2001 AIME II 第 15 题
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15.
设 , , 和 是一个立方体的三个相邻正方形面,且 , 是该立方体的第八个顶点。令 , , 分别在 , , 上,满足 。通过在立方体中钻一个隧道得到立体 。隧道的侧面是平行于 的平面,并且分别包含边 , , 和 。 的表面积,包括隧道壁在内,为 ,其中 , , 是正整数,且 不被任何素数的平方整除。求 。
Let and be three adjacent square faces of a cube, for which and let be the eighth vertex of the cube. Let and be points on and respectively, so that A solid is obtained by drilling a tunnel through the cube. The sides of the tunnel are planes parallel to and containing the edges and The surface area of including the walls of the tunnel, is where and are positive integers and is not divisible by the square of any prime. Find
答案:417
解答:
令 、,于是 、、,且 的方向为 。从 沿这个方向的直线在 处离开立方体;类似地, 和 分别对应 和 。经过 和 的隧道壁所在平面为 ,它也包含 和 ,并在 -轴上交于 ;另外两面隧道壁对称地在 -轴和 -轴上分别交于 和 。
现在求总表面积。靠近 的三个立方体面各少掉一个直角边为 的直角三角形(如 ),剩余面积为 。靠近 的三个面各少掉面积为 的四边形;在平面 上,这个四边形的顶点为 、、、。每面隧道壁都是像 这样的五边形:长方形 中,、,面积为 ;等腰三角形 的底边 ,高为 ,再增加 ,所以每面隧道壁面积为 。
总表面积为 ,所以 。
Place and so that and has direction The line through in that direction leaves the cube at similarly and lead to and The tunnel wall through and is the plane which also contains and and crosses the -axis at the other two walls behave symmetrically, crossing the - and -axes at and
Now add up the surface. Each of the three cube faces at loses a right triangle with legs (such as ), leaving area Each of the three faces at loses a quadrilateral of area on the face its vertices are Each tunnel wall is a pentagon like the rectangle with and has area and the isosceles triangle with base and height adds for per wall.
The total surface area is so
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