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直線 曲線 

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Academic year: 2022

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(1)

直線 曲線 

A  C 

點、線、角 :

在探討幾何學之前,我們必須先瞭解構成平面圖形的基本元素-點、 線、角。

點:點是幾何學中所討論的最基本圖形。

點僅用來表示事物所在的位置,而不考慮它的形狀與大小。

線:線可以想成是筆尖在紙上連續移動時所經過的路線,因此線是沒有寬窄的。

線可以分為曲線與直線,如下圖。

直線:通過兩點用直尺所畫出來的線,也就是說:兩點決定一直線;

「 « 」符號是表示直線可以向兩邊無限延伸,所以直線是不談長短的。

線段:直線 AB 在  A  點與  B  點之間的部分就稱為線段。

角:兩線段 AB 與 AC 相交於 A 點形成一個角,如右圖。

記作∠BAC 或∠A。

若角的度數>90 ,我們稱這個角為鈍角,如下圖的∠A。

若角的度數=90 ,我們稱這個角為直角,如下圖的∠B。

若角的度數<90 ,我們稱這個角為銳角,如下圖的∠C。

圖示 記法 讀法

●  A  點 A 或 A 點 點 A 或 A 點

圖示 記法

直線 L  直線 L 

A  B 

AB 

直線

AB 

圖示 記法 讀法 

A  B 

AB 

或 BA  線段 AB 或線段 BA 

A  B  C

(2)

2  4  3 

C  D 

D  B 

互補:若兩個角的和是一個平角(180 ),我們稱這兩個角互補,如圖,∠1+∠2= 180  , 故我們稱∠1 與∠2 互補。

互餘:若兩個角的和是一個直角,我們稱這兩個角互餘,如圖,∠1+∠2=90 , 故我們稱∠1 與∠2 互餘。

對頂角:兩直線相交會形成兩組對頂角。如右圖,∠1 與∠2 為對頂角,

∠3 與∠4 亦為對頂角。

※對頂角相等,即∠1=∠2;∠3=∠4

證明】: ∵∠1+∠3=180  又∠3+∠2=180 

∴∠1=180 -∠3=∠2

有關點線角的應用:

我們已經知道兩點可以決定一條直線,接著要來討論平面上相異的點

決定線段數目及角度等相關問題。

範例】上相異 5 點 A、B、C、D、E,

(1)至多可決定幾條直線?

(2)至少可決定幾條直線?

解答】 (1)自

A

點出發,可得 AB 、 AC 、 AD 、 AE 共 4 條。

B

點出發,可得 BC 、 BD 、 BE 共 3 條。

C

點出發,可得 CD 、 CE 共 2 條。

D

點出發,可得 DE 共 1 條。

E

點出發,均已連線故 0 條。

∴共 4+3+2+1+0=10 條。

(2)當 5 點共線時,可決定最少的 1 條直線。

結論:平面上相異 n 點,至多可決定 

)  1  ( - 

條直線;至少可決定 1 條直線(n 點共線時)。

1 2

1 2

(3)

O  A 

E  C  B 

D  L 

A  B  C 

X  Y  Z  W 

範例】平行線,L 上有相異三點,V 上有相異四點,除 L、V 外,

由上述七點可決定多少線段?

解答】 (1)由 A 出發可決定: 

AX 、 AY 、 AZ 、 AW 共

4

條。

(2)由

B

出發可決定: 

BX 、 BY 、 BZ 、 BW 共

4

條。

(3)由

C

出發可決定: 

CX 、 CY 、 CZ 、 CW 共

4

條。

∴總共 4+4+4=4×3=12。

範例】如圖,算一算總共幾個角?

解答】 (1)以 OA 邊算起有: 

AOB

Ð

、 

Ð AOC

、 

Ð AOD

、 

Ð AOE

共 4 個。

(2)以 OB 邊算起有: 

BOC

Ð

、 

Ð BOD

、 

Ð BOE

共 3 個。

(3)以 OC 邊算起有: 

COD

Ð

、 

Ð COE

共 2 個。

(4)以 OD 邊算起有: 

Ð DOE

1

個。∴總共 

6  2 

)  1  4  (  1  4  2  3 

4 ´ + =

= + +

+

個。

範例】已知∠1=(45-a)度,∠2 與∠1 互補,求∠2?

