こういう任意の数で成り立つような問題はr=1として単純化すると答えはすぐ求まる。
共テはどうか知らないけど、センター試験はこういう時短テクニック使いまくって解いてた。

実はこれ、もとの図形の半径がどんな値でも同じなんだよね

rが1以下だったらどうなりますか？