Question Number 39811 by ajfour last updated on 11/Jul/18
Commented by ajfour last updated on 11/Jul/18
$${The}\:{outer}\:{frame}\:{is}\:{a}\:{unit}\:{square}. \\ $$$${Find}\:{areas}\:{of}\:{red},\:{green},\:{and} \\ $$$${blue}\:{regions}\:{in}\:{terms}\:{of}\:\alpha. \\ $$
Answered by MrW3 last updated on 11/Jul/18
$$\mathrm{tan}\:\beta=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{1}×\mathrm{tan}\:\alpha}{\mathrm{1}}=\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha \\ $$$$\Rightarrow\beta=\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right) \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{sin}\:\beta=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{cos}\:\beta=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$ \\ $$$${side}\:{length}\:{of}\:{blue}\:{square}: \\ $$$$\mathrm{1}×\mathrm{tan}\:\alpha×\mathrm{cos}\:\beta=\frac{\mathrm{tan}\:\alpha}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$\Rightarrow{A}_{{Blue}} =\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\alpha}{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$ \\ $$$${Red}\:{triangle}: \\ $$$${side}\:{a}=\mathrm{1}×\mathrm{sin}\:\alpha \\ $$$${side}\:{b}\:{with} \\ $$$$\frac{{b}}{\mathrm{sin}\:\alpha}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{sin}\:\left(\alpha+\beta\right)} \\ $$$$\Rightarrow{b}=\frac{\mathrm{1}×\mathrm{sin}\:\alpha}{\mathrm{sin}\:\left(\alpha+\beta\right)}=\frac{\mathrm{sin}\:\alpha\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{sin}\:\alpha\:+\mathrm{cos}\:\alpha\:\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)}=\mathrm{tan}\:\alpha\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow{A}_{{Red}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\mathrm{sin}\:\alpha×\mathrm{tan}\:\alpha\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }×\mathrm{cos}\:\left(\alpha+\beta\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\mathrm{sin}\:\alpha×\mathrm{tan}\:\alpha×\left[\mathrm{cos}\:\alpha−\mathrm{sin}\:\alpha\:\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)\right] \\ $$$$\Rightarrow{A}_{{Red}} =\frac{\left(\mathrm{2}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\alpha\right)\:\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\alpha}{\mathrm{4}} \\ $$$$ \\ $$$${Green}\:{triangle}: \\ $$$${side}\:{c}\:{with} \\ $$$${c}=\mathrm{1}×\mathrm{sin}\:\beta−{b}=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }}−\mathrm{tan}\:\alpha\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha−\mathrm{tan}\:\alpha\:\left[\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} \right]}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2tan}\:\alpha−\mathrm{tan}\:\alpha\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$${side}\:{d}\:{with} \\ $$$${d}={c}\:\mathrm{tan}\:\gamma={c}\:\mathrm{tan}\:\left(\alpha+\beta\right)={c}\:\frac{\mathrm{tan}\:\alpha+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2tan}\:\alpha−\mathrm{tan}\:\alpha\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\alpha\right)\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$${A}_{{Green}} =\frac{{cd}}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha−\mathrm{tan}\:\alpha\:\left[\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} \right]}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }}×\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2tan}\:\alpha−\mathrm{tan}\:\alpha\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\alpha\right)\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$\Rightarrow{A}_{{Green}} =\frac{\left[\mathrm{1}−\mathrm{2tan}\:\alpha−\mathrm{tan}\:\alpha\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} \right]^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\alpha\right)\left[\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} \right]} \\ $$
Commented by MrW3 last updated on 11/Jul/18
Commented by ajfour last updated on 12/Jul/18
$${Great}!\:\left({patience}\:{and}\:{idea}\:{both}\right),{Sir} \\ $$$$\:{Thank}\:{you}.\:{I}\:{will}\:{also}\:{try}.\: \\ $$