解答】∠2=180 -∠1

=180 -(45-a) 

=(135+a) 

A  B  C 

X  Y  Z  W 

O  A 

E  C  B 

D

(4)

12  1 

4  6  5 

7  8  9 

10  11

O

A C B

D

?

11 12 1

2

3

4 6 5

7 8 9

10

55 0

11 12 1

2

3

4 6 5 7 8 9

10

6X  6x 

範例】 AB 與 CD 交於 O 點,已知 2∠AOC+3∠BOD= 350  ,則∠COB=?

解答】 ∵∠AOC=∠BOD(對頂角相等) 。

∴2∠AOC+3∠BOD=350 , 5∠AOC=350 

∴∠AOC= 350

¸ 5  =

70  故∠COB=180 -70 = 110 

範例】9 點 30 分時,分針與時針的夾角為幾度?

解答】 時針 1 小時走  12  360 

= 30  時針 1 分鐘走 

60  30 

=0.5  分針 1 分鐘走 

60  360 

= 6 

∴夾角= 0 . 5 ×

30

+ 90  =  105 

範例】12 點多,小明外出吃午餐,出門前發現時針與分針的夾角為 55 , 吃完飯後時針與分針的夾角仍為 55 ,請問小明出去多久?

(已知小明出門的時間不超過 1 小時) 。

解答】 假設出去 X 分鐘

∴分針走了 6X  (1 分鐘 6 ),時針走了 6X × 

12 

=0.5X 

∴6X +55 +(55 -0.5X) =360  X=45 

11 

分鐘。 

12  1 

4  6  5  7  8  9 

10  11 

0.5×30 O

(5)

【範例一】 【練習一】

平面上相異 10 點,至多可決定幾條直線? ㄧ平面相異 n 點至多可決定 36 條直線,

則 n=_____。

【範例二】 【練習二】

兩平行線,

L

上有相異三點,

上有相異五 點,則此八點可決定多少線段?

兩條高速公路上分別有三個及五個交流道,

若想在這些交流道之間做一些直達便道,那 麼需要幾條直達便道呢? 

A  B  C 

X  Y  Z  W  U  北一高

北二高

【範例三】 【練習三】

3 點 30 分兩針之夾角為幾度? 4 點 42 分兩針之夾角為幾度?

【範例四】

一角比其補角的 3 倍多 24 ,求此角的對頂角 度數。

【練習四】

∠A 的 2 倍與∠B 的 5 倍互補,且∠A+∠B 

=60 度,求∠A、∠B 的度數。

(6)

生活中的平面圖形:

三角形、四邊形及圓形是生活中最常見的平面圖形,這一節我們將討 論有關這些圖形的基本性質。

三角形:一個三角形有三個頂點、三個邊和三個角。

等腰三角形:有兩邊等長的三角形。如下圖,其中等長的兩邊叫做腰,另一邊叫做底邊 或底,與底邊相對的角叫做頂角,其餘的兩個角都叫做底角。

等邊三角形:三邊都等長的三角形,叫做正三角形。如下圖,每個正三角形也都是等腰 三角形。

直角三角形:有一個角是直角的三角形。如下圖,其中直角所對的邊叫做斜邊,其餘兩 邊叫做股。

等腰三角形 正三角形 直角三角形

銳角三角形:三內角皆為銳角的三角形,稱為銳角三角形。如下圖。

鈍角三角形:三角形其中一內角為鈍角的三角形,稱為鈍角三角形。如下圖。

銳角三角形 鈍角三角形

四邊形:一個四邊形有四個頂點、四個邊和四個角。

長方形:四個角都是直角的四邊形,叫做長方形,也稱做矩形。如下圖,

長方形相對的兩邊都等長。

正方形:四邊都等長的長方形,如右圖;正方形也是長方形的一種。

腰 腰

底邊 頂角

底角 底角

斜邊

(7)

平行四邊形:兩雙對邊分別平行的四邊形,如下圖, AB // CD , AD // BC 。

平行四邊形有以下重要性質,後面章節我們會一一證明,現在我們先來了解一些性質:

l 平行四邊形ABCD,兩組對邊分別相等,即 AB = CD , AD = BC 。 l 平行四邊形ABCD,兩組對角分別相等,即∠A=∠C,∠B=∠D。

l 平行四邊形ABCD,兩條對角線互相平分,即 OA = OC , OB = OD 。 菱形:四邊都相等的四邊形,如下圖, AB BC CD DA = = = 。

