2004 AIME I 第 9 题
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9.
设 是边长为 、、 的三角形, 是一个 乘 的矩形。画一条线段将三角形 分成一个三角形 和一个梯形 ,再画另一条线段将矩形 分成一个三角形 和一个梯形 ,使得 与 相似,且 与 相似。 面积的最小值可写成 ,其中 和 是互质正整数。求 。
Let be a triangle with sides and and be a -by- rectangle. A segment is drawn to divide triangle into a triangle and a trapezoid and another segment is drawn to divide rectangle into a triangle and a trapezoid such that is similar to and is similar to The minimum value of the area of can be written in the form where and are relatively prime positive integers. Find
答案:35
解答:
一条线段只有从矩形的一个顶点连到一条非相邻边,才能把矩形切成一个三角形和一个梯形,因此 是一个直角三角形,其两条直角边沿矩形两边,其中一条是完整边( 或 )。因为 , -- 直角三角形 中的切线也必须产生一个直角三角形,所以它平行于一条直角边, 于是 。 因此 也是一个 -- 三角形:其直角边为 和 (完整边为 ),或 和 (完整边为 ); 其他方向需要直角边为 或 , 放不进矩形。
两种情形下,梯形 都有两个直角,且切线与较长底边所成锐角的正切为 。 在三角形 中,平行于长度为 的边作切线会使 中相应锐角的正切为 可以匹配;而平行于长度为 的边会给出正切 , 无法匹配。所以切线平行于长度为 的边,且 的两条平行底边是切出的线段 和长度为 的边。
梯形相似要求 等于 的底边比,在第一种情形中为 ,第二种情形中为 。于是 ,得到 或 。最小值是 ,所以 。
A segment cuts the rectangle into a triangle and a trapezoid only if it runs from a vertex to a point on a nonadjacent side, so is a right triangle whose legs lie along two sides of the rectangle, one leg being a full side ( or ). Since the cut in the -- right triangle must also produce a right triangle, so it is parallel to a leg, and then Hence is a -- triangle too: its legs are and (full side ) or and (full side ); the other orientations need legs or which do not fit.
In both cases the trapezoid has two right angles and an acute angle between the cut and its longer base with tangent In triangle a cut parallel to the leg of length gives an acute angle with tangent matching, while a cut parallel to the leg of length gives tangent which cannot match. So the cut is parallel to the side of length and the parallel bases of are the cut segment and the side of length
Similarity of the trapezoids forces to equal the ratio of the bases of which is in the first case and in the second. Then giving or The minimum is so
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