本题导读

本题考查几何概型,以及勾股定理。

📌【题干】

Question

(2018年全国卷I理)如图来自古希腊数学家希波克拉底所研究的几何图形.此图由三个半圆构成,三个半圆的直径分别为直角三角形 的斜边 ,直角边 ,. 的三边所围成的区域记为 I,黑色部分记为 II,其余部分记为 III.在整个图形中随机取一点,此点取自 I,II,III 的概率分别记为 ,,,则()

A.   B.   C.   D.

![](2018-全国卷 I理-10-题.png)

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 转化概率问题为面积问题:几何概型中,概率 。要比较 ,只需比较各区域面积 。
  2. 设定基本量:设 ,则 。
  3. 计算各区域面积:
  • :直角三角形面积 。
  • (黑色月牙):两个小半圆面积之和减去(大半圆面积减去三角形面积)。
  • :大半圆内除去三角形的部分。
  1. 利用勾股定理化简:观察 之间的面积转换关系。

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

【答案】 A

【解析过程】 设直角三角形 的三边 分别为 ,由勾股定理得 。 则三个半圆的面积分别为:

  • 以 为直径的半圆面积
  • 以 为直径的半圆面积
  • 以 为直径的半圆面积

由于 ,显然有 。

分析区域面积:

  1. 区域 I 的面积为 。
  2. 区域 II(黑色部分)的面积 等于两个小半圆面积之和减去空白部分的面积。 空白部分的面积为 。 所以 。 代入 得: 。
  3. 结论:因为 ,所以在相同总面积下,点落在区域 I 和区域 II 的概率相等,即 。

故选 A。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 希波克拉底月牙定理:这是一个非常迷人的几何结论。它证明了由曲线围成的图形面积可以等于由直线围成的图形面积(化圆为方的一种尝试)。
  2. 整体思想:在计算 时,不要陷入复杂的代数运算,而是利用“大减小”的割补思想,结合 这一勾股定理的变体直接抵消。

📖【试题探源与推广】

Tip

在 Obsidian 笔记中,可以记录:

  • 一般结论:如果在直角三角形的三条边上分别向外作相似图形(如半圆、等边三角形、正方形),则两个直角边上的图形面积之和等于斜边上的图形面积。
  • 本题变式:若半圆是向内作的,则产生的月牙面积之和正好等于原直角三角形的面积。

🔗【关联脉络】

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