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专题 13 弧长和扇形面积(综合题)
知识互联网
易错点拨
知识点01:弧长公式
半径为R的圆中
360°的圆心角所对的弧长(圆的周长)公式:
n°的圆心角所对的圆的弧长公式: (弧是圆的一部分)
细节剖析:
(1)对于弧长公式,关键是要理解1°的圆心角所对的弧长是圆周长的 ,即 ;
(2)公式中的n表示1°圆心角的倍数,故n和180都不带单位,R为弧所在圆的半径;(3)弧长公式所涉及的三个量:弧长、圆心角度数、弧所在圆的半径,知道其中的两个量就可以求出
第三个量 .
知识点02:扇形面积公式
1.扇形的定义
由组成圆心角的两条半径和圆心角所对的弧所围成的图形叫做扇形.
2.扇形面积公式
半径为R的圆中
360°的圆心角所对的扇形面积(圆面积)公式:
n°的圆心角所对的扇形面积公式:
细节剖析:
(1)对于扇形面积公式,关键要理解圆心角是1°的扇形面积是圆面积的 ,即 ;
(2)在扇形面积公式中,涉及三个量:扇形面积S、扇形半径R、扇形的圆心角,知道其中的两个量就
可以求出第三个量.
(3)扇形面积公式 ,可根据题目条件灵活选择使用,它与三角形面积公式 有点类
似,可类比记忆;
(4)扇形两个面积公式之间的联系: .
知识点03:圆锥的侧面积和全面积
连接圆锥顶点和底面圆上任意一点的线段叫做圆锥的母线.
圆锥的母线长为 ,底面半径为r,侧面展开图中的扇形圆心角为n°,则
圆锥的侧面积 ,
圆锥的全面积 .
细节剖析:
扇形的半径就是圆锥的母线,扇形的弧长就是圆锥底面圆的周长.因此,要求圆锥的侧面积就是
求展开图扇形面积,全面积是由侧面积和底面圆的面积组成的.易错题专训
一.选择题
1.(2021•余干县校级二模)如图,菱形ABCD中,∠B=60°,AB=4,以AD为直径的⊙O交CD于点E,
则劣弧 的长为( )
A. B. C. D.
【易错思路引导】连接OE,由菱形的性质得出∠D=∠B=60°,AD=AB=4,得出OA=OD=2,由等腰
三角形的性质和三角形内角和定理求出∠DOE=60°,再由弧长公式即可得出答案.
【规范解答】解:连接OE,如图所示:
∵四边形ABCD是菱形,
∴∠D=∠B=60°,AD=AB=4,
∴OA=OD=2,
∵OD=OE,
∴∠OED=∠D=60°,
∴∠DOE=180°﹣2×60°=60°,
∴劣弧 的长= = ;
故选:B.【考察注意点】本题考查了弧长公式、菱形的性质、等腰三角形的性质等知识;熟练掌握菱形的性质,
求出∠DOE的度数是解决问题的关键.
2.(2020•斗门区二模)若圆锥的底面半径为2,母线长为5,则圆锥的侧面积为( )
A.5π B.10π C.20π D.40π
【易错思路引导】圆锥的侧面积=π×底面半径×母线长,把相关数值代入即可求解.
【规范解答】解:圆锥的侧面积为:π×2×5=10π.
故选:B.
【考察注意点】本题考查了圆锥的侧面展开图公式.解题的关键是掌握圆锥的侧面积的计算公式:圆锥
的侧面积=π×底面半径×母线长.
3.(2022•惠阳区校级开学)如图,要用一个扇形纸片围成一个无底盖的圆锥(接缝处忽略不计),若该
圆锥的底面圆周长为20πcm,侧面积为240πcm2,则这个扇形的圆心角的度数是( )度.
A.120° B.135° C.150° D.160°
【易错思路引导】先设圆锥的母线长为lcm,由于圆锥的侧面展开图为一扇形,这个扇形的弧长等于圆
锥底面的周长,扇形的半径等于圆锥的母线长,则根据扇形的面积公式得到 ×20π×l=240π,解得
l=24,然后设这个扇形的圆心角的度数是n°,利用弧长公式得到20π= ,最后解方程即
可.