菱形有以下性質,後面章節我們會一一證明,現在我們先來了解這些性質:

l 兩對角線互相垂直,即 AC ^ BD 。

l 兩對角線互相平分,即 OA = OC 、 OB = OD 。

箏形:兩雙鄰邊分別相等的四邊形,如下圖, AB AD = , BC CD = 。

梯形:只有一雙對邊平行,另ㄧ雙對邊不平行的四邊形,如下圖, AD // BC 。 由定義可知,平行四邊形、菱形、長方形和正方形都不是梯形。 

B  C 

C

(8)

對角線:四邊形中,不相鄰的兩個頂點的連線叫做它的對角線。每一個四邊形都有兩條 對角線。四邊形的每一條對角線都把這個四邊形分割成兩個三角形,如下圖。

我們可以利用四邊形的對角線性質來簡單的判別某些四邊形:

a.對角線互相平分的四邊形必為平行四邊形。

b.對角線互相平分且相等的四邊形必為矩形。

c.對角線互相平分且垂直的四邊形必為菱形。

d.對角線互相平分且垂直、相等的四邊形必為正方形。

關係如下圖:

四邊形的包含關係

:由各種四邊形的定義來看,如下圖,可以歸納出四邊形彼此間的關係。

上圖中大範圍包含小範圍,大範圍有的性質,小範圍必定有其性質。反之,小範圍有 的性質,大範圍不一定有其性質。

像是平行四邊形有三項性質:(1)兩雙對邊相等。

(2)兩雙對角相等。

(3)兩對角線互相平分。

則菱形、長方形、正方形皆有上列性質。

同理,箏形的兩雙鄰邊分別相等,對角線互相垂直,菱形與正方形也有同性質;菱形 任一對角線會平分其頂角,兩對角線互相垂直平分,正方形亦有相同性質;長方行四個角 皆為直角,對角線互相平分且相等,正方形亦會有相同性質;反之,正方形對角線互相垂 直,長方形則沒有此性質。正方形對角線等長,菱形及箏形則沒有此性質。

對 角 對 線

線 角

對 角

線 三角形

三角形

四邊形

平行四邊形

長方形 正方形

菱形

箏形 梯形

平行四邊形

長方形

正方形

菱形

(9)

圓:在平面上與一固定點的距離等於一固定長度的所有點所組成的圖形。如下圖,

固定點叫做圓心,固定長度叫做半徑。圓心與圓上任意點所連的線段也叫做半徑。

弦:圓上任意兩點所連的線段。

如下圖,如果一弦恰好通過圓心,它就是直徑,所以直徑也是一弦。

弧:一弦把圓分為兩部分,每一部分都叫做弧。

如下圖,大於半圓的弧叫做優弧;小於半圓的弧叫做劣弧。

弓形:圓的一弦和其所對的一弧所組成的圖形。如右圖。

扇形:圓的兩半徑和其所夾的弧所組成的圖形。如下圖。

圓形周長及面積的計算公式:若圓形半徑=r,則圓形周長=2

p

r ,圓形面積=

p

。 扇形周長及面積的計算公式:

如右圖,若扇形半徑=r,圓心角=n ,則 扇形周長=(2

p

r × 

o  o 

n

360  )+ 2r , 圓形面積=

p

× 

o  o 

n 360  。

劣弧

優弧

弦 弦

直徑 圓心 半徑

半徑

弓形 弓形

扇形 扇形 

o

(10)

有關簡單幾何圖形的應用

範例】如右圖,求灰色面積部分的周長及面積。

解答】周長= 大弧長 + 小弧長 + 2 ×半徑差

= 

o  o 

120 

360  × 9 × 2 ×

p

+ 

o  o 

120 

360  × 5 × 2 ×

p

+ 2 × (9-5)

= 

28 p

+8 (公分)

面積= 大扇形面積 - 小扇形面積

= 

o  o 

120 

360  × 9 × 9 ×

p

- 

o  o 

120 

360  × 5 × 5 ×

p

= 

56 p

(平方公分)

範例】一圓上有相異 6 點:A、B、C、D、E、F,任意兩點成一弦,問此 6 點共可 連成幾條弦?

