1993 AIME Problema 14
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Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).
14.
Un rectángulo inscrito en otro mayor, con un vértice sobre cada lado, se llama suelto si es posible girar el rectángulo menor alrededor de su centro, aunque sea muy poco, sin salir del mayor. Entre todos los rectángulos que pueden inscribirse de manera suelta en un rectángulo de por , el menor perímetro tiene la forma donde es un entero positivo. Halla
A rectangle that is inscribed in a larger rectangle (with one vertex on each side) is called unstuck if it is possible to rotate (however slightly) the smaller rectangle about its center within the confines of the larger. Of all the rectangles that can be inscribed unstuck in a by rectangle, the smallest perimeter has the form for a positive integer Find
Respuesta: 448
Pista pequeña:
Centra el rectángulo de por en el origen y parametriza dos vértices interiores consecutivos sobre los lados derecho y superior
Center the -by- rectangle at the origin and parameterize consecutive inner vertices on the right and top sides
Pista grande:
Usa la igualdad de las semidiagonales para relacionar las dos coordenadas libres y luego expresa el cuadrado del perímetro mediante la diagonal y el área
Use equal half-diagonals to relate the two free coordinates, then express the square of the perimeter through the diagonal and area
Solución:
Los vértices opuestos están en lados opuestos del rectángulo exterior, por lo que ambos rectángulos tienen el mismo centro. Bajo una pequeña rotación de ángulo un punto de contacto del lado derecho en se desplaza hacia dentro solo si mientras que un punto de contacto del lado superior en se desplaza hacia dentro solo si Por tanto, los desplazamientos de un rectángulo suelto tienen signos opuestos; después de una reflexión, sus vértices consecutivos pueden escribirse como con La igualdad de las semidiagonales da así que Si sus lados tienen longitudes entonces Por lo tanto, su perímetro satisface La igualdad ocurre cuando lo que produce un rectángulo no alineado con los ejes y, por tanto, suelto. Así, el perímetro mínimo es y
Opposite vertices lie on opposite sides of the outer rectangle, so the two rectangles have the same center. For a small rotation through angle a right-side contact at moves inward only if while a top-side contact at moves inward only if Thus an unstuck rectangle has opposite-signed offsets; after reflection, write its consecutive vertices as with Equal half-diagonals give so If its side lengths are then Therefore its perimeter satisfies Equality occurs at which gives a non-axis-aligned, hence unstuck, rectangle. Thus the minimum perimeter is and
El Problema 14 en otros años
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