сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Chords EF, FG and GH are drawn in a circle. It is known that EF=1, FG=10, GH=11 and the chord EF is parallel to the chord GH. Point T belongs to the circle, and FT=10. Find the area of pentagon EFHTG.

В круге про­ве­де­ны хорды EF, FG и GH такие, что EF=1, FG=10, GH=11 и хорда EF па­рал­лель­на хорде GH. На окруж­но­сти вы­бра­на точка T такая, что FT=10. Най­ди­те пло­щадь пя­ти­уголь­ни­ка EFHTG.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Trapezoid EFHG is inscribed into a circle, so it is isosceles. Dropping its altitude FA from point F to its largest base GH, we get

G A= дробь: чис­ли­тель: E F плюс G H, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =6

и
A H= дробь: чис­ли­тель: G H минус E F, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =5.

Pythagorean theorem for triangles AFG and AFH yields

F A= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: G F в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та минус G A в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка =8

and
 F H= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: A F в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та плюс A H в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та .

As chords FT and FG are equal to each other, the corresponding arcs, i. e. FEG and FHT are also equal. Arcs EG and FH are equal to each other as well (the chord EF is parallel to the chord GH); hence, arcs EF and HT are equal, and so H T=E F=1. Triangles EFG and HTF are equal to each other, and as their sides are known, the areas can be calculated using Heron's formula:

 A_\triangle E F G= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 11 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 11 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та плюс 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та минус 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 121 минус 89, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 89 минус 81, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби конец ар­гу­мен­та =4 .

Let \angle F H A= альфа . Then

 синус альфа = дробь: чис­ли­тель: A F, зна­ме­на­тель: F H конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та конец дроби .

Extended law of sines applied to triangle GFH yields

R= дробь: чис­ли­тель: F G, зна­ме­на­тель: 2 синус альфа конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 8 конец дроби

where R is radius of the circle.

Let \angle G F T= бета , G T=x. Then we use law of cosines and extended law of sines for triangle FGT:

 си­сте­ма вы­ра­же­ний 1 0 0 плюс 1 0 0 минус 2 умно­жить на 1 0 умно­жить на 1 0 ко­си­нус бета = x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , дробь: чис­ли­тель: x , зна­ме­на­тель: синус бета конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 8 9 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби конец си­сте­мы . рав­но­силь­но си­сте­ма вы­ра­же­ний x= дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та синус бета , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби , 200 минус 200 ко­си­нус бета = дробь: чис­ли­тель: 25 умно­жить на 89 синус в квад­ра­те бета , зна­ме­на­тель: 16 конец дроби . конец си­сте­мы .

Substituting

 ко­си­нус в квад­ра­те бета for 1 минус синус в квад­ра­те бета

and simplifying the second equation, we get

89 ко­си­нус в квад­ра­те бета минус 128 ко­си­нус бета плюс 39=0.

So,  ко­си­нус бета =1 or  ко­си­нус бета = дробь: чис­ли­тель: 39, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби . The former variant is unacceptable (as it means that  бета =0 пра­вая круг­лая скоб­ка , and the only possibility is the latter one. It yields

 синус бета = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 39, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: 39, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 50 умно­жить на 128, зна­ме­на­тель: 89 умно­жить на 89 конец дроби конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: 80, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби .

Which means

A_\triangle F G T= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на F G F умно­жить на F T умно­жить на синус бета = дробь: чис­ли­тель: 4000, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби .

Now we only need to notice that the area in question is equal to

A_\triangle E F G плюс A_\triangle F H T плюс A_\triangle F G T=4 плюс 4 плюс дробь: чис­ли­тель: 4000, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4712, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби .

Rounding it to three decimals, we get 52,944.

Тра­пе­ция EFHG впи­са­на в окруж­ность, по­это­му она рав­но­бо­кая. Опус­кая её вы­со­ту FA из точки F на боль­шее ос­но­ва­ние GH, по­лу­ча­ем

G A= дробь: чис­ли­тель: E F плюс G H, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =6

и
A H= дробь: чис­ли­тель: G H минус E F, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =5.

