Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела физтех
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#33369

Пусть M  - фигура на декартовой плоскости, состоящая из всех точек (x;y)  таких, что существует пара вещественных чисел a,b  , при которых выполняется система неравенств

{ (x− a)2+ (y− b)2 ≤ 2
   2  2
  a + b ≤min(2a +2b;2)

Найдите площадь фигуры M  .

Источники: Физтех-2021, 11.3 (см. olymp-online.mipt.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Раз нам нужно найти площадь, то в любом случае надо понять, какой будет график. Начнём "причёсывать" задачу. Как можно равносильно преобразовать условие с минимумом?

Подсказка 2

Верно, можно переписать условие на минимум в виде системы, когда каждое из них больше, чем выражение слева. В итоге, получится система из трёх уравнений. У нас есть квадраты и удвоенные произведения. Как тогда хорошо бы записать уравнения и что представляют их графики?

Подсказка 3

Ага, можно собрать полные квадраты и увидеть, что у нас получаются уравнения трёх кругов. Давайте строить их в плоскости (a; b), а x и y тогда будут выступать в роли параметров. Два круга у нас с фиксированными центрами, а один — нет. Как же теперь нам нужно переформулировать условие задачи через график?

Подсказка 4

Верно, это значит, что все три круга должны иметь по крайней мере одну общую точку. Теперь вам нужно рассмотреть предельные случаи, когда будет пересечение всех кругов. Пусть начало координат точка A и противоположная ей B на границе второго круга, а пересечение кругов C и D. Какое дополнительное построение теперь можно сделать, чтобы легко увидеть крайние случаи и понять, какое множество в итоге (x;y)?

Подсказка 5

Да, давайте отразим относительно точек пересечения A и B. Не забываем, что радиус у всех наших кругов одинаковый. Осталось только понять, как удобнее всего описать наше множество. Здесь будет полезно рассмотреть круги с центрами A и B и удвоенным радиусом, а ещё круги с нашим радиусом и центрами C, D. По итогу, множество M будет объединение секторов. Осталось только посчитать их площадь, и победа!

Показать ответ и решение

Второе неравенство равносильно системе неравенств

{ a2+b2 ≤ 2a+ 2b
  a2+b2 ≤ 2

Значит, исходная система равносильна следующим:

(|{  (x − a)2+ (y− b)2 ≤2,
   a2+b2 ≤ 2a+ 2b,
|(  a2+b2 ≤ 2

(|{ (a− x)2+ (b− y)2 ≤2
  (a− 1)2+ (b− 1)2 ≤2
|( a2+ b2 ≤2

Множества точек, задаваемых этими неравенствами на плоскости (a;b) (x  и y  при этом выступают в роли параметров), - это круги ω1,ω2,ω3  радиуса √-
 2  с центрами P(x;y),B (1;1),A(0;0)  соответственно. Условие задачи означает, что полученная система должна иметь решение относительно (a;b)  , то есть все три круга должны иметь по крайней мере одну общую точку.

PIC

Пусть окружности, ограничивающие ω2  и ω3  , пересекаются в точках C  и D  (тогда треугольники ABC  и ABD  - равносторонние). Пересечение кругов ω2  и ω3  есть фигура F  , представляющая собой совокупность двух меньших сегментов этих кругов, ограниченных хордой CD  . Тогда фигура M  состоит из всевозможных точек (x;y)  , находящихся на расстоянии не более √2  от фигуры F  . (Это совокупность всех кругов радиуса √2  , центры которых принадлежат фигуре F  .)

Пусть точки P  и Q  симметричны точкам A  и B  (соответственно) относительно точки C  ; точки T  и R  симметричны точкам    A  и B  (соответственно) относительно точки D  .

А само множество M  есть объединение следующих четырёх секторов (центральный угол всех секторов меньше   ∘
180 ):

  • сектор PAT  круга с центром в точке A  и радиуса AP
  • сектор QBR  круга с центром в точке B  и радиуса BQ
  • сектор PCQ  круга с центром в точке C  и радиуса CP
  • сектор RDT  круга с центром в точке D  и радиуса DT

Заметим, что первые два сектора пересекаются по ромбу ACBD  , и никаких других пересечений между секторами нет. При этом первые два сектора равны между собой, и последние два сектора также равны между собой. Таким образом, площадь фигуры M  равна

SM = SPAT + SQBR +SPCQ +SRDT − SACBD =

      √-        √-    √-
=2 ⋅ π(2-2)2+ 2⋅ π(-2)2-−-3⋅(√2)2 =
      3         6     2

     √-
=6π − 3
Ответ:

 6π− √3

Критерии оценки

Изображено множество точек (в плоскости (𝑎; 𝑏), удовлетворяющих второму неравенству системы – 2 балла; указано (или изображено, описано) множество решений первого неравенства – баллы не добавляются; верно описан способ построения фигуры 𝑀 (например, совокупность кругов заданного радиуса, центры которых лежат в некотром множестве), но сама она построена неверно – 1 балл; изображена фигура 𝑀 – 3 балла; найдена её площадь – 2 балла. Если фигура 𝑀 изображена неверно, нахождение площади не оценивается, и за задачу ставится не более 3 баллов. Если фигура 𝑀 представляет собой пересечение двух кругов с центрами 𝐴 и 𝐵 радиусов 2𝐴𝐵, за задачу ставится 3 балла (при этом не играет роли, найдена ли площадь)

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!