2001 AIME II 第 12 题
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12.
对一个三角形,它的中点三角形由连接三边中点得到。递归定义一列多面体 如下: 是体积为 的正四面体。为了得到 ,将 的每个面上的中点三角形替换为一个向外突出的正四面体, 该中点三角形作为这个正四面体的一个面。 的体积为 , 其中 和 是互质正整数。求 。
Given a triangle, its midpoint triangle is obtained by joining the midpoints of its sides. A sequence of polyhedra is defined recursively as follows: is a regular tetrahedron whose volume is To obtain replace the midpoint triangle of every face of by an outward-pointing regular tetrahedron that has the midpoint triangle as a face. The volume of is where and are relatively prime positive integers. Find
答案:101
解答:
在某个面上的中点三角形处贴上一个四面体,会把原来的面替换成 个边长为一半的等边三角形: 个角上的三角形,加上新四面体暴露出的 个面。因此 的所有面全等, 边长为原来的 倍,且 有 个面。
从 到 时,每个面上粘上一个正四面体; 每个新四面体都与 相似,比例为 , 因而体积为 。增加的体积为
因此 的体积为 ,所以 。
Attaching a tetrahedron over the midpoint triangle of a face replaces that face by equilateral triangles of half the side length: the corner triangles plus exposed faces of the new tetrahedron. So all faces of are congruent, with side times the original, and has faces.
Passing from to glues one regular tetrahedron onto each face; each is similar to with ratio hence has volume The volume added is
Therefore the volume of is and
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