2016/9/27

小圓繞大圓轉,會轉動幾圈

如圖,大圓與小圓半徑比為 2:1,若大圓固定不動,小圓緊貼著大圓外切,不滑行繞行大圓一圈回到原位置,問:

小圓轉了幾圈?

【解】

這是動畫過程:

這裡要對「轉了幾圈」討論一下,到底是哪一個定義,

【系統內】

一種是「小圓再次面向大圓就是轉了一圈」,這樣的話是轉了 2 圈,就是下圖的兩個情況:

2 圈的原因是接觸面經過的路徑為大圓的圓周,其長度是小圓圓周的 2 倍,設大圓半徑 $2r$,小圓半徑 $r$,則 \[\frac{2\pi\times 2r}{2\pi\times r}=2\]

【系統外】

另一種是「小圓再次朝南就是轉了一圈」,這樣是轉了 3 圈,如下圖:

這種情況看的是小圓在移動的過程中,總共移動的距離,也就是小圓圓心繞行的距離,要以小圓圓心到大圓圓心為半徑求其繞行周長是小圓周長的幾倍, \[\frac{2\pi\times (2r+r)}{2\pi\times r}=3\]

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