2006 AIME I 第 8 题

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8.

如图,六边形 ABCDEFABCDEF 被分成五个菱形 P\mathcal{P}、Q\mathcal{Q}、R\mathcal{R}、S\mathcal{S} 和 T\mathcal{T}。菱形 P\mathcal{P}、Q\mathcal{Q}、R\mathcal{R} 和 S\mathcal{S} 全等,每个面积都是 2006\sqrt{2006}。令 KK 为菱形 T\mathcal{T} 的面积。已知 KK 是正整数,求 KK 可能取值的个数。

Hexagon ABCDEFABCDEF is divided into five rhombuses, P,\mathcal{P}, Q,\mathcal{Q}, R,\mathcal{R}, S,\mathcal{S}, and T,\mathcal{T}, as shown. Rhombuses P,\mathcal{P}, Q,\mathcal{Q}, R,\mathcal{R}, and S\mathcal{S} are congruent, and each has area 2006.\sqrt{2006}. Let KK be the area of rhombus T.\mathcal{T}. Given that KK is a positive integer, find the number of possible values for K.K.

答案:89
知识点:菱形三角恒等式区间内整数计数
难度评级:2560
小提示:

五个菱形有相同的边长,并且沿 AB‾\overline{AB} 相接的三个角之和为 180∘180^\circ

All five rhombuses share the same side length, and the three angles meeting along AB‾\overline{AB} add to 180∘180^\circ

大提示:

若每个全等菱形的面积为 z2sin⁡αz^2 \sin\alpha,则 K=22006 cos⁡αK = 2\sqrt{2006}\,\cos\alpha;判断它能等于哪些正整数

If each congruent rhombus has area z2sin⁡α,z^2 \sin\alpha, then K=22006 cos⁡α;K = 2\sqrt{2006}\,\cos\alpha; find which positive integers this can equal

解答:

因为 T\mathcal{T} 与其余每个菱形都共用一条边,五个菱形都有相同边长 zz。设 YY 为 T\mathcal{T} 在 AB‾\overline{AB} 上的顶点,并令 α\alpha 为 P\mathcal{P} 在 YY 处的角。则每个全等菱形的面积为 z2sin⁡α=2006z^2 \sin\alpha = \sqrt{2006}。P\mathcal{P}、T\mathcal{T} 和 Q\mathcal{Q} 在 YY 处的角排在直线 ABAB 上,且由对称性 Q\mathcal{Q} 在该处的角也等于 α\alpha,所以 T\mathcal{T} 的角为 180∘−2α180^\circ - 2\alpha。因此 K=z2sin⁡(180∘−2α)=z2sin⁡2α=2z2sin⁡αcos⁡α=22006 cos⁡α。 \begin{aligned} K &= z^2 \sin(180^\circ - 2\alpha) \\ &= z^2 \sin 2\alpha \\ &= 2 z^2 \sin\alpha \cos\alpha \\ &= 2\sqrt{2006}\,\cos\alpha \end{aligned}\text{。}

当 α\alpha 在 (0∘,90∘)(0^\circ, 90^\circ) 中变化时,cos⁡α\cos\alpha 取遍 (0,1)(0, 1) 中的所有值,所以 KK 取遍 (0,8024)\left(0, \sqrt{8024}\right) 中的所有值。因为 892=792189^2 = 7921 <8024\lt 8024 <8100=902\lt 8100 = 90^2,可能的正整数值为 1,2,…,891, 2, \ldots, 89,共有 8989 个。

Since T\mathcal{T} shares a side with each of the other rhombuses, all five have the same side length z.z. Let YY be the vertex of T\mathcal{T} on AB‾,\overline{AB}, and let α\alpha be the angle of P\mathcal{P} at Y.Y. Then each congruent rhombus has area z2sin⁡α=2006.z^2 \sin\alpha = \sqrt{2006}. The angles of P,\mathcal{P}, T,\mathcal{T}, and Q\mathcal{Q} at YY lie along the line AB,AB, and by symmetry Q\mathcal{Q}’s angle there also equals α,\alpha, so T\mathcal{T}’s angle is 180∘−2α.180^\circ - 2\alpha. Hence K=z2sin⁡(180∘−2α)=z2sin⁡2α=2z2sin⁡αcos⁡α=22006 cos⁡α. \begin{aligned} K &= z^2 \sin(180^\circ - 2\alpha) \\ &= z^2 \sin 2\alpha \\ &= 2 z^2 \sin\alpha \cos\alpha \\ &= 2\sqrt{2006}\,\cos\alpha. \end{aligned}

As α\alpha ranges over (0∘,90∘),(0^\circ, 90^\circ), the value cos⁡α\cos\alpha takes every value in (0,1),(0, 1), so KK takes every value in (0,8024).\left(0, \sqrt{8024}\right). Since 892=792189^2 = 7921 <8024\lt 8024 <8100=902,\lt 8100 = 90^2, the possible positive integer values are 1,2,…,89:1, 2, \ldots, 89: there are 8989 of them.

第 7 题#7
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