Из тео­ре­мы Пи­фа­го­ра для тре­уголь­ни­ков AFG и AFH сле­ду­ет, что

F A= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: G F в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та минус G A в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка =8

и
 F H= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: A F в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та плюс A H в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та .

По­сколь­ку хорды FT и FG равны между собой, со­от­вет­ству­ю­щие им дуги FEG и FHT также равны. Дуги EG и FH равны между собой (так как хорда EF па­рал­лель­на хорде GH); сле­до­ва­тель­но, дуги EF и HT равны, и по­это­му H T=E F=1. Тре­уголь­ни­ки EFG и HTF равны между собой, а так как их сто­ро­ны из­вест­ны, их пло­ща­ди могут быть най­де­ны по фор­му­ле Ге­ро­на:

 S_\triangle E F G= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 11 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 11 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та плюс 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та минус 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 121 минус 89, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 89 минус 81, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби конец ар­гу­мен­та =4.

Пусть \angle F H A= альфа . Тогда

 синус альфа = дробь: чис­ли­тель: A F, зна­ме­на­тель: F H конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та конец дроби .

По обобщённой тео­ре­ме си­ну­сов для тре­уголь­ни­ка GFH по­лу­ча­ем

R= дробь: чис­ли­тель: F G, зна­ме­на­тель: 2 синус альфа конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 8 конец дроби ,

где R  — ра­ди­ус окруж­но­сти.

Обо­зна­чим \angle G F T= бета и  G T=x. Далее при­ме­ня­ем тео­ре­му ко­си­ну­сов и обобщённую тео­ре­му си­ну­сов для тре­уголь­ни­ка FGT:

 си­сте­ма вы­ра­же­ний 1 0 0 плюс 1 0 0 минус 2 умно­жить на 1 0 умно­жить на 1 0 ко­си­нус бета = x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , дробь: чис­ли­тель: x , зна­ме­на­тель: синус бета конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 8 9 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби конец си­сте­мы . рав­но­силь­но си­сте­ма вы­ра­же­ний x= дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 89 конец ар­гу­мен­та синус бета , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби , 200 минус 200 ко­си­нус бета = дробь: чис­ли­тель: 25 умно­жить на 89 синус в квад­ра­те бета , зна­ме­на­тель: 16 конец дроби . конец си­сте­мы .

За­ме­няя  ко­си­нус в квад­ра­те бета на 1 минус синус в квад­ра­те бета и упро­щая вто­рое урав­не­ние, по­лу­ча­ем

89 ко­си­нус в квад­ра­те бета минус 128 ко­си­нус бета плюс 39=0.

Итак,  ко­си­нус бета =1 или  ко­си­нус бета = дробь: чис­ли­тель: 39, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби . Пер­вый слу­чай не­воз­мо­жен (так как вы­хо­дит, что  бета =0 пра­вая круг­лая скоб­ка , и под­хо­дит толь­ко вто­рой ва­ри­ант. От­сю­да сле­ду­ет, что

 синус бета = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 39, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: 39, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 50 умно­жить на 128, зна­ме­на­тель: 89 умно­жить на 89 конец дроби конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: 80, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби .

А зна­чит,

S_\triangle F G T= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на F G F умно­жить на F T умно­жить на синус бета = дробь: чис­ли­тель: 4000, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби .

Остаётся за­ме­тить, что ис­ко­мая пло­щадь равна

S_\triangle E F G плюс S_\triangle F H T плюс S_\triangle F G T=4 плюс 4 плюс дробь: чис­ли­тель: 4000, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4712, зна­ме­на­тель: 89 конец дроби .

Округ­ляя до трёх зна­ков после за­пя­той, по­лу­ча­ем 52,944.

 

Ответ: 52,944.