1983 AIME Problema 11

Intenta el Problema 11 del 1983 AIME a continuación y luego compara tu respuesta con la solución preparada profesionalmente de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 1983 AIME, o revisar la clave de respuestas.

Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

11.

El sólido mostrado tiene una base cuadrada de lado s.s. La arista superior es paralela a la base y tiene longitud 2s.2s. Todas las demás aristas tienen longitud s.s. Dado que s=62,s=6\sqrt2, ¿cuál es el volumen del sólido?

The solid shown has a square base of side length s.s. The upper edge is parallel to the base and has length 2s.2s. All other edges have length s.s. Given that s=62,s=6\sqrt2, what is the volume of the solid?

Respuesta: 288
Conceptos:Geometría 3Dvolumenescalamiento de potencias de longitud, área y volumen
Nivel de dificultad: 2720
Pista pequeña:

Halla la altura proyectando cualquiera de los extremos de la arista superior sobre la base

Find the height by projecting either endpoint of the upper edge onto the base

Pista grande:

A una fracción tt de la altura, la sección transversal es un rectángulo de lados s(1t)s(1-t) y s(1+t)s(1+t)

At a fraction tt of the height, the cross-section is a rectangle with sides s(1t)s(1-t) and s(1+t)s(1+t)

Solución:

Cada extremo de la arista superior está unido a los extremos de un lado de la base cuadrada. Por tanto, su distancia al punto medio de ese lado es 3s2.\frac{\sqrt3s}{2}. La proyección de cada extremo superior queda s2\frac{s}{2} más allá de ese punto medio, porque los dos extremos proyectados están separados por 2s2s, mientras que los puntos medios de los dos lados opuestos están separados por ss. Así, la altura hh satisface h2=(3s2)2(s2)2=s22, h^2=\left(\frac{\sqrt3s}{2}\right)^2-\left(\frac{s}{2}\right)^2 =\frac{s^2}{2}, de modo que h=s2.h=\frac{s}{\sqrt2}.

A una fracción tt de la altura sobre la base, la sección transversal es un rectángulo cuyas dimensiones son s(1t)s(1-t) y s(1+t).s(1+t). Su área es s2(1t2).s^2(1-t^2). Por el principio de Cavalieri, el volumen es el volumen s2hs^2h de un prisma menos el volumen s2h3\frac{s^2h}{3} de una pirámide: V=23s2h=23s3. V=\frac23s^2h=\frac{\sqrt2}{3}s^3. Al sustituir s=62s=6\sqrt2, se obtiene V=288.V=288.

Each endpoint of the upper edge is joined to the endpoints of one side of the square base. Its distance to that side’s midpoint is therefore 3s2.\frac{\sqrt3s}{2}. The projection of each upper endpoint lies s2\frac{s}{2} beyond that midpoint, because the two projected endpoints are 2s2s apart while the two opposite-side midpoints are ss apart. Thus the height hh satisfies h2=(3s2)2(s2)2=s22, h^2=\left(\frac{\sqrt3s}{2}\right)^2-\left(\frac{s}{2}\right)^2 =\frac{s^2}{2}, so h=s2.h=\frac{s}{\sqrt2}.

At a fraction tt of the height above the base, the cross-section is a rectangle whose dimensions are s(1t)s(1-t) and s(1+t).s(1+t). Its area is s2(1t2).s^2(1-t^2). By Cavalieri’s principle, the volume is the volume s2hs^2h of a prism minus the volume s2h3\frac{s^2h}{3} of a pyramid: V=23s2h=23s3. V=\frac23s^2h=\frac{\sqrt2}{3}s^3. Substituting s=62s=6\sqrt2 gives V=288.V=288.

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