【规范解答】解:设圆锥的母线长为lcm,
则 ×20π×l=240π,
解得l=24,
设这个扇形的圆心角的度数是n°,
根据题意得20π= ,
解得n=150,即这个扇形的圆心角的度数是150°.
故选:C.
【考察注意点】本题考查了圆锥的计算:圆锥的侧面展开图为一扇形,这个扇形的弧长等于圆锥底面的
周长,扇形的半径等于圆锥的母线长.也考查了弧长公式.
4.(2022•五华区校级模拟)如图,在正方形ABCD中,以点A为圆心,AD为半径,画圆弧DB得到扇形
DAB(阴影部分),且扇形DAB的面积为4π.若扇形DAB正好是一个圆锥的侧面展开图,则该圆锥的底
面圆的半径为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【易错思路引导】根据扇形的面积求得正方形的边长即扇形的母线长,从而求得圆锥的底面半径即可.
【规范解答】解:设AD=AB=l,
根据题意得: πl2=4π,
解得:l=4,
设圆锥的底面半径为r,根据题意得:
2πr= ,
解得:r=1,
故选:A.
【考察注意点】本题考查了圆锥的计算的知识,解题的关键是求得圆锥的母线长,难度不大.
5.(2022•丹东)如图,AB是⊙O的直径,C是⊙O上一点,连接AC,OC,若AB=6,∠A=30°,则 的
长为( )A.6π B.2π C. π D.π
【易错思路引导】先根据圆周角定理求出∠BOC=2∠A=60°,求出半径OB,再根据弧长公式求出答案
即可.
【规范解答】解:∵直径AB=6,
∴半径OB=3,
∵圆周角∠A=30°,
∴圆心角∠BOC=2∠A=60°,
∴ 的长是 =π,
故选:D.
【考察注意点】本题考查了弧长公式和圆周角定理,能熟记弧长公式是解此题的关键,注意:半径为
r,圆心角为n°的弧的长度是 .
6.(2022•虞城县模拟)如图,正方形ABCD中,点O为中心,连接OA,OB,分别以C,D为圆心,以CD的
长为半径,在正方形内部作弧,两弧交于点E,连接DE,CE,分别交OA,OB于点M,N,若AB=2,则
阴影部分的面积为( )
A.6﹣3 B.4﹣2 C.2﹣ D.2+
【易错思路引导】连接MN,连接EO并延长交CD于点F,则EF⊥CD,利用正方形和等边三角形的性质,
可以求出OE的长,再利用平行线分线段成比例求出OM,进而求出四边形OMEN的面积,就可以求出阴影
的面积.
【规范解答】解:如图,连接MN,连接EO并延长交CD于点F,则EF⊥CD,由尺规作图可知ED=EC=CD=2,
∴EF= ,
∵OF=1,
∴OE= ﹣1,
∵OE∥AD,
∴ = ,
即 = ,
∴OM=2 ﹣ ,
∴MN= OM=4﹣2 ,
∴S = OE•MN= ×( )×(4﹣2 )=3 ﹣5,
四边形OMEN
∴阴影部分的面积为1﹣(3 ﹣5)=6﹣3 .
故选:A.
【考察注意点】本题考查了尺规作图、正方形、等边三角形、等腰直角三角形的性质及平行线分线段成
比例的应用,关键是四边形OMEN的面积的求法.
二.填空题
7.(2022•河南模拟)如图,在扇形AOB中,OA=2,点P为 上一动点,过点P作PC⊥OA于点C,
PD⊥OB于点D,连接CD,当CD取得最大值时,扇形OAB的周长为 4 + π .
【易错思路引导】∠AOB=90°时,CD最大,由求出扇形的周长即可.
【规范解答】解:由PC⊥OA,PD⊥OB可知,∠OCP+∠ODP=180°,∴O、C、P、D四点共圆,CD为此圆直径时,CD最大,
∴当∠AOB=90°时,CD最大,如图:
此时扇形周长为2+2+ =4+π.
故答案为:4+π.
【考察注意点】本题考查了弧长的计算,解题的关键是掌握∠AOB=90°时,CD最大.
8.(2022•曲靖模拟)如图,AB是⊙O的直径,CD为弦,AB⊥CD,若CD=2 ,CB=2,则阴影部分的面
积是 .
【易错思路引导】连接OC,设CD与AB的交点为E,利用垂径定理、勾股定理判定△OBC是等边三角形,
运用扇形的面积减去△OBC的面积即可.
