第343問の解答


問題[平面図形]

問題図 左図のような正三角形ABCがあり、辺BCを一辺とする正方形の面積は72cm2となっています。

いま、この正三角形の各頂点を中心とする円(半径は3つとも同じです)を描いたところ、上の図のように3点D、E、Fで交わり、∠EAF=30°となりました。

このとき、図中のピンク色の部分(正三角形ABCから、円弧DE、EF、FDで囲まれた図形を除いた部分)の面積を求めてください。ただし、円周率は3.14とします。

 


解答例1

おりくんさん、たけちゃんさん、フランク長いさん、ミミズクはくず耳さん、ふじさきたつみさん、中村明海さん、わっきさん、他

下図のように求める図形を3分割します。

参考図1

△AECについて、AE=ECで∠EAC=∠ECA=45°より、
△AECは直角二等辺三角形となります。

斜辺ACは面積が72cm2の正方形の一辺だから、
AE
=ECを一辺とする正方形の面積は半分の36cm2。
よって、AE=EC=6cm。

従って、
 AFEC
=△AEC−扇形AEF
=1/2×6×6−3.14×6×6×30/360
=18−9.42
=8.58cm2

よって、求める図形の面積=8.58×3=25.74cm2

答: 25.74cm2

以上


解答例2

トトロ@Nさん、ねこやんさん、小金井のチンジャラさん、mohyamaさん、あいびぶさん、kasamaさん、 他

下図のように求める図形を3分割します。

参考図2

解答例1と同様にして円の半径は6cm。

分割した図形(例えば緑色の部分)は、
角度が60度の扇形からどんぐり型の図形DE'F'を除いたものになります。

前者の面積=3.14×6×6×60/360=18.84cm2。
後者の面積=図形DE'H×2=(角度45度の扇形−△DHC)×2
       =3.14×6×6×45/360×2−3×3×2
       =28.26−18=10.26cm2。

よって、
求める図形の面積
=(18.84−10.26)×3=8.58×3=25.74cm2。


解答例3

CRYING DOLPHINさん、 他

下図のように求める図形を3分割します。

参考図3

分割した図形(例えばEBCF)は、等脚台形EBCFから弓形EFを除いたものになっている。

等脚台形EBCFを△EBCと△EFCに分割し、右図のように組み合わせると、
C、F、C'は∠C'B'E+∠EFC=45+135=180度だから一直線上に並びます。

また、EC'=EC=6cmより、△C'ECは底角が15度の二等辺三角形となり、
 △C'EC=1/2×6×3=9cm2。

また、弓形EF
 
=扇形AEF−△AEF
 =3.14×6×6×30/360−1/2×6×3
 =9.42−9
 =0.42cm2。

よって、求める面積=(9−0.42)×3=8.58×3=25.74cm2。


解答例4

Taroさん、takuさん、sugitakukunさん、あほあほまんさん、takaisaさん、ponta55555さん、ハラギャーテイさん、小西孝一さん、有無相生さん、大岡 敏幸さん、 他

△ABCの一辺の長さをa、AE=r、EF=bとおき、これらの長さを実際に求めて計算します。

参考図4

aは面積72cm2の正方形の一辺だから、a2=72、
よって、a=√72=6√2cm。

△AEBについて正弦定理より、
 a/sin135°=r/sin30°
よって、
 r=a×sin30°/sin135°=6√2×(1/2)/(√2/2)=6cm。

△AEFについて余弦定理より、
 EF2=AE2+AF2−2AE・AF・cos30°
 b2=r2+r2−2r・r・cos30°=r2・(2−√3)=36×(2−√3)

 求める面積
=△ABC−△DEF−弓形EF×3
=√3/4×a2−√3/4×b2−(πr2×30/360−1/2×r2・sin30°)×3
=√3/4×72−√3/4×36×(2−√3)−(3.14×62×1/4−1/2×62×1/2)×3
=√3×1/4×√3×36−(3.14×9−9)×3
=54−28.26
=25.74cm2。

なお、EFの長さを求める方法として、次のようなものもあります。
解答例3の図より、EF=FC=EB=b。

BC=AE・cos30°+EF+FC・cos30°
a=b×(√3+1)

よって、b=a/(√3+1)=6√2/(√3+1)
      =6√2(√3−1)/(√3×√3−1×1)
      =3(√6−√2)