Þrír hringir með geislann $1$ og einn stór hringur eru lagðir eins
og myndin sýnir. Ákvarðið flatarmál stóra hringsins. (Svarið á að vera
á forminu $(\frac{a+b\sqrt{3}}{c})\pi$ þar sem $a, b$ og $c$ eru heilar
tölur).
Lausn
Miðpunktar hringanna mynda jafnhliða þríhyrning með hliðarlengd 2.
Geisli stóra hringsins er þá 1 að viðbættri lengdinni frá einum
hornpunkti þríhyrningsins að miðpunkti hans. Látum $O$ vera miðpunkt
þríhyrningsins og $A$, $B$ og $C$ vera hornpunkta hans. Látum $D$ vera
miðpunkt hliðarinnar $BC$. Nú er $D$ jafnframt fótpunktur hæðarinnar á
$BC$ svo regla Pýþagroasar gefur að
$|AD|=\sqrt{|AB|^2-|BD|^2}=\sqrt{4-1}=\sqrt{3}$. Þar sem miðlínur
þríhyrnings skipta hver annarri í hlutföllunum $1:2$, þá er
$|OA|=\frac23\sqrt{3}$
svo að geisli stóra hringsins er
$1+\frac{2\sqrt3}{3}=\frac{3+2\sqrt{3}}{3}$. Flatarmál stóra hringsins er
þá
$$ \pi
\left(\frac{3+2\sqrt{3}}{3}
\right)^2
=\left(\frac{21+12\sqrt{3}}{9}
\right)\pi
=\left(\frac{7+4\sqrt{3}}{3}
\right)\pi.$$