2007 AIME II 第 11 题
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11.
两根长度相同但直径不同的长圆柱管彼此平行地放在平面上。较大的圆柱管半径为 ,沿平面向半径为 的较小圆柱管滚动。它滚过较小圆柱管并继续沿平面滚动,直到它以圆周上的同一点着地而停下,已完成一整圈旋转。如果较小圆柱管始终不动,且滚动无滑动,则较大圆柱管最终离起点的距离为 。距离 可表示为 ,其中 、、 为整数,且 不被任何质数的平方整除。求 。
Two long cylindrical tubes of the same length but different diameters lie parallel to each other on a flat surface. The larger tube has radius and rolls along the surface toward the smaller tube, which has radius It rolls over the smaller tube and continues rolling along the flat surface until it comes to rest on the same point of its circumference as it started, having made one complete revolution. If the smaller tube never moves, and the rolling occurs with no slipping, the larger tube ends up a distance from where it starts. The distance can be expressed in the form where and are integers and is not divisible by the square of any prime. Find
答案:179
解答:
当滚动的大管同时接触地面和小管时,两圆心之间的距离为 ,竖直分量为 ,所以该线段与水平线成 角。大管滚过小管时,它的圆心沿着以小管圆心为圆心、半径 的圆弧运动,从一侧水平线上方 到另一侧 ,扫过 。圆心的水平位移为 。
在这段扫过过程中,小管上的接触弧对应大管圆周的 ,而扫角本身也使大管转过 ,所以越过小管时大管总共转过 。为了恰好完成一整圈,剩下的 转角发生在平地滚动中,此时圆心前进的滚动距离为 。
因此 , 所以 。
When the rolling tube touches both the ground and the small tube, the segment between centers has length and vertical component so it makes a angle with the horizontal. As the big tube rolls over the small one, its center swings along an arc of radius about the small tube's center, from above the horizontal on one side to on the other: a sweep of advancing the center horizontally by
During that sweep, the contact arc on the small tube is worth of the big tube's circumference, and the sweep itself also rotates the big tube by so crossing the small tube turns the big tube by in all. To complete exactly one revolution, the remaining of turning happens rolling on flat ground, where the center advances the rolled distance
Hence and
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