2013 AMC 10A 第 20 题

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20.

一个单位正方形绕其中心旋转 45∘45^\circ。正方形内部扫过区域的面积是多少?
A unit square is rotated 45∘45^\circ about its center. What is the area of the region swept out by the interior of the square?
1−22+π41 - \dfrac{\sqrt2}{2} + \dfrac{\pi}{4}
12+π4\dfrac{1}{2} + \dfrac{\pi}{4}
2−2+π42 - \sqrt2 + \dfrac{\pi}{4}
22+π4\dfrac{\sqrt2}{2} + \dfrac{\pi}{4}
1+24+π81 + \dfrac{\sqrt2}{4} + \dfrac{\pi}{8}
答案:C
知识点:变换扇形面积分割
小提示:
只看扫过区域的一个象限。
Work with one quadrant of the swept region
大提示:
把该象限分解成一个扇形和两个直角三角形部分。
Decompose that quadrant into a sector and two right-triangle pieces
解答:
考虑扫过区域的四分之一,最后乘以 44。
其中扇形圆心角为 45∘45^\circ,半径为 22\frac{\sqrt2}{2},面积为 18π(22)2=π16\frac18\pi\left(\frac{\sqrt2}{2}\right)^2=\frac{\pi}{16}。
该四分之一区域中的两个直角三角形面积分别为 12⋅12⋅12=18\frac12\cdot\frac12\cdot\frac12=\frac18 和 12(2−12)2\frac12\left(\frac{\sqrt2-1}{2}\right)^2。
把四分之一区域的面积和乘以 44,得到 2−2+π42-\sqrt2+\frac{\pi}{4}。
所以正确答案是 C。
Consider one quarter of the swept region and multiply its area by 44.
The sector has angle 45∘45^\circ and radius 22\frac{\sqrt2}{2}, so its area is 18π(22)2=π16\frac18\pi\left(\frac{\sqrt2}{2}\right)^2=\frac{\pi}{16}.
The two right-triangle pieces in that quarter have areas 12⋅12⋅12=18\frac12\cdot\frac12\cdot\frac12=\frac18 and 12(2−12)2\frac12\left(\frac{\sqrt2-1}{2}\right)^2.
Multiplying the quarter-area sum by 44 gives 2−2+π42-\sqrt2+\frac{\pi}{4}.
Thus, C is the correct answer.
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