解答

E を AB の中点として
図のように F をとる。
このとき F は直線 EC に関して
B と対称の位置にある。
よって ∠EFC = ∠EBC = 90°である。
つまり EF は
円 CB (C を中心として B を通る円)に接していて
円 EB (E を中心として B を通る円)にも接している。
また ∠AEF = ∠FCB である。
 (増加を押す)

∠ECB を θ とおくと
tan θ = 1/2 つまり θ = arctan(1/2) である。
BC = 2r で ∠FCB = 2 θ なので
扇形 FCB (緑色の部分)の面積は 4r2 θ である。
 (増加を押す)

EB = r で ∠BEF = π - 2 θなので
扇形 BEF (空色の部分)の面積は (π/2 - θ)r2 である。
 (増加を押す)

四辺形 EBCF の面積は 僞BC の面積の 2 倍つまり 2r2 であるので
求める黄色の部分の面積は
4r2 θ + (π/2 - θ)r2 - 2r2
つまり
(π/2 + 3 arctan(1/2) - 2)r2
である。

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