综合与实践车轮设计成圆形的数学道理小青发现路上行驶的各种车辆，车轮都是圆形的为什么车轮要做成圆形的呢？这里面有什么数学道理吗？带着这样的疑问，小青做了如下的探究活动：将车轮设计成不同的正多边形，在水平地面上模拟行驶．

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1. (2024九下·南山开学考) 综合与实践
车轮设计成圆形的数学道理
小青发现路上行驶的各种车辆，车轮都是圆形的 $\text{[math]}$ 为什么车轮要做成圆形的呢？这里面有什么数学道理吗？带着这样的疑问，小青做了如下的探究活动：
将车轮设计成不同的正多边形，在水平地面上模拟行驶．
1. （1）探究一：将车轮设计成等边三角形，转动过程如图 $\text{[math]}$ ，设其中心到顶点的距离是 $\text{[math]}$ ，以车轮转动一次 $\text{[math]}$ 以一个顶点为支点旋转 $\text{[math]}$ 为例，中心的轨迹是 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，圆心角 $\text{[math]}$ 此时中心轨迹最高点是 $\text{[math]}$ 即 $\text{[math]}$ 的中点 $\text{[math]}$ ，转动一次前后中心的连线是 $\text{[math]}$ 水平线 $\text{[math]}$ ，请在图 $\text{[math]}$ 中计算 $\text{[math]}$ 到 $\text{[math]}$ 的距离 $\text{[math]}$ ．
3. （2）探究二：将车轮设计成正方形，转动过程如图 $\text{[math]}$ ，设其中心到顶点的距离是 $\text{[math]}$ ，以车轮转动一次 $\text{[math]}$ 以一个顶点为支点旋转 $\text{[math]}$ 为例，中心的轨迹是 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，圆心角 $\text{[math]}$ 此时中心轨迹最高点是 $\text{[math]}$ 即 $\text{[math]}$ 的中点 $\text{[math]}$ ，转动一次前后中心的连线是 $\text{[math]}$ 水平线 $\text{[math]}$ ，请在图 $\text{[math]}$ 中计算 $\text{[math]}$ 到 $\text{[math]}$ 的距离 $\text{[math]}$ 结果保留根号 $\text{[math]}$ ．
5. （3）探究三：将车轮设计成正六边形，转动过程如图 $\text{[math]}$ ，设其中心到顶点的距离是 $\text{[math]}$ ，以车轮转动一次 $\text{[math]}$ 以一个顶点为支点旋转 $\text{[math]}$ 为例，中心的轨迹是 $\text{[math]}$ ，圆心角 $\text{[math]}$ ．此时中心轨迹最高点是 $\text{[math]}$ 即 $\text{[math]}$ 的中点 $\text{[math]}$ ，转动一次前后中心的连线是 $\text{[math]}$ 水平线 $\text{[math]}$ ，在图 $\text{[math]}$ 中计算 $\text{[math]}$ 到 $\text{[math]}$ 的距离 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 结果保留根号 $\text{[math]}$ ．
7. （4）归纳推理：比较 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 大小：，按此规律推理，车轮设计成的正多边形边数越多，其中心轨迹最高点与转动一次前后中心连线 $\text{[math]}$ 水平线 $\text{[math]}$ 的距离 $\text{[math]}$ 填“越大”或“越小” $\text{[math]}$ ．
9. （5）得出结论：将车轮设计成圆形，转动过程如图 $\text{[math]}$ ，其中心 $\text{[math]}$ 即圆心 $\text{[math]}$ 的轨迹与水平地面平行，此时中心轨迹最高点与转动前后中心连线 $\text{[math]}$ 水平线 $\text{[math]}$ 的距离 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 这样车辆行驶平稳、没有颠簸感 $\text{[math]}$ 所以，将车轮设计成圆形．

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