如图,求黄色阴影部分的面积!图片怎么画的应该不用解释,大神都懂得!谢谢!!!

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bdghzrn0ea7
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边长a的正方形4个顶点:A左上、B左下、C右下、D右上

AD中点E、BC中点F,所求面积s的3个顶点:G上、H左、I右

关键角:t=∠EBA,则有下面要用到的结果:

sint=AE/BE=√5/5,cost=AB/BE=2√5/5,tant=1/2

t=arctan0.5≈0.463647609≈26.565°


【算法1】利用弓形面积计算

设s1是弦GI的弓形,圆心角∠GBI=2x

则有:s1=x*a^2-asinx*acosx=a^2(x-sinxcosx)=a^2(x-sin2x/2)

设s2是弦HI的弓形,圆心角∠HEI=2y

则有:s2=y*(a/2)^2-a/2siny*a/2cosy=a^2/4(y-sinycosy)

设上s3是三角形GHI面积

则有:s3=(a/2cosy-EG)*a/2siny

因为ΔGBC是等边三角形,所以GF=asin60°=√3/2a

所以EG=a-GF=(1-√3/2)a

于是:s3=(a/2cosy-(1-√3/2)a)*a/2siny = a^2/4(cosy+√3-2)siny


所求面积是:

s=2s1+s2+s3

=a^2(2x-sin2x)+a^2/4(y-sinycosy)+a^2/4(cosy+√3-2)siny

=a^2(2x+(y+(cosy+√3-2)siny-sinycosy)/4-sin2x)

=a^2(2x+(y+(√3-2)siny)/4-sin2x)


下面计算x

由图中可见:2x+∠GBA=∠EBI+∠EBA

因为ΔEBA和ΔEBI有公共边EB另外的两边是a、a/2,是全等三角形

所以∠EBI=∠EBA=t

又因为ΔGBD是等边三角形,所以∠GBA=30°

于是有:2x+30°=2t

2x=2t-30°=2arctan0.5-π/6≈0.4036964424≈23.13°

sin2x=sin(2t-30°)

=(√3sin2t-cos2t)/2

=(2√3sintcost-2cos^2t+1)/2

=(4√3/5-8/5+1)/2

=(4√3-3)/10


下面计算y

由图中可见:y+90°=∠BEA+∠BEI=2∠BEA=2(90°-t)=180°-2t

y=π/2-2t=π/2-2arctan0.5≈0.6435011088≈36.87°

siny=cos2t=2cos^2t-1=3/5


最后计算所求面积:

s=a^2(2x+(y+(√3-2)siny)/4-sin2x)

=(0.4036964424+(0.6435011088+(√3-2)*0.6)/4-(4√3-3)/10)a^2

=0.131559017707781a^2


【算法2】利用积分计算

以B为原点建立直角坐标系

设大圆弧是:y=f(x),设小圆弧是:y=g(x),两圆交点I的横坐标是b

则所求面积:s=2∫[a/2,b](f(x)-g(x))dx


大圆方程是:x^2+y^2=a^2,所以:f(x)=√(a^2-x^2)

小圆方程是:(x-a/2)^2+(y-a)^2=a^2/4,所以:g(x)=a-√(a^2/4-(x-a/2)^2)

下面计算b

利用上面【算法1】的分析结果

∠IBC=90°-2t

所以:b=acos∠IBC=asin2t=2asintcost=2a*2/5=4a/5


可以继续推导s了

对积分:s=2∫[a/2,4a/5](f(x)-g(x))dx

作变量替换:x=au 得

s=2∫[1/2,4/5]f(au)-g(au)adu

=2a∫[1/2,4/5](√(a^2-(au)^2)-(a-√(a^2/4-(au-a/2)^2)))du

=2a^2∫[1/2,4/5](√(1-u^2)-1+√(1/4-(u-1/2)^2))du

=2a^2∫[1/2,4/5](√(1-u^2)du + a^2∫[1/2,4/5]√(1-(2u-1)^2)du - 3a^2/5

下面把∫[p,q](√(1-u^2)du 记为 I(p,q)

对第2个积分作变量替换:v=2u-1 得

∫[1/2,4/5]√(1-(2u-1)^2)du = 1/2∫[0,3/5]√(1-v^2)dv = 1/2I(0,3/5)

于是:s=2a^2I(1/2,4/5)+a^2/2I(0,3/5)-3a^2/5 = (2I(1/2,4/5)+I(0,3/5)/2-3/5)a^2

查不定积分表得知:∫√(1-x^2)dx=(x√(1-x^2)+arcsinx)/2+c

记这个原函数为h(x),则可以计算两个定积分如下:

2I(1/2,4/5)=2(h(4/5)-h(1/2))=0.8√(1-0.8^2)+arcsin0.8-0.5√(1-0.5^2)-arcsin0.5≈0.450683740511094

I(0,3/5)/2=(h(3/5)-h(0))/2=(0.6√(1-0.6^2)+arcsin0.6)/4≈0.280875277198321

所求面积是

s=(0.450683740511094+0.280875277198321-3/5)a^2

=0.131559017709415a^2


两种算法结果有11位有效数相同,应该没错的

本题不难构思,但演算、计算花了很多时间

不过还是蛮有意思的

追问
亲有没有空给我仔细讲解一下 谢谢了!!!
百度网友b6bd559
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给你一个式子,自已算吧

追问
没懂啊亲 x和y是什么 谢谢了!
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