Radians, Arc Length & Sector Area
弧度法(ラジアン)は、角の大きさを「半径に対する弧の長さの割合」で測る方法です。度数法より見慣れないかもしれませんが、ラジアンを使うと弧の長さや扇形の面積が驚くほど簡潔な式になり、後の微分・積分でも自然な単位になります。この単元では、度とラジアンの変換、弧の長さ 、扇形の面積 、そして扇形から三角形を引いて求める弓形の面積までを扱います。ここでの は必ずラジアンであることが大前提です。
Radian measure expresses an angle as the ratio of arc length to radius. It may look less familiar than degrees, but in radians the arc length and sector area become remarkably clean formulas, and radians are the natural unit for the calculus that follows. This topic covers converting between degrees and radians, the arc length , the sector area , and the area of a segment found by subtracting a triangle from a sector. Throughout, the crucial assumption is that is in radians.
What a radian is, and converting
半径 の円で、弧の長さがちょうど半径と等しくなるときの中心角を ラジアンと定めます。円1周の弧は なので、 ラジアン、すなわち ラジアン が変換の基本式です。度をラジアンに直すには を掛け、ラジアンを度に直すには を掛けます。例えば 、。試験では を含む厳密値で答えることが多いので、よく出る角は覚えておくと速いです。
In a circle of radius , one radian is the central angle for which the arc length equals the radius. Since a full circle has arc length , we get radians, i.e. the key relation radians . To convert degrees to radians multiply by ; to convert radians to degrees multiply by . For example and . Exams usually want exact answers involving , so knowing the common angles by heart saves time.
Arc length
半径 、中心角 (ラジアン)の扇形について、弧の長さは です。これは「円周 のうち、角度の割合 にあたる分」と考えれば、 と導けます。式が成り立つのは がラジアンのときだけで、度のまま代入すると誤りになります。問題で角が度で与えられていたら、まずラジアンに直してから使いましょう。
For a sector of radius and central angle (in radians), the arc length is . You can derive this by taking the fraction of the full circumference : . The formula holds only when is in radians — substituting degrees directly is a mistake. If a question gives the angle in degrees, convert to radians first.
Sector area
同じ扇形の面積は です。これも「円全体の面積 の、角度の割合 にあたる分」と見れば と導けます。弧の長さ を使えば とも書け、 と が分かっているときに便利です。やはり はラジアンが前提です。
The area of that same sector is . Again, taking the fraction of the full area gives . Using , this can also be written , which is handy when and are known. As always, must be in radians.
Area of a segment (sector minus triangle)
弦と弧で囲まれた部分を弓形(segment)といいます。その面積は「扇形の面積」から「同じ2半径と弦でできる三角形の面積」を引いて求めます。三角形の面積は2辺とそのはさむ角の公式 で表せるので、弓形の面積は となります。 を計算するときも、電卓はラジアンモードにしておくこと。扇形の周の長さを問われたら、弧 に2本の半径 を足して です。
The region bounded by a chord and an arc is a segment. Its area is the sector area minus the area of the triangle formed by the two radii and the chord. Using the two-sides-and-included-angle formula, that triangle has area , so the segment area is . When evaluating , keep the calculator in radian mode. If asked for the perimeter of a sector, add the arc to the two radii , giving .
Worked examples
Practice
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