2008 AIME I 第 2 题

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2.

正方形 AIMEAIME 的边长为 1010 个单位。等腰三角形 GEMGEM 的底边为 EM‾\overline{EM},并且三角形 GEMGEM 与正方形 AIMEAIME 的公共部分面积为 8080 平方单位。求 EM‾\overline{EM} 所对应的 △GEM\triangle GEM 的高的长度。
Square AIMEAIME has sides of length 1010 units. Isosceles triangle GEMGEM has base EM‾,\overline{EM}, and the area common to triangle GEMGEM and square AIMEAIME is 8080 square units. Find the length of the altitude to EM‾\overline{EM} in △GEM.\triangle GEM.
答案:25
知识点:相似面积分割三角形面积
小提示:
如果高 hh 不超过 1010,重叠部分就是整个三角形,会迫使 h=16h = 16,矛盾;因此顶点在正方形外
If the altitude hh were at most 10,10, the overlap would be the whole triangle, forcing h=16h = 16 — impossible, so the apex pokes out above the square
大提示:
重叠面积等于三角形 GEMGEM 的面积减去正方形上方的相似小三角形面积,小三角形的高为 h−10h - 10,底为 10(h−10)h\frac{10(h - 10)}{h}
The overlap is triangle GEMGEM minus a similar triangle above the square with height h−10h - 10 and base 10(h−10)h\frac{10(h - 10)}{h}
解答:
这里 EM‾\overline{EM} 是正方形的一条边。设 hh 为三角形 GEMGEM 的高。若 h≤10h \le 10,三角形会完全在正方形内,其面积 12⋅10⋅h=80\frac{1}{2} \cdot 10 \cdot h = 80 会给出 h=16h = 16,矛盾。所以 h>10h \gt 10,顶点 GG 在正方形外;对边 AI‾\overline{AI} 截出一个与 GEMGEM 相似的小三角形,它的高为 h−10h - 10,底为 10(h−10)h\frac{10(h - 10)}{h}。
公共部分是三角形 GEMGEM 减去这个小三角形:80=5h−12⋅10(h−10)h⋅(h−10)=5h−5(h−10)2h。 \begin{aligned} 80 &= 5h \\ &\quad {}- \frac{1}{2} \cdot \frac{10(h - 10)}{h} \\ &\qquad {}\cdot (h - 10) \\ &= 5h - \frac{5(h - 10)^2}{h} \end{aligned}\text{。}两边乘以 hh,得 80h=5h2−5(h−10)280h = 5h^2 - 5(h - 10)^2 =5(20h−100)= 5(20h - 100) =100h−500= 100h - 500,所以 20h=50020h = 500,h=25h = 25。
Here EM‾\overline{EM} is a side of the square. Let hh be the altitude of triangle GEM.GEM. If h≤10,h \le 10, the triangle would lie entirely inside the square, and its area 12⋅10⋅h=80\frac{1}{2} \cdot 10 \cdot h = 80 would force h=16,h = 16, a contradiction. So h>10h \gt 10 and the apex GG lies outside the square; the opposite side AI‾\overline{AI} cuts off a smaller triangle similar to GEMGEM with height h−10h - 10 and base 10(h−10)h.\frac{10(h - 10)}{h}.
The common region is triangle GEMGEM minus that small triangle: 80=5h−12⋅10(h−10)h⋅(h−10)=5h−5(h−10)2h. \begin{aligned} 80 &= 5h \\ &\quad {}- \frac{1}{2} \cdot \frac{10(h - 10)}{h} \\ &\qquad {}\cdot (h - 10) \\ &= 5h - \frac{5(h - 10)^2}{h}. \end{aligned} Multiplying by hh gives 80h=5h2−5(h−10)280h = 5h^2 - 5(h - 10)^2 =5(20h−100)= 5(20h - 100) =100h−500,= 100h - 500, so 20h=50020h = 500 and h=25.h = 25.
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