Question Number 3877 by Rasheed Soomro last updated on 23/Dec/15
$$\mathcal{W}{hat}\:{is}\:{the}\:{area}\:{of}\:\:{overlapping} \\ $$$${region}\:{of}\:{two}\:{circles}\:{having}\:{radii} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{r}}_{\mathrm{1}} \:{and}\:\boldsymbol{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}} \:{when}\:{the}\:{distance}\:{between} \\ $$$${their}\:{centres}\:{is}\:\:\boldsymbol{\mathrm{c}},\:{given}\:{that}\:\boldsymbol{\mathrm{r}}_{\mathrm{1}} +\boldsymbol{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}} >\boldsymbol{\mathrm{c}}. \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 24/Dec/15
$$\mathrm{I}\:\mathrm{will}\:\mathrm{make}\:\mathrm{the}\:\mathrm{correction}. \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{above}\:\mathrm{procedure}\:\mathrm{is}\:\mathrm{for}\:\mathrm{centers}\:\mathrm{on}\:\mathrm{different} \\ $$$$\mathrm{side}\:\mathrm{of}\:\mathrm{common}\:\mathrm{chord}. \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 24/Dec/15
$$\mathrm{Common}\:\mathrm{chord}\:\mathrm{AB} \\ $$$$\mathrm{center}\:\mathrm{O}_{\mathrm{1}} \:\mathrm{and}\:\mathrm{O}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{O}_{\mathrm{1}} \mathrm{O}_{\mathrm{2}} \:\mathrm{cuts}\:\mathrm{AB}\:\mathrm{at}\:\mathrm{X} \\ $$$$\angle\mathrm{AO}_{\mathrm{1}} \mathrm{X}=\alpha \\ $$$$\angle\mathrm{AO}_{\mathrm{2}} \mathrm{X}=\beta \\ $$$$\mathrm{AB}=\mathrm{2}{r}_{\mathrm{1}} \mathrm{sin}\:\:\alpha=\mathrm{2}{r}_{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\:\beta \\ $$$$\mathrm{O}_{\mathrm{1}} \mathrm{X}={r}_{\mathrm{1}} \mathrm{cos}\:\alpha,\:\:\:\:\mathrm{XO}_{\mathrm{2}} ={r}_{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\beta \\ $$$${r}_{\mathrm{1}} \mathrm{cos}\:\alpha+{r}_{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\beta={c} \\ $$$$\mathrm{area}\:\mathrm{of}\:\bigtriangleup\mathrm{AO}_{\mathrm{1}} \mathrm{B}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{AB}×\mathrm{O}_{\mathrm{1}} \mathrm{X}={r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\alpha\mathrm{sin}\:\alpha \\ $$$$\mathrm{area}\:\mathrm{of}\:\bigtriangleup\mathrm{AO}_{\mathrm{2}} \mathrm{B}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{AB}×\mathrm{O}_{\mathrm{2}} \mathrm{X}={r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\beta\mathrm{sin}\:\beta \\ $$$$\mathrm{area}\:\mathrm{of}\:\mathrm{overlapin}\:\mathrm{portion}=\mathrm{area}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{circle}\:\mathrm{segment}\:−\:\mathrm{area}\:\mathrm{of}\:\mathrm{triangle} \\ $$$$\mathrm{Area}\:\mathrm{of}\:\mathrm{overlapping}\:\mathrm{portion}\:\mathrm{on}\:\mathrm{side}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{circle}\:\mathrm{with}\:\mathrm{radius}\:{r}_{\mathrm{1}} =\alpha{r}_{\mathrm{1}} −{area}\:\bigtriangleup\mathrm{AO}_{\mathrm{1}} \mathrm{B} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{X}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\alpha{r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\:\mathrm{2}\alpha\:\:\:\:\:…\left(\mathrm{1}\right) \\ $$$$\mathrm{Area}\:\mathrm{of}\:\mathrm{overlapping}\:\mathrm{portion}\:\mathrm{on}\:\mathrm{side}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{circle}\:\mathrm{with}\:\mathrm{radius}\:{r}_{\mathrm{2}} =\beta{r}_{\mathrm{2}} −{area}\:\bigtriangleup\mathrm{AO}_{\mathrm{2}} \mathrm{B} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{Y}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\beta{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\:\mathrm{2}\beta\:\:\:\:\:\:…\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\mathrm{Next}\:\mathrm{step}\:\mathrm{is}\:\mathrm{to}\:\mathrm{find}\:\alpha,\:\beta\: \\ $$$${r}_{\mathrm{1}} \mathrm{cos}\:\alpha+{r}_{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\beta={c}\Rightarrow{r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \alpha={c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{cr}_{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\beta+{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \beta \\ $$$${r}_{\mathrm{1}} \mathrm{sin}\:\:\alpha={r}_{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\:\beta\Rightarrow{r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha={r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} +{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \beta \\ $$$${c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{cr}_{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\:\beta+{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \beta={r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} +{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \beta \\ $$$$\mathrm{cos}\:\beta=\frac{{c}^{\mathrm{2}} −{r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} +{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}{cr}_{\mathrm{2}} }\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:…\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\mathrm{cos}\:\alpha=\frac{{c}^{\mathrm{2}} −{r}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} +{r}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}{cr}_{\mathrm{2}} }\:\:\:\:\:\:\:\:\:…\left(\mathrm{4}\right) \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{Total}\:\mathrm{overlapping}\:\mathrm{area}\:\mathrm{is}\:\mathrm{X}+\mathrm{Y}\:\mathrm{as}\:\mathrm{given} \\ $$$$\mathrm{in}\:\mathrm{equation}\:\left(\mathrm{1}\right)\:\mathrm{and}\:\left(\mathrm{2}\right).\:\mathrm{value}\:\mathrm{of}\:\alpha\:\mathrm{and}\:\beta \\ $$$$\mathrm{given}\:\mathrm{in}\:\left(\mathrm{3}\right)\:\mathrm{and}\:\left(\mathrm{4}\right). \\ $$
Commented by Yozzii last updated on 23/Dec/15
$${Isn}'{t}\:{the}\:{area}\:{of}\:{a}\:{sector}\:{of}\:{a}\:{circle}\:{of} \\ $$$${radius}\:{r}\:{produced}\:{by}\:{angle}\:\alpha\:{given}\:{by} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{r}^{\mathrm{2}} \alpha?\:\:\:{r}\alpha\:{gives}\:{arc}\:{length}\:{no}?\: \\ $$$${Is}\:{the}\:{method}\:{different}\:{if}\:{both}\: \\ $$$${centres}\:{are}\:{on}\:{the}\:{same}\:{side}\:{of}\:{the} \\ $$$${commom}\:{chord}?\: \\ $$$$ \\ $$