半径 $r$ mの円形の土地の周りに、幅 $a$ mの道がある。道の中心を通る円周の長さを $l$ m、道の面積を $S$ m$^2$とするとき、$S=al$ となることを証明する。

1. 問題の内容

半径 $r$ mの円形の土地の周りに、幅 $a$ mの道がある。道の中心を通る円周の長さを $l$ m、道の面積を $S$ m$^2$とするとき、$S=al$ となることを証明する。

2. 解き方の手順

まず、道の面積 $S$ を求める。道の外側の円の半径は $r + a$ mであるから、道の面積 $S$ は、

$S = \pi (r+a)^2 - \pi r^2$

$S = \pi (r^2 + 2ar + a^2) - \pi r^2$

$S = \pi r^2 + 2\pi ar + \pi a^2 - \pi r^2$

$S = 2\pi ar + \pi a^2$

次に、道の中心を通る円周の長さ $l$ を求める。道の中心を通る円の半径は $r + \frac{a}{2}$ mであるから、円周の長さ $l$ は、

$l = 2\pi (r + \frac{a}{2})$

$l = 2\pi r + \pi a$

したがって、$al$ は、

$al = a(2\pi r + \pi a)$

$al = 2\pi ar + \pi a^2$

$S = 2\pi ar + \pi a^2$ であり、$al = 2\pi ar + \pi a^2$ であるから、$S = al$ が成り立つ。

3. 最終的な答え

$S = al$ が証明された。