1994 AIME 第 2 题

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2.

一个以 PQ\overline{PQ} 为直径且直径长为 1010 的圆,在 PP 点与一个半径为 2020 的圆内切。作正方形 ABCDABCD,使 AABB 位于大圆上,CD\overline{CD}QQ 点与小圆相切,并且小圆位于 ABCDABCD 外部。AB\overline{AB} 的长度可写成 m+nm+\sqrt n,其中 mmnn 是整数。求 m+nm+n

A circle with diameter PQ\overline{PQ} of length 1010 is internally tangent at PP to a circle of radius 20.20. Square ABCDABCD is constructed with AA and BB on the larger circle, CD\overline{CD} tangent at QQ to the smaller circle, and the smaller circle outside ABCD.ABCD. The length of AB\overline{AB} can be written in the form m+n,m+\sqrt n, where mm and nn are integers. Find m+n.m+n.

答案:312
知识点:正方形(几何)二次方程
难度评级:2170
小提示:

将大圆的圆心置于原点,并使 PPQQ 位于同一条直径上

Place the large circle at the origin and put PP and QQ on a diameter

大提示:

若正方形的边长为 ss,则它的弦边 ABAB 到大圆圆心的距离为 10s|10-s|

If the square’s side is ss, its chord side ABAB lies at distance 10s|10-s| from the large circle’s center

解答:

将大圆的圆心置于原点,并令 P=(20,0)P=(20,0)Q=(10,0)Q=(10,0)。设正方形的边长为 ss。因为小圆位于正方形外部,所以 CD\overline{CD} 位于直线 x=10x=10 上,而与它平行的弦 AB\overline{AB} 位于直线 x=10sx=10-s 上。由半径为 2020 的圆中的弦长公式,s=2400(10s)2s=2\sqrt{400-(10-s)^2}\text{。}平方后得到 s216s240=0s^2-16s-240=0,所以 s=8+419=8+304s=8+4\sqrt{19}=8+\sqrt{304}。因此 m+n=8+304=312m+n=8+304=312

Put the large circle at the origin with P=(20,0)P=(20,0) and Q=(10,0).Q=(10,0). Let the square’s side be s.s. Because the smaller circle is outside the square, CD\overline{CD} lies on x=10x=10 and the parallel chord AB\overline{AB} lies on x=10s.x=10-s. A chord of the radius-2020 circle then gives s=2400(10s)2.s=2\sqrt{400-(10-s)^2}. Squaring yields s216s240=0,s^2-16s-240=0, so s=8+419=8+304.s=8+4\sqrt{19}=8+\sqrt{304}. Thus m+n=8+304=312.m+n=8+304=312.

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