Hard problem HDU - 5858 (数学几何题或 几何中的两个圆相交的面积求法)

本文介绍了一道针对小学生的奥林匹克数学题目,该题目要求计算特定几何图形中阴影部分的面积。通过数学方法,利用正方形边长和内切圆特性进行辅助线构造,最终求得准确答案。

cjj is fun with math problem. One day he found a Olympic Mathematics problem for primary school students. It is too difficult for cjj. Can you solve it? 
 

Give you the side length of the square L, you need to calculate the shaded area in the picture. 

The full circle is the inscribed circle of the square, and the center of two quarter circle is the vertex of square, and its radius is the length of the square. 
InputThe first line contains a integer T(1<=T<=10000), means the number of the test case. Each case contains one line with integer l(1<=l<=10000).OutputFor each test case, print one line, the shade area in the picture. The answer is round to two digit.Sample Input
1
1

题意:求阴影部分的面积,给你正方形的边长;

方法一:

纯数学题:做辅助线,因求的是类似扇形的面积,那么一定会借助扇形解的,扇形的两条线是相等的那么一定会借助 正方形的中心 和 圆心,很好他们两个是重合了,做辅助线,因给出的是边,所以要找边的关系;

下面做辅助线:


其实求 一个角的弧度时,可以借助于 反三角函数;

代码:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
#include<math.h>
const double PI = 4*atan(1.0);   // pai的弧度;

double  hu(double l1,double l2,double l3)    // 由边长求 cosa,再由反函数求弧度 
{
	double cosa = (l1*l1+l2*l2-l3*l3)/(2*l1*l2);
	return acos(cosa);
}
int main()
{
	int i,j,t;
	double l;
	scanf("%d",&t);
	while(t--)
	{
		scanf("%lf",&l);
		double db = sin(PI/4)*l;    //对角线的一半剩去了*2 /2;
		double hd1 = hu(l,db,l/2);
		double shan1 = l*l*hd1/2;
		double san = (l*db*sin(hd1))/2;
		double bshan  = shan1 - san;
		double hd2 = hu(l/2,l,db);
		double hd3 = hd1+hd2;
		double shan2 = (l/2)*(l/2)*hd3/2;
		printf("%.2f\n",4*(shan2-bshan));
	}
	return 0;
} 

HDU(Hangzhou Dianzi University)OJ 中经常涉及到几何计算的问,其中“判断两条线段是否相交”是一个经典的算法问。以下是关于如何判断两线段是否相交的基本思路及其实现步骤: ### 判断两条线段相交的核心思想 可以利用向量叉积以及端点位置的关系来确定两条线段是否相交。 #### 具体步骤: 1. **定义基本概念** - 假设两条线段分别为 `AB` 和 `CD`。 - 使用二维平面中的坐标表示各顶点:A(x₁,y₁), B(x₂,y₂),C(x₃,y₃) ,D(x₄,y₄)。 2. **叉积的作用** 叉积可以帮助我们了解两点相对于一条直线的位置关系。 对于三个点 P、Q、R ,我们可以用叉乘 `(Q-P)x(R-P)` 来检测 R 是否在 QP 直线的一侧还是另一侧。 如果结果为正数,则表明顺时针;如果负则逆时针;若等于0则共线。 3. **快速排斥实验** 首先做一个矩形包围盒测试——即检查两个线段所在的最小外接矩形是否有重叠区域。如果没有重叠直接判定为不相交。 4. **跨立试验 (Cross-over Test)** 确认每个线段的两端分别位于另一个线段两侧即可认为它们交叉了。这通过上述提到过的叉积运算完成。 5. **特殊情况处理** 包含但不限于如下的几种情况需要单独讨论: - 完全重合的部分; - 存在一个公共端点但并不完全穿过等边缘状况。 6. **代码框架示例(Pseudo code):** ```python def cross_product(p1,p2,p3): return (p2[0]-p1[0])*(p3[1]-p1[1])-(p2[1]-p1[1])*(p3[0]-p1[0]) def on_segment(p,q,r): if ((q[0] <= max(p[0], r[0])) and (q[0] >= min(p[0], r[0])) and (q[1] <= max(p[1], r[1])) and (q[1] >= min(p[1], r[1]))): return True; return False; def do_segments_intersect(A,B,C,D): # 计算四个方向的叉积值 o1 = cross_product(A, C, B) o2 = cross_product(A, D, B) o3 = cross_product(C, A, D) o4 = cross_product(C, B, D) # 标准情况判断 if(o1 !=o2 && o3!=o4): return True # 特殊情况逐一验证... ``` 7. 最终结合所有条件得出结论。
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