【规范解答】解:如图,连接OC,设CD与AB的交点为E,
∵AB是⊙O的直径,AB⊥CD, ,CB=2,
∴ , ,
∴∠ECB=30°,∠CBE=60°,
∵CO=BO,∴△OBC是等边三角形,
∴∠BOC=60°,OC=CB=2,
∴
= ,
故答案为: .
【考察注意点】本题考查了垂径定理,勾股定理,扇形的面积公式,等边三角形的判定和性质,熟练掌
握垂径定理,扇形的面积公式是解题的关键.
9.(2020•工业园区一模)如图,把矩形纸片ABCD分割成正方形纸片ABFE和矩形纸片EFCD后,分别裁出
扇形BAF和半径最大的圆,若恰好能作为一个圆锥的侧面和底面,则 = .
【易错思路引导】根据弧求出长公式扇形BAF的弧长,根据题意列式计算求出AB=2FC,得到答案.
【规范解答】解:扇形BAF的弧长= = AB,
圆的周长=π×FC,
∵恰好能作为一个圆锥的侧面和底面,
∴ AB=π×FC,
∴AB=2FC,
∴ = ,
故答案为: .
【考察注意点】本题考查了圆锥的计算,矩形的性质,正确理解圆锥的侧面展开图与原来的扇形之间的
关系是解决本题的关键,圆锥的母线长是扇形的半径,圆锥的底面圆周长是扇形的弧长.10.(2020秋•东莞市校级月考)如图,点C在以O为圆心的半圆内一点,直径AB=4,∠BCO=90°,
∠OBC=30°,将△BOC绕圆心逆时针旋转到使点C的对应点C′在半径OA上,则边BC扫过区域(图中
阴影部分)面积为 π .(结果保留π)
【易错思路引导】根据直角三角形的性质求出OC、BC,根据扇形面积公式计算即可.
【规范解答】解:∵∠BCO=90°,∠OBC=30°,
∴OC= OB=1,BC= ,
则 边 BC 扫 过 区 域 的 面 积 为 : =
=π.
故答案为:π.
【考察注意点】本题考查的是扇形面积的计算、旋转变换的性质,掌握扇形的面积公式:S= 是
解题的关键.
11.(2019•覃塘区三模)如图,扇形OAB的圆心角为直角,以OA为边作矩形OAFE,边EF交弧AB于点
D,如果图中两个阴影部分面积相等,则 = .
【易错思路引导】根据题意得到S =S ,根据扇形面积公式、矩形面积公式计算即可.
扇形BOA 矩形EOAF
【规范解答】解:∵图中两个阴影部分面积相等,∴S =S ,
扇形BOA 矩形EOAF
∴ =OE×OA,
∵OA=OB,
∴ = ,
故答案为: .
【考察注意点】本题考查了扇形的面积计算及等积变换的知识,关键是要把不规则的图形通过几何变换
转化为规则图形的面积求解.
12.(2022•鼓楼区校级模拟)如图,AB=12,点C,D为线段AB的三等分点,则以四段圆弧围成的阴影部
分面积为 1 6 π .
【易错思路引导】首先证明AC=CD=DB=4,利用割补法求解即可.
【规范解答】解:∵AB=12,C,D是AB的三等分点,
∴AC=CD=BD=4,
∴S = ×π×62﹣ ×π×42+ ×π×42﹣ ×π×22
阴
=16π.
故答案为:16π.
【考察注意点】本题考查扇形的面积,解题的关键是理解题意,学会利用割补法求阴影部分面积.
13.(2022•滑县模拟)如图所示,在扇形OAB中,∠AOB=90°,半径OA=4,点F位于 的 处且靠近
点A的位置.点C、D分别在线段OA、OB上,CD=4,E为CD的中点,连接EF、BE.在CD滑动过程中
(CD长度始终保持不变),当EF取最小值时,阴影部分的周长为 .【易错思路引导】如图,连接OF,OE,BF,取OF的中点T,连接BT.证明△OBF是等边三角形,利用
直角三角形斜边中线的性质求出OE,EF≥OF﹣OE=2,推出当O,E,F共线时,EF的值最小,此时点E
与点T重合,求出BT,FT, 的长即可.
