Question

Sea $\triangle ABC$ un triángulo rectángulo con el ángulo recto en $C.$ Sean $D$ y $E$ puntos sobre $\overline{AB}$ con $D$ entre $A$ y $E$ tales que $\overline{CD}$ y $\overline{CE}$ trisecan $\angle C.$ Si $\frac{DE}{BE} = \frac{8}{15},$ entonces $\tan B$ puede escribirse como $\frac{m\sqrt{p}}{n},$ donde $m$ y $n$ son enteros positivos primos entre sí, y $p$ es un entero positivo no divisible por el cuadrado de ningún primo. Halla $m + n + p.$

Let $\triangle ABC$ be a right triangle with right angle at $C.$ Let $D$ and $E$ be points on $\overline{AB}$ with $D$ between $A$ and $E$ such that $\overline{CD}$ and $\overline{CE}$ trisect $\angle C.$ If $\frac{DE}{BE} = \frac{8}{15},$ then $\tan B$ can be written as $\frac{m\sqrt{p}}{n},$ where $m$ and $n$ are relatively prime positive integers, and $p$ is a positive integer not divisible by the square of any prime. Find $m + n + p.$

Respuesta

Solución:

Las trisectrices hacen que $\angle ACD = \angle DCE = \angle ECB$ $= 30^\circ.$ En el triángulo $DCB,$ el rayo $CE$ biseca el ángulo $60^\circ$ $DCB,$ así que el teorema de la bisectriz da $\frac{CD}{CB} = \frac{DE}{EB} = \frac{8}{15}.$ Escala el triángulo de modo que $CD = 8$ y $CB = 15.$

Por la ley de cosenos en el triángulo $DCB,$ $\begin{aligned} BD^2 &= 8^2 + 15^2 \\ &\quad {}- 2 \cdot 8 \cdot 15 \cos 60^\circ \\ &= 169, \end{aligned}$ así que $BD = 13.$ Aplicando de nuevo la ley de cosenos en el mismo triángulo, $8^2 = 13^2 + 15^2 - 2 \cdot 13 \cdot 15 \cos B,$ lo que da $\cos B = \frac{11}{13}.$

Entonces $\sin B = \sqrt{1 - \frac{121}{169}} = \frac{4\sqrt{3}}{13},$ así que $\tan B = \frac{4\sqrt{3}}{11}$ y $m + n + p = 4 + 11 + 3 = 18.$

The trisectors make $\angle ACD = \angle DCE = \angle ECB$ $= 30^\circ.$ In triangle $DCB,$ ray $CE$ bisects the $60^\circ$ angle $DCB,$ so the angle bisector theorem gives $\frac{CD}{CB} = \frac{DE}{EB} = \frac{8}{15}.$ Scale the triangle so that $CD = 8$ and $CB = 15.$

By the Law of Cosines in triangle $DCB,$ $\begin{aligned} BD^2 &= 8^2 + 15^2 \\ &\quad {}- 2 \cdot 8 \cdot 15 \cos 60^\circ \\ &= 169, \end{aligned}$ so $BD = 13.$ Applying the Law of Cosines again in the same triangle, $8^2 = 13^2 + 15^2 - 2 \cdot 13 \cdot 15 \cos B,$ which gives $\cos B = \frac{11}{13}.$

Then $\sin B = \sqrt{1 - \frac{121}{169}} = \frac{4\sqrt{3}}{13},$ so $\tan B = \frac{4\sqrt{3}}{11}$ and $m + n + p = 4 + 11 + 3 = 18.$

2012 AIME I Problema 12

Solución:

El Problema 12 en otros años