阴影部分的面积怎样求?

如题所述

【分析】

图中形状不可直接求出,因此我们需要采用其他可求面积的形状互相加减,才能得出结果。

考察该图形后,我们可以采用如下方式划分区域:

那么,所求面积=斜线面积+网格面积-绿色面积

其中:斜线区域与绿色区域均为扇形,网格区域为三角形,均可以采用公式求得面积。

【作图】

将两圆心分别命名为O₁、O₂,两弧线右边端点分别命名为A、B,两弧线交点为C,连接O₁C、O₂C,得到如下图:

则有:

S阴影=S扇形O₂BC+SΔCO₁O₂-S扇形O₁AC……①

【注意】

到这一步,如果我们直接求两个扇形面积,则根据扇形面积公式,如下:

S=θr²/2(其中,θ为圆心角,r为半径)

但是,图中∠1和∠2只能求出三角函数值,欲求角度值必须用反三角函数,则结果中存在两个反三角函数,不够简洁。

考虑一下图形,其实我们还可以继续进行等量代换,以便消减反三角函数。

【继续作图】

过O₂做O₁C的平行线,交弧BC于D点,连接CD,得到下图:

从图中,我们容易求证或计算得出:

O₁C‖O₂D且O₁C=O₂D,∠AO₁C=∠BO₂D

即:扇形O₁AC=扇形O₂BD

则,原求阴影面积的①式可变成:

S阴影=S扇形O₂BC+SΔCO₁O₂-S扇形O₁AC

=S扇形O₂BC+SΔCO₁O₂-S扇形O₂BD……②

我们看看图,如上述算式②计算出来的面积是哪个面积呢?其实就是下图的阴影面积:

计算公式变成:

S阴影=S扇形O₂BC+SΔCO₁O₂-S扇形O₂BD

=SΔCO₁O₂+S扇形O₂CD……③

【计算】

设ΔCO₁O₂底边O₁O₂上的高为h,则有:

h²=O₁C²-(O₁O₂/2)²=4²-1²=15

SΔCO₁O₂=O₁O₂·h/2=2×√15/2=√15……④

∠CO₂D=2arcsin[(CD/2)/O₂C]=2arcsin[(2/2)/4]=2arcsin(1/4)

S扇形O₂CD=∠CO₂D·O₂C²/2=2arcsin(1/4)×2²÷2=4arcsin(1/4)……⑤

将④⑤代入③式,可得:

S阴影=SΔCO₁O₂+S扇形O₂CD=√15+4arcsin(1/4)……⑥

【附】

如果不进行第二部面积代换,直接按①式计算阴影面积,结果为:

S阴影=√15+2arccos(-1/4)-2arccos(1/4)……⑦

你可以自行比较一下⑥⑦两个答案,是否可以计算相等?

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
相似回答