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円とおうぎ形 ── 弧・弦・中心角と公式

小学校で習った円の周の長さと面積を、中学では おうぎ形(円の一部分)にまで広げます。「中心角の比」がカギ。覚えるべきは2つの公式だけ。

円の用語

円の用語 O 中心 半径 A B 弦 AB 弧 AB
図1:円の用語
用語
円の各部
  • 中心 O:円の真ん中の点
  • 半径:中心から円周上の点までの距離
  • 直径:円の中心を通る両端が円周上の線分(半径の2倍)
  • 弧(こ):円周の一部分。記号 ⌒AB(弧AB)
  • 弦(げん):円周上の2点を結ぶ線分。AB
  • 中心角:弧の両端と中心を結ぶ2本の半径がつくる角

円の周の長さと面積(小学校の復習)

公式
円の周と面積

周の長さ=2πr
面積=πr²

r は半径、π(パイ)は円周率(≒3.14159…)。中学では π を そのまま記号として残すのが基本。

おうぎ形(おうぎがた)

用語
おうぎ形
円の中心から2本の半径と、その間の弧で 囲まれた図形。 まるで日本のおうぎ(扇)の形。
おうぎ形 O A B 中心角
図2:中心角と半径と弧で囲まれた おうぎ形

おうぎ形の弧の長さと面積

おうぎ形は 円の一部分。中心角 a° のおうぎ形は、円全体(中心角 360°)の a/360 倍の大きさになります。

公式
おうぎ形の弧の長さ・面積

弧の長さ = 2πr × (a/360)

面積 = πr² × (a/360)

r は半径、a は中心角の度数。「円全体の (a/360) 倍」と覚えるのがコツ。

例題で慣れる

例:半径 6 cm、中心角 120° のおうぎ形

弧の長さ = 2 × π × 6 × (120/360)

  = 12π × (1/3) = 4π cm

面積 = π × 6² × (120/360)

  = 36π × (1/3) = 12π cm²

例:半径 10 cm、中心角 90° のおうぎ形(円の1/4)

弧の長さ = 2 × π × 10 × (90/360) = 20π × (1/4) = 5π cm

面積 = π × 100 × (1/4) = 25π cm²

つまずきポイント
  • π はそのまま残す:中学では「4π cm」のように π 付きで答える。3.14をかけて小数にしない。
  • 360で約分:120/360 = 1/3 のように、a/360 は早めに約分すると計算が楽。
  • 半径か直径か:問題が「直径10cm」と書いてあれば、半径は5cm。半径と直径を混同しない。

練習問題

問題1(円)
半径 5 cm の円の、周の長さと面積を求めなさい。π は残したままで。
答えを見る

周の長さ = 2π × 5 = 10π cm

面積 = π × 5² = 25π cm²

問題2(おうぎ形)
次のおうぎ形の弧の長さと面積を求めなさい。
  1. 半径 9 cm、中心角 60°
  2. 半径 4 cm、中心角 270°
答えを見る

(1) 弧 = 2π×9×(60/360) = 18π × (1/6) = 3π cm / 面積 = π×81×(1/6) = 27π/2 cm²(=13.5π cm²)

(2) 弧 = 2π×4×(270/360) = 8π × (3/4) = 6π cm / 面積 = π×16×(3/4) = 12π cm²

問題3(応用)
半径 12 cm のおうぎ形の弧の長さが 8π cm のとき、中心角の大きさは何度か。
答えを見る

弧 = 2π × 12 × (a/360) = 8π

24π × (a/360) = 8π → (a/360) = 1/3 → a = 120°

まとめ

  • 円の用語:中心・半径・直径・弧・弦・中心角。
  • 円の公式:周の長さ = 2πr、面積 = πr²。
  • おうぎ形は円の一部。中心角 a° なら円全体の (a/360) 倍。
  • おうぎ形の弧 = 2πr × (a/360)、面積 = πr² × (a/360)。
  • 中学では π はそのまま残して答える。