如下图所示,一个标志包含一个以 O 为圆心、半径为 2 cm 的圆,一个边长为 5 cm 的等边三角形 ABC,以及一个满足 OD = OF 的等腰三角形 DEF。DEF 在点 E 处与圆相切,且角 DOF = 2.4 弧度。 圆的一半位于三角形 ABC 内部。 计算阴影区域的面积。 答案 ___ cm^2

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完整解法

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1. Find the area of the equilateral triangle and subtract the semicircle inside it.

Area of equilateral triangle ABCABC
=34(5)2=2534=\frac{\sqrt3}{4}(5)^2=\frac{25\sqrt3}{4}

Since half of the circle lies inside triangle ABCABC,
area of semicircle=12π(2)2=2π\text{area of semicircle}=\frac12\pi(2)^2=2\pi

So the shaded area in the upper triangle is
2534−2π.\frac{25\sqrt3}{4}-2\pi.

2. Find the area of the lower isosceles triangle using the tangent-radius perpendicular relationship.

The tangent at EE is perpendicular to the radius OEOE, so OE⊥DFOE\perp DF.

Since OD=OFOD=OF, OEOE bisects ∠DOF\angle DOF.
∠DOE=2.42=1.2 radians\angle DOE=\frac{2.4}{2}=1.2\text{ radians}

In right triangle ODEODE,
tan⁡1.2=DEOE\tan 1.2=\frac{DE}{OE}
DE=2tan⁡1.2DE=2\tan 1.2

Hence
DF=2DE=4tan⁡1.2DF=2DE=4\tan 1.2

Area of lower isosceles triangle
=12×DF×OE=\frac12\times DF\times OE
=12×4tan⁡1.2×2=\frac12\times 4\tan 1.2\times 2
=4tan⁡1.2.=4\tan 1.2.

3. Subtract the circular sector inside the lower triangle and combine both shaded parts.

Area of sector inside the lower triangle:
12r2θ=12(2)2(2.4)=4.8\frac12r^2\theta=\frac12(2)^2(2.4)=4.8

Total shaded area
=(2534−2π)+(4tan⁡1.2−4.8)=\left(\frac{25\sqrt3}{4}-2\pi\right)+\left(4\tan1.2-4.8\right)
=10.0309…=10.0309\ldots

≈10.0 cm2\approx 10.0\text{ cm}^2

答案

10.0 cm210.0\text{ cm}^2

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