2017 AMC 10A Problema 22

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22.

Los lados AB‾\overline{AB} y AC‾\overline{AC} del triángulo equilátero ABCABC son tangentes a una circunferencia en los puntos BB y CC respectivamente. ¿Qué fracción del área de △ABC\triangle ABC queda fuera de la circunferencia?
Sides AB‾\overline{AB} and AC‾\overline{AC} of equilateral triangle ABCABC are tangent to a circle at points BB and CC respectively. What fraction of the area of △ABC\triangle ABC lies outside the circle?
43π27−13\dfrac{4\sqrt{3}\pi}{27}-\dfrac{1}{3}
32−π8\dfrac{\sqrt{3}}{2}-\dfrac{\pi}{8}
12\dfrac{1}{2}
3−23π9\sqrt{3}-\dfrac{2\sqrt{3}\pi}{9}
43−43π27\dfrac{4}{3}-\dfrac{4\sqrt{3}\pi}{27}
Respuesta: E
Conceptos:triángulo equiláterosector circularrecta tangente
Nivel de dificultad: 2150
Pista pequeña:
Sea rr el radio de la circunferencia.
Let the circle radius be rr
Pista grande:
Compara el segmento circular dentro del triángulo con el área completa de △ABC\triangle ABC.
Compare the circular segment inside the triangle with the full area of △ABC\triangle ABC
Solución:
Sea rr el radio de la circunferencia.
Para hallar el área del triángulo que queda fuera de la circunferencia, podemos hallar el área del triángulo que queda dentro y restarla.
Como ∠ABO\angle ABO y ∠ACO\angle ACO son ángulos rectos, se tiene ∠BOC=120∘\angle BOC = 120^{\circ}.
Por lo tanto, el área del sector OBCOBC es 120360⋅πr2=πr23. \dfrac{120}{360} \cdot \pi r^2 = \dfrac{\pi r^2}{3}.
Ahora hallamos el área de △BOC.\triangle BOC. Usando la fórmula del área de un triángulo con el seno, obtenemos 12sin⁡(120∘)⋅r2=r234. \dfrac{1}{2} \sin (120^{\circ}) \cdot r^2 = \dfrac{r^2\sqrt{3}}{4}.
Entonces el área del triángulo que queda dentro de la circunferencia es πr23−r234=r2(4π−33)12. \dfrac{\pi r^2}{3} - \dfrac{r^2\sqrt{3}}{4} = \dfrac{r^2(4\pi - 3\sqrt{3})}{12}.
El área de △ABC\triangle ABC es (r3)234=3r234. \dfrac{(r\sqrt{3})^2\sqrt{3}}{4} = \dfrac{3r^2\sqrt{3}}{4}.
La fracción del triángulo que queda dentro de la circunferencia es r2(4π−33)12⋅43r23,\dfrac{r^2(4\pi-3\sqrt3)}{12}\cdot \dfrac{4}{3r^2\sqrt3}, que se simplifica a 4π−3393.\dfrac{4\pi-3\sqrt3}{9\sqrt3}.
La fracción buscada es entonces 1−4π−3393=1−4π327+13=43−4π327.\begin{aligned} &1-\dfrac{4\pi-3\sqrt3}{9\sqrt3}\\ &=1-\dfrac{4\pi\sqrt3}{27}+\dfrac13\\ &=\dfrac43-\dfrac{4\pi\sqrt3}{27}. \end{aligned}
Por lo tanto, E es la respuesta correcta.
Let the radius of the circle be r.r.
To find the area of the triangle outside of the circle, we can find the area of the triangle inside the circle and subtract it.
We get that ∠BOC=120∘\angle BOC = 120^{\circ} since ∠ABO\angle ABO and ∠ACO\angle ACO are right angles.
This means that the area of sector OBCOBC is 120360⋅πr2=πr23. \dfrac{120}{360} \cdot \pi r^2 = \dfrac{\pi r^2}{3}.
Now, we need to find the area of △BOC.\triangle BOC. Using the formula for the area of a triangle with sine, we get the area to be 12sin⁡(120∘)⋅r2=r234. \dfrac{1}{2} \sin (120^{\circ}) \cdot r^2 = \dfrac{r^2\sqrt{3}}{4}.
Then the area of the triangle inside the circle is πr23−r234=r2(4π−33)12. \dfrac{\pi r^2}{3} - \dfrac{r^2\sqrt{3}}{4} = \dfrac{r^2(4\pi - 3\sqrt{3})}{12}.
The area of △ABC\triangle ABC is (r3)234=3r234. \dfrac{(r\sqrt{3})^2\sqrt{3}}{4} = \dfrac{3r^2\sqrt{3}}{4}.
The fraction of the triangle lying inside the circle is r2(4π−33)12⋅43r23,\dfrac{r^2(4\pi-3\sqrt3)}{12}\cdot \dfrac{4}{3r^2\sqrt3}, which simplifies to 4π−3393.\dfrac{4\pi-3\sqrt3}{9\sqrt3}.
Hence the desired fraction is 1−4π−3393=1−4π327+13=43−4π327.\begin{aligned} &1-\dfrac{4\pi-3\sqrt3}{9\sqrt3}\\ &=1-\dfrac{4\pi\sqrt3}{27}+\dfrac13\\ &=\dfrac43-\dfrac{4\pi\sqrt3}{27}. \end{aligned}
Thus, E is the correct answer.
Problema 21#21
Examen completo

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