【规范解答】解:如图,连接OF,OE,BF,取OF的中点T,连接BT.
∵∠AOB=90°, = ,
∴∠BOF=60°,
∴ 的长= = π,
∵CE=DE,
∴OE= CD=2,
∵OF=4,
∴EF≥OF﹣OE=2,
∴当O,E,F共线时,EF的值最小,此时点E与点T重合,
∴此时EF=2,
∵OF=OB,∠BOF=60°,
∴△BOF是等边三角形,∵OT=TF,
∴BT⊥OF,
∴BE=BT= = =2 ,
∴此时阴影部分的周长为2+2 + π.
故答案为:2+2 + π.
【考察注意点】本题考查了弧长的计算,等边三角形的判定,直角三角形斜边中线的性质等知识,注意:
已知圆的半径为r,那么n'°的圆心角所对的弧的长度为 .
14.(2021秋•沙坪坝区月考)如图,线段BD、AC互相垂直平分,以点B为圆心的圆恰经过A、D、C三个
点,以DB为直径作圆,DE=1,则图中阴影部分面积和为 π ﹣ .(结果保留π)
【易错思路引导】如图,设AD交⊙E于点T.首先证明△ADB,△DET都是等边三角形,再根据S =2[S
阴
﹣S ﹣(S ﹣S )],求解即可.
扇形BAD △ABD 扇形EDT △DET
【规范解答】解:如图,设AD交⊙E于点T.
∵四边形ABCD是菱形,
∵AB=BC=CD=AD,DE=BE=1,
∵AB=BD=BC,
∴AB=BD=AD=BC=CD=2,
∴△ABD,△BCD都是等边三角形,∴∠EDT=60°,
∵ED=ET,
∴△DET是等边三角形,
∴S =2[S ﹣S ﹣(S ﹣S )]
阴 扇形BAD △ABD 扇形EDT △DET
=2×[ ﹣ ×22﹣( ﹣ ×12)]
=π﹣ .
故答案为:π﹣ .
【考察注意点】本题考查扇形的面积,矩形的性质,等边三角形的判定和性质等知识,解题的关键是学
会利用割补法求阴影部分的面积,属于中考常考题型.
三.解答题
15.(2022•衢州)如图,C,D是以AB为直径的半圆上的两点,∠CAB=∠DBA,连结BC,CD.
(1)求证:CD∥AB.
(2)若AB=4,∠ACD=30°,求阴影部分的面积.
【易错思路引导】(1)根据圆周角定理可得,∠ACD=∠DBA,由已知条件可得∠CAB=∠ACD,再根据
平行线的判定方法即可得出答案;
(2)连结OD,过点D作DE⊥AB,垂足为E.由∠ACD=30°,可得∠ACD=∠CAB=30°,根据圆周角定
理可得∠AOD=∠COB=60°,即可得出∠COD=180°﹣∠AOD﹣∠COB=60°,∠BOD=180°﹣∠AOD=
120°,即可算出S = 的面积,在Rt△ODE中,根据三角函数可算出DE=cos30°OD的长度,
扇形BOD
即可算出S = 的面积,根据S =S ﹣S 代入计算即可得出答案.
△BOD 阴影 扇形BOD △BOD
【规范解答】(1)证明:∵ = ,∴∠ACD=∠DBA,
又∵∠CAB=∠DBA,
∴∠CAB=∠ACD,
∴CD∥AB.
(2)如图,连结OD,过点D作DE⊥AB,垂足为E.
∵∠ACD=30°,
∴∠ACD=∠CAB=30°,
∴∠AOD=∠COB=60°,
∴∠COD=180°﹣∠AOD﹣∠COB=60°,
∴∠BOD=180°﹣∠AOD=120°,
∴S = .
扇形BOD
在Rt△ODE中,
∵DE=cos30°OD= = ,
∴S = = = ,
△BOD
∴S =S ﹣S ,= .
阴影 扇形BOD △BOD
∴S = .
阴影
【考察注意点】本题主要考查了扇形面积的计算,平行线的性质与判定及圆周角定理,熟练掌握扇形面
积的计算,平行线的性质与判定及圆周角定理进行求解是解决本题的关键.
16.(2022•荆门)如图,已知扇形AOB中,∠AOB=60°,半径R=3.
