2008 AIME II 第 13 题
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13.
复平面中,一个以原点为中心的正六边形,其每对相对边之间相距一单位。其中一对边平行于虚轴。令 为六边形外部区域,并令 。则 的面积形如 ,其中 和 是正整数。求 。
A regular hexagon with center at the origin in the complex plane has opposite pairs of sides one unit apart. One pair of sides is parallel to the imaginary axis. Let be the region outside the hexagon, and let Then the area of has the form where and are positive integers. Find
小提示:
写 ,半平面 恰好映射到以 为圆心、半径为 的圆盘
Writing the half-plane maps exactly onto the disk of radius centered at
大提示:
是以六次单位根为圆心的六个单位圆盘的并;利用对称性,在一个 扇形内求面积,即一个 扇形加两个三角形
is the union of six unit disks centered at the sixth roots of unity; by symmetry find the area inside one wedge as a sector plus two triangles
解答:
六边形的边到原点的距离为 ,其中一条边在直线 上,所以 是把半平面 旋转 的倍数得到的六个半平面的并。若 ,则 等价于 ,即 。因此每个半平面映射成一个开单位圆盘, 是以六次单位根为圆心的六个单位圆盘的并。
把平面分成六个 扇形,分界射线的方向角为 。由对称性,在每个扇形内, 与圆心位于该扇形中的那个圆盘重合。方向角为 的射线与圆 交于 ,所以 在该扇形内的部分包括两个三角形。每个三角形的顶点为 、圆心 和其中一个交点,是两腰长为 、顶角为 的等腰三角形,面积为 ;此外还有这两个交点之间的 圆扇形,面积为 。
因此每个六十度扇形贡献 ,总面积为 因而 ,,所以 。
The hexagon’s sides lie at distance from the origin, with one side on the line so is the union of the six half-planes obtained by rotating by multiples of If then is equivalent to i.e. So each half-plane maps onto an open unit disk, and is the union of six unit disks centered at the sixth roots of unity.
Cut the plane into six wedges by the rays at angles by symmetry, within each wedge coincides with the disk whose center lies in that wedge. The rays at meet the circle at so the piece of in that wedge consists of two triangles with vertices at the center and one of these points — each isosceles with two sides and apex angle area — together with the sector of the disk between them, area
Each wedge therefore contributes and the total area is Thus and
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