

跑道的中间位置,弯道部分的半径应该是内圈半径加上半宽,也就是 r + w/2。而直道部分的长度不受宽度影响,还是原来的s,两段就是2s

中间跑道的周长(咱们叫它C)就是直道长度加弯道总长度:

C = 两段直道长度 + 两个半圆弯道的总长度(也就是一个整圆的周长)
C = 2s + 2π(r + w/2)

把这个式子化简一下:

C = 2s + π(2r + w)

第二步:结合问题59的面积公式对比

你已经给出问题59的跑道面积结果:

T = w[2s + π(2r + w)]

把咱们刚算出的中间周长C代入进去,这不就是:

T = w × C

这不就正好证明了题目要求的结论——跑道面积T是宽度w和内外边缘中间跑道周长的乘积吗?

额外补充:从面积拆分的角度再验证

如果觉得直接用问题59的公式有点“取巧”,咱们可以自己拆跑道面积来推导:

  • 直道部分的面积:两个长为s、宽为w的长方形,总面积是2×s×w
  • 弯道部分的面积:外圆面积减去内圆面积,也就是π(r+w)² - πr²,展开化简后是π(2rw + w²) = w×π(2r + w)

把两部分加起来,总跑道面积:

T = 2sw + wπ(2r + w) = w[2s + π(2r + w)]

和问题59的结果一致,再结合中间周长的计算,还是能得到T = w×中间周长的结论。


备注:内容来源于stack exchange,提问作者Anthony Gatlin

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