解答】自 A 點出發,可得 AB 、 AC 、 AD 、 AE 、 AF 共 5 條。

自 B 點出發,可得 BC 、 BD 、 BE 、 BF 共 4 條。

自 C 點出發,可得 CD 、 CE 、 CF 共 3 條。

自 D 點出發,可得 DE 、 DF 共 2 條。

自 E 點出發,可得 EF 共 1 條。

∴共 5+4+3+2+1=15 條。

範例】一圓上有相異 6 點,問此 6 點共可決定幾個弧?

解答】因為 1 條弦可決定 2 個弧,

所以由上題範例可知此 6 點共可決定 15 × 2 = 30 個弧。

【範例一】 【練習一】

一圓上有相異 8 點,任意兩點成一弦,問此 8 點共可連成幾條弦?

一圓上有相異 10 點,問此 10 點共可決定幾 個弧?

120 9公分 5公分

F

(11)

O  A 

B  C 

【範例二】 【練習二】

一圓直徑 12 公分,將其對摺 3 次,求:

(1)摺痕將此圓分成幾等分?

(2)最後所得扇形面積

將一圓對摺 4 次,問:

(1)摺痕將此圓分成幾等分?

(2)最後所得扇形面積與圓面積的比?

【範例三】 【練習三】

求此斜線部份的周長及面積。 如右圖,此圓半徑為 2 公分,求此斜線部分 周長及面積。

【範例四】 【練習四】

如右圖,分別以 A、B、C、D、E 為頂點的 三角形有哪些?

如右圖,請問其中共有多少個正方形?

60 10公分 6公分

O A

B

o

(12)

認識柱體與錐體:在日常生活中,我們可以看到許多簡單的立體圖形,例如:正方體、

長方體、角柱、角錐及球……等,其中由多邊形的平面所圍成的立體 圖形叫做多面體。在多面體中,圍成此多面體的各多邊形,其相鄰兩 個面的交線叫做邊或棱,邊的交點叫做頂點。

1. 長方體:

(1) 由 6 個長方形的面所圍成的立體圖形,如下圖。

(2) 有 8 個頂點,12 個邊與 6 個面。

(3) 每個面都是長方形,其中上、下兩面全等,左、右兩面全等,前、後兩面全等。

(4) 相鄰的兩邊一定互相垂直,相鄰的面也一定互相垂直。

2. 正方體:

(1) 由 6 個全等的正方形所圍成的立體圖形,如下圖。

(2) 有 12 個等長的邊,8 個頂點與 6 個面。

兩平面垂直:長方體中相鄰的兩邊會互相垂直,而它相鄰的兩個面,我們稱為兩個互 相垂直的平面。我們要檢驗兩個相交平面是否互相垂直時,可以用長方 體來檢驗。將一個長方體緊靠這兩個相交平面,如果長方體的兩面和被 量測的兩平面重合時,我們就說這兩個平面互相垂直。

頂點

邊 面

頂點 邊

面 面 頂點

頂點

頂點

上底

下底 側面

頂點

頂點 邊

展開圖

展開圖

兩平面不垂直

空隙 兩平面不垂直

空隙

兩平面不垂直

(13)

3. 角柱:角柱是由兩個全等多邊形的底面(或簡稱為底),和一些 長方形的側面所組成的立體圖形。如果一個角柱的兩個底 都是 n 邊形,稱這個角柱為 n 角柱,它有 n 個側面。

(1)直角柱:每個側面都和底面垂直的角柱,叫做直角柱。

(2)斜角柱:如果側面和底面不垂直的角柱,叫做斜角柱。

(3)正 n 角柱:若一個 n 角柱的底面是正多邊形,則稱為正 n 角柱。

(4)在國中數學中,所說的角柱,通常是指直角柱。

【範例】觀察右圖的直五角柱,回答下列問題:

(1) 此五角柱共有多少個面?它們分別是什麼形狀?

(2) 此五角柱共有多少個邊?共有多少個頂點?

【解答】(1) 共有 7 個面,其中 2 個全等底面是五邊形,

5 個側面是長方形。

(2) 上、下兩個底面各是 5 個邊,側面除了底面重複的邊外,尚有 5 個邊,

所以共有 15 個邊。

上、下兩個底面各是 5 個頂點,所以共有 10 個頂點。

【範例】填填看:下列角柱各有多少個頂點?多少個邊?多少個面?