(1)求扇形AOB的面积S及图中阴影部分的面积S ;
阴
(2)在扇形AOB的内部,⊙O与OA,OB都相切,且与 只有一个交点C,此时我们称⊙O为扇形AOB
1 1
的内切圆,试求⊙O的面积S.
1 1【易错思路引导】(1)根据扇形的面积公式就可以求出,阴影的面积用扇形的面积减去三角形的面积;
(2)设⊙O与OA相切于点E,连接OO,OE,通过解三角形就可以求出半径,再利用圆的面积进行计
1 1 1
算.
【规范解答】解:(1)∵∠AOB=60°,半径R=3,
∴S= = ,
∵OA=OB,∠AOB=60°,
∴△OAB是等边三角形,
∴S = ,
△OAB
∴阴影部分的面积S = ﹣ .
阴
(2)设⊙O与OA相切于点E,连接OO,OE,
1 1 1
∵相切两圆的连心线必过切点,
∴O、O、C三点共线,
1
∴∠EOO= ∠AOB=30°,∠OEO=90°,
1 1
在Rt△OOE中,
1
∵∠EOO=30°,
1
∴OO=2OE,
1 1∴OE=1,
1
∴⊙O的半径OE=1.
1 1
∴S=πr2=π.
1
【考察注意点】本题考查了相切两圆的性质.构造直角三角形是常用的方法,本题的关键是求得圆的半
径.
17.(2022•海门市二模)如图,⊙O的半径为5,弦AB,CD互相垂直,垂足为点E.点F在ED上,且EF
=EC.连接AF,∠EAF=25°.
(1)求 的长;
(2)延长AF交⊙O于点M,连接BM.若EC=EB,求∠AMB的度数.
【易错思路引导】(1)连接AC,OC,OB,求出AF=AC,根据等腰三角形的性质求出∠CAE=∠EAF=
25°,根据圆周角定理求出∠BOC,再根据弧长公式求出答案即可;
(2)连接OA,OC,OB,BC,根据等腰直角三角形的性质求出∠EBC,根据等腰三角形的性质和三角形
内角和定理求出∠OBC,求出∠OBA=∠OAB=20°,求出∠AOB,再根据圆周角定理求出答案即可.
【规范解答】解:(1)连接AC,OC,OB,
∵AB⊥CD,EF=EC,
∴AF=AC,
∴∠CAE=∠EAF,∵∠EAF=25°,
∴∠CAE=25°,
∴∠BOC=2∠CAE=50°,
∴ 的长为 = ;
(2)连接OA,OC,OB,BC,
∵AB⊥CD,
∴∠CEB=90°,
∵CE=BE,
∴∠EBC=∠ECB=45°,
由(1)知:∠BOC=50°,
∵OB=OC,
∴∠OBC=∠OCB=65°,
∴∠OBA=∠OBC﹣∠EBC=65°﹣45°=20°,
∵OA=OB,
∴∠OBA=∠OAB=20°,
∴∠AOB=180°﹣∠OBA﹣∠OAB=180°﹣20°﹣20°=140°,
∴∠AMB= AOB=70°.
【考察注意点】本题考查了圆周角定理,弧长公式,等腰三角形的性质和等腰直角三角形的性质和判定
等知识点,能熟记圆周角定理是解此题的关键.
18.(2021秋•亭湖区期末)《九章算术》是我国古代数学成就的杰出代表.其中《方田》章给出计算弧
田面积的公式为:弧田面积= (弦×矢+矢2).如图,弧田由圆弧和其所对弦所围成,公式中“弦”指圆弧所对弦长,“矢”等于半径长与圆心到弦的距离之差.按照上述公式计算所得弧田面积与其实际
面积之间存在误差.现有圆心角∠AOB为120°,弦长AB=2 m的弧田.
(1)计算弧田的实际面积;
(2)按照《九章算术》中弧田面积的公式计算所得结果与(1)中计算的弧田实际面积相差多少平方米?
(取π近似值为3, 近似值为1.7)
【易错思路引导】(1)扇形AOB的面积减去△AOB的面积就是弧田的实际面积;
(2)先根据弧田面积= (弦×矢+矢2)计算出弧田的面积,再与(1)中的结果相减,即可相差的值.
