Trapezoid Circle Area
1. 問題陳述:
如圖,梯形 ABCD 外切於圓 O,且 AB = CD,AD = 3,BC = 5,求灰色部分的面積。
2. 梯形外切圓的性質:
梯形外切圓表示梯形的四邊都與圓相切,且梯形為等腰梯形(AB = CD)。
3. 設梯形的高為 $h$,底邊 AB 和 CD 長度為 $x$,則梯形面積為:
$$\text{面積} = \frac{(AB + CD)}{2} \times h = \frac{(x + x)}{2} \times h = xh$$
4. 已知 AD = 3,BC = 5,且梯形外切圓半徑為 $r$,利用梯形外切圓的性質,梯形的周長等於圓的周長的兩倍:
$$AB + BC + CD + DA = 2 \times \text{圓的周長}$$
5. 由於 AB = CD = $x$,周長為:
$$x + 5 + x + 3 = 2(2\pi r)$$
$$2x + 8 = 4\pi r$$
6. 由題意,半徑 $r = \sqrt{5}$,代入得:
$$2x + 8 = 4\pi \sqrt{5}$$
7. 解出 $x$:
$$2x = 4\pi \sqrt{5} - 8$$
$$x = 2\pi \sqrt{5} - 4$$
8. 梯形的高 $h$ 可由三角形的幾何關係求得,因為 AD 和 BC 是梯形的兩側邊,且梯形為等腰梯形,
高 $h$ 等於 AD 的長度,即 $h = 3$。
9. 因此梯形面積為:
$$\text{面積} = x \times h = (2\pi \sqrt{5} - 4) \times 3 = 6\pi \sqrt{5} - 12$$
10. 圓的面積為:
$$\pi r^2 = \pi (\sqrt{5})^2 = 5\pi$$
11. 灰色部分為梯形面積減去圓面積:
$$6\pi \sqrt{5} - 12 - 5\pi = 6\pi \sqrt{5} - 5\pi - 12$$
12. 答案:灰色部分的面積為 $$6\pi \sqrt{5} - 5\pi - 12$$。