Для решения задач, связанных с квадратом и описанной окружностью, нам нужно вспомнить некоторые базовые геометрические факты и формулы.
Дано: Площадь квадрата равна ( S ).
Из площади квадрата ( S ) можно найти длину стороны квадрата ( a ):
[ a = \sqrt{S}. ]
а) Длина описанной окружности:
Описанная окружность — это окружность, проходящая через все вершины квадрата. Центр этой окружности находится в центре квадрата, а радиус равен половине длины диагонали квадрата.
Диагональ квадрата ( d ) выражается через сторону ( a ) как:
[ d = a\sqrt{2}. ]
Радиус описанной окружности ( R ) равен половине длины диагонали:
[ R = \frac{d}{2} = \frac{a\sqrt{2}}{2}. ]
Длина окружности ( C ) с радиусом ( R ) вычисляется по формуле:
[ C = 2\pi R = 2\pi \cdot \frac{a\sqrt{2}}{2} = a\pi\sqrt{2}. ]
б) Длина дуги, стягиваемой стороной квадрата:
Длина дуги окружности с радиусом ( R ), стягиваемой хордой длины ( a ), пропорциональна углу ( \theta ) в радианах, который эта дуга охватывает. Поскольку квадрат симметричен, сторона квадрата стягивает дугу, соответствующую центральному углу ( 90^\circ ) или ( \frac{\pi}{2} ) радиан.
Длина дуги ( L ) определяется формулой:
[ L = R \cdot \theta = \frac{a\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{\pi}{2} = \frac{a\pi\sqrt{2}}{4}. ]
в) Площадь части описанного круга, лежащей вне квадрата:
Площадь описанного круга ( A{\text{окружности}} ) равна:
[ A{\text{окружности}} = \pi R^2 = \pi \left(\frac{a\sqrt{2}}{2}\right)^2 = \pi \cdot \frac{a^2 \cdot 2}{4} = \frac{\pi a^2}{2}. ]
Площадь квадрата равна ( S ), то есть ( a^2 ).
Площадь части круга, лежащей вне квадрата, равна разности площадей круга и квадрата:
[ A{\text{вне}} = A{\text{окружности}} - S = \frac{\pi a^2}{2} - a^2 = a^2 \left(\frac{\pi}{2} - 1\right). ]
Теперь у нас есть все необходимые результаты:
а) Длина описанной окружности: ( a\pi\sqrt{2} ).
б) Длина дуги, стягиваемой стороной квадрата: ( \frac{a\pi\sqrt{2}}{4} ).
в) Площадь части описанного круга, лежащей вне квадрата: ( a^2 \left(\frac{\pi}{2} - 1\right) ).