第56問の解答


1.問題 [平面図形]

問題図
 左図のような、ドーナッツ型の板を右方向に20cmだけ転がしたとき、板が通過する部分の面積は何cm2でしょうか?

ただし、大きい方の円の半径は20cm、小さい方の円の面積は大きい方の円の面積のちょうど半分です。

また、円周率π=3.14として計算して下さい。


2.解答例1(かめちゃさん、わかさひ君、ありさのお父さん他)

ドーナッツ型の板を20cm転がすと下図のようになります。

参考図1

そこで、下図のように最初と最後の円の中心をO、Pとし、O、Pを通る垂直な直径をAB、DC、そして正方形AOPDの対角線の交点をE、正方形OBCPの対角線の交点をFとします。

 参考図2

 まず、大小2つの円の半径をR、rとします。題意より、π×R2:π×r2=2:1。
よって、R2:r2=2:1。

直角2等辺三角形AOPの面積=正方形AOPDの面積×1/2=OE2。
従って、R2:OE2=2:1。

これより、OE=rとなり、E、Fが最初の小さい円の円周上にあることを示す。
全く同様にして、E、Fが最後の小さい円の円周上にもあることとなるので、結局上図の白いレンズの部分の端点であることが分かる。

また、∠EOF=∠EOP+∠FOP=90度。

さて、求める面積をS0、レンズ部分の面積をS1とすると、
S0+S1=大きい円の半分+正方形AOPDの面積×2+大きい円の半分
      =π×R2/2+R2×2+π×R2/2
     =(π+2)×R2
。

また、
S1/2=扇形OEFの面積−直角三角形OEFの面積
    =π×r2/4−r2/2
    =(π/4−1/2)×r2
    =(π/4−1/2)×R2/2
。

従って、S0=(π+2)×R2−(π/4−1/2)×R2
       =(π×3/4+5/2)×R2

       =(3.14×3/4+5/2)×202
       =1942cm2。

答:1942cm2

以上