4. 角錐:角錐是由一個多邊形的底面,和一些三角形的側面 所組成的立體圖形。如果一個角錐的底都是 n 邊形,

稱這個角錐為 n 角錐,它有 n 個側面。

(1)直角錐:每個側面是等腰三角形的角錐,叫做直角錐。

(2)正 n 角錐:若一個 n 角錐的底面是正多邊形,且每個側面 都是等腰三角形,則稱為正 n 角柱。

(3)在國中數學中,所說的角錐,通常是指正角錐。

三角柱

四角柱 五角柱 正六角柱 斜角柱 斜角柱

展開圖

底面 側面

底面

側面

角柱 頂點數 邊數 面數 六角柱 12 18 8 七角柱 14 21 9

側面

底面

(14)

【範例】一個正六角錐共有多少個頂點?多少個邊?多少個面?

【解答】正六角錐的底面有 6 個頂點,加上錐頂,共有 7 個頂點。

正六角錐的底面有 6 個邊,加上側面的 6 個邊,共有 12 個邊。

正六角錐有 1 個底面和 6 個側面,共有 7 個面。

【範例】填填看:下列角錐各有多少個頂點?多少個邊?多少個面?

圖形 頂點數 邊數 面數

三角錐 4 6 4

四角錐 5 8 5

五角錐 6 10 6

六角錐 7 12 7

5. 圓柱:圓柱是由兩個等圓形的底面,和一個側面所構成的立體圖形。

圓柱沒有頂點與邊,側面可以展開成一個長方形,其一邊長為底圓的圓周長,

另ㄧ邊長為柱高。

(1)直圓柱:兩底圓心的連線與兩底的所有半徑都垂直的圓柱。

(2)國中數學中,只討論直圓柱。

【範例】如右圖,計算圓柱側面展開後的周長。(單位:公分)

【解答】 ( 2 ´5 ´

p

+ 10 ) ´ 2 = 20 

p

+ 20 (公分)

三角錐 四角錐 五角錐

四角錐

展開圖

上底

下底 柱 側面 高

圓周長

柱高 上底

側面

下底 展開圖

5 10

(15)

6. 圓錐:圓錐是由一個圓形的底面、一個頂點和一個側面所構成的立體圖形。

圓柱沒有邊,側面可以展開成一個弧長等於底圓圓周長的扇形。

(1)直圓柱:頂點與底圓心的連線與底的所有半徑都垂直的圓錐。

(2)國中數學中,只討論直圓錐。

表面積與體積計算:

1. 長方體:長、寬、高各為 a、b、c 的長方體,

表面積=2(ab+bc+ca),

體積=abc。

2. 正方體:邊長為 a 的正方體,表面積=6a ,體積=a 

【範例】求右圖中,長方體的表面積與體積各為多少?

【解答】

表面積= 2 × (長×寬+寬×高+長×高)

= 2 × (5 × 3 + 3 × 1 + 5 × 1)

= 46 (cm )

體積=長×寬×高=5 × 3 × 1 = 15 (cm )

【範例】求右圖中,正方體的表面積與體積為多少?

【解答】

表面積 = 6 × 10 × 10 = 600 (cm ) 體積 = 10 × 10 × 10 = 1000 (cm )

3.角柱:表面積=(底面積)×2+(側面積),體積=底面積×高。

【範例】求右圖中立體圖形的表面積與體積?

【解答】

底面積=8 × 5 × 

2  1 

=20

側面長方形面積=6 × 12 + 8 × 12 + 8 × 12 = 264 表面積= 2 × 底面積 + 側面長方形面積

= 2×20+264=304(cm )

體積 = 底面積 × 高=20 × 12 = 240 (cm )

頂點

高 側面

底面 展開圖

1cm

5cm 3cm

10cm

12cm 5cm

8c m 8cm 6cm

a a

a a

b

c

(16)

4.角錐:表面積=(底面積)+(側面積)。

【範例】右圖是一個四角錐的玩具金字塔,其底面是邊長 6 公分 正方形,四個側面是腰長 5 公分的等腰三角形,求此四 角錐的表面積與體積?