【规范解答】解:(1)∵OD⊥AB,OD为半径,
∴AC= AB= ×2 = (m),
∠AOC= ∠AOB= ×120°=60°,
在Rt△ACO中,∠OAC=30°,
∴设OC=x,则AO=2x,
∴x2+ =(2x)2,
解得:x=1或﹣1(不符合题意,舍去),
∴OA=2m,
∴弧田的实际面积=S ﹣S
扇形AOB △OAB
= ﹣ ×2 ×1
=( ﹣ )m2,
∴弧田的实际面积为( ﹣ )m2;
(2)∵圆心到弦的距离等于1,∴矢长为1,
∴弧田面积= (2 ×1+12)
=( + )m2,
∴两者之差为: ﹣ ﹣( + )
≈ ﹣1.7﹣1.7﹣
=0.1(m2).
【考察注意点】本题考查了扇形面积的计算,牢记扇形面积公式是解决问题的关键.
19.(2022•高唐县二模)如图,在菱形ABCD中,对角线AC,BD交于点O,∠BAO=30°,AC=8.过点O
作OH⊥AB于点H,以点O为圆心,OH为半径的半圆交AC于点M.
(1)求图中阴影部分的面积;
(2)点P是BD上的一个动点(点P不与点B,D重合),当PH+PM的值最小时,求PD的长度.
【易错思路引导】(1)解直角三角形求出AH,OH,根据S =S ﹣S ,求解即可.
阴 △AOH 扇形OMH
(2)作点M关于BD的对称点M′,连接HM′交BD于P,连接PM,连接PM,此时PH+PM的值最小,解直
角三角形求出OP,OD即可.
【规范解答】解:(1)∵四边形ABCD是菱形,
∴AC⊥BD,OA=OC=4,
∵OH⊥AB,
∴∠AHO=90°,
∵∠OAH=30°,
∴∠AOH=60°,OH= OA=2,AH= OH=2 ,∴S =S ﹣S = ×2×2 ﹣ =2 ﹣ π.
阴 △AOH 扇形OMH
(2)作点M关于BD的对称点M′,连接HM′交BD于P,连接PM,此时PH+PM的值最小.
∵OH=OM′,
∴∠OHM′=∠OM′H,
∵∠AOH=∠OHM′+∠OM′H=60°,
设OP=m,则PM=2m,
∵PM2=OM2+OP2,
∴4m2=m2+22,
∴m= ,
∴PD=OD+OP= + =2 .
【考察注意点】本题考查扇形的面积公式,菱形的性质,圆周角定理,解直角三角形等知识,解题的关
键是学会利用轴对称解决最短问题,属于中考常考题型.
20.(2021•雨花区校级一模)如图,点D是线段BC的中点,分别以点B,C为圆心,BC长为半径画弧,两
弧相交于点A,连接AB,AC,AD,点E为AD上一点,连接BE,CE.
(1)求证:BE=CE;
(2)以点E为圆心,ED长为半径画弧,分别交BE,CE于点F,G.若BC=4,EB平分∠ABC,求图中阴
影部分(扇形)的面积.【易错思路引导】(1)由点D是线段BC的中点得到BD=CD,再由AB=AC=BC可判断△ABC为等边三角
形,于是得到AD为BC的垂直平分线,根据线段垂直平分线的性质得BE=CE;
(2)由EB=EC,根据等腰三角形的性质得∠EBC=∠ECB=30°,则根据三角形内角和定理计算得
∠BEC=120°,在Rt△BDE中,BD= BC=2,∠EBD=30°,根据含30°的直角三角形三边的关系得到
ED= BD= ,然后根据扇形的面积公式求解.
【规范解答】(1)证明:∵点D是线段BC的中点,
∴BD=CD,
∵AB=AC=BC,
∴△ABC为等边三角形,
∴AD为BC的垂直平分线,
∴BE=CE;
(2)解:∵EB=EC,
∴∠EBC=∠ECB=30°,
∴∠BEC=120°,
在Rt△BDE中,BD=BC=2,∠EBD=30°,
∴ED= BD= ,∠FEG=120°,
∴阴影部分(扇形)的面积= = π.
【考察注意点】本题考查了全等三角形的判定与性质:全等三角形的判定是结合全等三角形的性质证明
线段和角相等的重要工具.也考查了等边三角形的判定与性质、相等垂直平分线的性质以及扇形的面积
公式