1997 AIME 第 15 题
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15.
矩形 的边长为 和 。画一个等边三角形,使得三角形没有任何点落在 外。这样的三角形的最大可能面积可以写成 的形式,其中 、、 是正整数,且 不被任何素数的平方整除。求 。
The sides of rectangle have lengths and An equilateral triangle is drawn so that no point of the triangle lies outside The maximum possible area of such a triangle can be written in the form where and are positive integers, and is not divisible by the square of any prime number. Find
小提示:
最大的三角形是倾斜的,其中一个顶点在矩形的一个角上,另外两个顶点在远侧的两条边上
The largest triangle is tilted, with one vertex at a corner of the rectangle and the other two on the far sides
大提示:
若边长为 ,并与长为 的边成 角,则 且 ;解出
With side tilted above the length- side, and solve for
解答:
通过反射或旋转,不妨设等边三角形的一条边与矩形长为 的边成角 。在这种朝向下,边长为 的三角形在水平方向和竖直方向的跨度分别为 和 。因此 第一个上界随 增大,第二个上界则减小,所以二者相等时,它们的较小值最大。把一个顶点放在矩形的一角,另外两个顶点分别放在远侧的两条边上,即可达到这个上界,此时
两式相除得 ,展开左边:,所以 (约为 ,是合法的倾角)。于是
面积为 ,确实超过了边长为 的不倾斜三角形。因此 。
By reflecting or rotating the configuration, take one side of the equilateral triangle to make an angle with the length- side of the rectangle. A triangle of side in this orientation has horizontal and vertical spans and respectively. Hence The first bound increases with and the second decreases, so their minimum is largest when they are equal. This bound is attainable by putting one vertex at a corner and the other two on the far sides, giving
Dividing, and expanding the left side gives so (about a legal tilt). Then
The area is which indeed beats the untilted triangle of side Thus
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