【解答】等腰三角形的高= 

2

- 3 

= 4 

側面三角形面積= 

×6×4=12 底面積=6 × 6=36

表面積 = 底面積 + 4×側面三角形面積

= 36 + 4 × 12= 36 + 48 = 84 (cm ) 5. 圓柱:底面半徑為 r,高為 h,

表面積=2 × 底面積+圓柱側面積

=2

p

+2

p

rh 體積=底面積×高=

p

h

【範例】求右圖圓柱的表面積與體積?

【解答】底面積=6 × 6 ×

p

=36

p

圓柱側面積=長方形面積

= 2 × 6 ×

p

× 20 = 240

p

表面積= 2 × 底面積+圓柱側面積

= 2 × 36

p

+ 240

p

= 312 (cm ) 體積=36

p

× 20 = 720

p

(cm )

6. 圓錐:

case 1:底面半徑為 r,扇形半徑為 a,

表面積=底面積+側面積(扇形)

= p

p p p

 

2

+ ´

【說明】因圓錐展開後的扇形弧長=底面圓周長=2r

p

, 所以扇形的度數為

p p

r 2  2 

case 2:底面半徑為 r,高為 h,

則扇形半徑為 

r +

表面積=底面積+側面積(扇形)

( )

p p p

p

 

2  2  2  2 

2  2 

r

+

´ +

+

20cm 12cm

5公分 5公分

6公分

h r

圓周長

=2 r h r

p

r h

r a

r a

r +

(17)

【範例】如右圖,求此圓錐的表面積。(單位:公分)

【解答】圓錐展開後的扇形弧長占圓周的 

2  1  20  2 

10 

2 =

´

´

p p

故側面積=20 × 

=200

p

表面積=底面積+側面積=10×10×

p

+200

p

=300

p

cm  )

【範例一】

在下面的四個圖中,哪些是正確的正方體展開圖?請在( )內打ˇ:

(1) (2) (3) (4)

( ) ( ) ( ) ( )

【練習一】

下圖哪幾個圖形是圓柱體的展開圖?( )。

(1) (2) (3) (4)

【範例二】

圖(一)是由白色紙拼成的立體圖形,將此立體圖形中的兩面塗上顏色,

如圖(二)所示。下列四個圖形中哪一個是圖(二)的展開圖?

(A) (B)

(C) (D)

20

10

圖(一) 圖(二)

(18)

【練習二】

(1)右圖為一立體圖形,則下列(A)~(D)四個平面圖形中,何者為此 立體圖形所對應的展開圖?( )。

(A) (B) (C) (D)

【範例三】 【練習三】

如下圖,下半部邊長為 6 公分的正方體,上半 部是腰長 5 公分的正四角錐,求此多面體的表 面積。

如下圖,求此多面體的表面積。

【範例四】 【練習四】

如下圖,求五角柱形的工具箱體積。 如圖所示,工具箱的蓋子是圓柱的一半,盒 身是長方體,求工具箱體積。

5cm 5cm

6cm

5cm 10cm

6cm

40公分 20公分

20公分 10公分

8cm 4cm

8cm

20公分

(19)

【範例五】 【練習五】

下圖是一個圓錐側面展開後的扇形。

(1)求此扇形兩半徑所夾的圓心角度數。

(2)求此圓錐的底面積。

(3)求此圓錐的表面積。

如圖示,已知圓 O 的半徑為 5 公分,扇形 OAB 的面積恰為圓面積的 

。求:

(1)扇形 OAB 的面積為多少平方公分?

(2)扇形 OAB 兩半徑所夾的圓心角為多少 度?

(3)扇形 OAB 的弧長為多少公分?

【範例六】 【練習六】

逢甲茶行賣出一罐茶葉,店員 用一張包裝紙包裝側面,左右 重疊 3 公分,再用包裝繩如包 裝,打結處是 15 公分。

(1)求包裝紙的長、寬各多少公分?

(2)需要繩子多少公分?(

p

以 3.14 代入)

玲玲將一個圓柱體半徑為 5 公 分,柱高為 20 公分的果凍筒,

放在一個長方體的盒子裡,盒 子,盒子至少還有多少空間?

(

p

以 3.14 代入) 12cm

25cm

3

弧長=2 p O

5公分

A B

參考文獻

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