1996 AIME 第 15 题

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15.

在平行四边形 ABCDABCD 中,设 OO 为对角线 AC\overline{AC}BD\overline{BD} 的交点。CABCAB 角和 DBCDBC 角都是 DBADBA 角的两倍,而 ACBACB 角的大小为 rr 乘以 AOBAOB 角的大小。求不超过 1000r1000r 的最大整数。

In parallelogram ABCD,ABCD, let OO be the intersection of diagonals AC\overline{AC} and BD.\overline{BD}. Angles CABCAB and DBCDBC are each twice as large as angle DBA,DBA, and angle ACBACB is rr times as large as angle AOB.AOB. Find the greatest integer that does not exceed 1000r.1000r.

答案:777
知识点:平行四边形正弦定理三角恒等式
难度评级:2560
小提示:

DBA=α\angle DBA=\alpha,并比较三角形 ABCABCABDABD

Set DBA=α\angle DBA=\alpha and compare triangles ABCABC and ABDABD

大提示:

使用正弦定理,得到一个含 sin5α\sin5\alphasin2α\sin2\alphasinα\sin\alpha 的方程

Use the law of sines to obtain an equation involving sin5α,\sin5\alpha, sin2α,\sin2\alpha, and sinα\sin\alpha

解答:

DBA=α\angle DBA=\alpha。则 DBC=CAB=2α\angle DBC=\angle CAB=2\alpha,所以 ABC\triangle ABC 的三个角为 2α2\alpha3α3\alpha1805α180^\circ-5\alpha。由于 ADBCAD\parallel BC,三角形 ABDABD 的三个角为 α\alpha2α2\alpha1803α180^\circ-3\alpha

在两个三角形中应用正弦定理,并利用 AD=BCAD=BC,得到 ABBC=sin5αsin2α=sin2αsinα\frac{AB}{BC}=\frac{\sin5\alpha}{\sin2\alpha}=\frac{\sin2\alpha}{\sin\alpha}\text{。}u=cos2αu=\cos^2\alpha,方程化为 16u216u+1=016u^2-16u+1=0\text{。}由于 5α<1805\alpha<180^\circ,符合条件的根是 u=2+34=cos215u=\frac{2+\sqrt3}{4}=\cos^2 15^\circ,所以 α=15\alpha=15^\circ。因此 ACB=105\angle ACB=105^\circ。在 AOB\triangle AOB 中,位于 AABB 的两个角分别为 3030^\circ1515^\circ,所以 AOB=135\angle AOB=135^\circ。因此 r=105135=79,1000r=777\begin{aligned}r&=\frac{105}{135}=\frac79,\\\left\lfloor1000r\right\rfloor&=777\end{aligned}\text{。}

Let DBA=α.\angle DBA=\alpha. Then DBC=CAB=2α,\angle DBC=\angle CAB=2\alpha, so in ABC\triangle ABC the angles are 2α,2\alpha, 3α,3\alpha, and 1805α.180^\circ-5\alpha. Because ADBC,AD\parallel BC, triangle ABDABD has angles α,\alpha, 2α,2\alpha, and 1803α.180^\circ-3\alpha.

Applying the law of sines in the two triangles and using AD=BCAD=BC gives ABBC=sin5αsin2α=sin2αsinα.\frac{AB}{BC}=\frac{\sin5\alpha}{\sin2\alpha}=\frac{\sin2\alpha}{\sin\alpha}. With u=cos2α,u=\cos^2\alpha, this becomes 16u216u+1=0.16u^2-16u+1=0. Since 5α<180,5\alpha<180^\circ, the valid root is u=2+34=cos215,u=\frac{2+\sqrt3}{4}=\cos^2 15^\circ, so α=15.\alpha=15^\circ. Thus ACB=105.\angle ACB=105^\circ. In AOB,\triangle AOB, the angles at AA and BB are 3030^\circ and 15,15^\circ, so AOB=135.\angle AOB=135^\circ. Therefore r=105135=79,1000r=777.\begin{aligned}r&=\frac{105}{135}=\frac79,\\\left\lfloor1000r\right\rfloor&=777.\end{aligned}

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