Question

Un círculo de radio $1$ es tangente internamente a dos círculos de radio $2$ en los puntos $A$ y $B,$ donde $AB$ es un diámetro del círculo menor. ¿Cuál es el área de la región, sombreada en la figura, que está fuera del círculo menor y dentro de cada uno de los dos círculos mayores?

A circle of radius $1$ is internally tangent to two circles of radius $2$ at points $A$ and $B,$ where $AB$ is a diameter of the smaller circle. What is the area of the region, shaded in the figure, that is outside the smaller circle and inside each of the two larger circles?

$\dfrac{5}{3}\pi - 3\sqrt{2}$

$\dfrac{5}{3}\pi - 2\sqrt{3}$

$\dfrac{8}{3}\pi - 3\sqrt{3}$

$\dfrac{8}{3}\pi - 3\sqrt{2}$

$\dfrac{8}{3}\pi - 2\sqrt{3}$

Solución:

Sean los centros de los círculos grandes $A$ y $B,$ sea $C$ el centro del círculo pequeño, y sea $D$ un punto donde se encuentran los dos círculos grandes.

Entonces $\triangle ACD$ es rectángulo con $AC = 1$ y $AD = 2,$ así que $CD = \sqrt3,$ $\angle CAD = 60^\circ,$ y su área es $\dfrac{\sqrt3}{2}.$

Un cuarto de la región sombreada es igual al sector de $60^\circ$ del círculo de radio $2$ (área $\dfrac{2\pi}{3}$ ) menos $\triangle ACD$ (área $\dfrac{\sqrt3}{2}$ ) menos un cuarto del círculo pequeño (área $\dfrac{\pi}{4}$ ), lo que da $\dfrac{2\pi}{3} - \dfrac{\sqrt3}{2} - \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{5\pi}{12} - \dfrac{\sqrt3}{2}.$

Multiplicando por $4,$ el área sombreada es $\dfrac{5\pi}{3} - 2\sqrt3.$

Por lo tanto, la respuesta correcta es B.

Let the large circles have centers $A$ and $B,$ let $C$ be the center of the small circle, and let $D$ be a point where the two large circles meet.

Then $\triangle ACD$ is right with $AC = 1$ and $AD = 2,$ so $CD = \sqrt3,$ $\angle CAD = 60^\circ,$ and its area is $\dfrac{\sqrt3}{2}.$

One quarter of the shaded region equals the $60^\circ$ sector of the radius- $2$ circle (area $\dfrac{2\pi}{3}$ ) minus $\triangle ACD$ (area $\dfrac{\sqrt3}{2}$ ) minus a quarter of the small circle (area $\dfrac{\pi}{4}$ ), giving $\dfrac{2\pi}{3} - \dfrac{\sqrt3}{2} - \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{5\pi}{12} - \dfrac{\sqrt3}{2}.$

Multiplying by $4,$ the shaded area is $\dfrac{5\pi}{3} - 2\sqrt3.$

Thus, the correct answer is B.

2004 AMC 10B Problema 25

Solución:

El Problema 25 en otros años