2005 AIME II 第 15 题
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15.
设 和 分别表示圆 与 , 令 为正数 的最小值,使得直线 包含某个圆的圆心,且该圆内切于 、外切于 。 已知 , 其中 和 是互质正整数,求 。
Let and denote the circles and respectively. Let be the smallest positive value of for which the line contains the center of a circle that is internally tangent to and externally tangent to Given that where and are relatively prime positive integers, find
答案:169
解答:
配方得 和 ,圆心分别为 与 ,半径分别为 和 。若一个圆的圆心为 、半径为 ,且它内切于 、外切于 ,则 且 ,所以 。
因此 位于焦点为 和 、长轴为 的椭圆上:半长轴为 ,焦距为 ,所以半短轴平方为 ,得到 即 。代入 ,得到 。
直线 含有这样的圆心,当且仅当这个二次方程有实根,即 ,化简为 ,所以 。最小的正 满足 ,因而 。
Completing the square gives and with centers and and radii and If a circle with center and radius is internally tangent to and externally tangent to then and so
Thus lies on the ellipse with foci and and major axis the semimajor axis is the center-to-focus distance is so the semiminor axis squared is giving i.e. Substituting yields
The line contains such a center exactly when this quadratic has a real root, i.e. which simplifies to so The smallest positive such has and
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