2012 AIME I 第 8 题
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8.
如下图标记的正方体 边长为 被一个经过顶点 以及 和 的中点 、 的平面切开。该平面把正方体分成两个立体。较大立体的体积可写成 ,其中 和 是互质正整数。求 。
Cube labeled as shown below, has edge length and is cut by a plane passing through vertex and the midpoints and of and respectively. The plane divides the cube into two solids. The volume of the larger of the two solids can be written in the form where and are relatively prime positive integers. Find
答案:89
解答:
延伸切割平面。在底面中,直线 与直线 在 外侧的延长线相交于点 ; 由于 且 ,线段 是三角形 的中位线, 所以 是 的中点,且 。该平面也在点 处切割棱 ,而正方体在平面外被切掉的部分,是棱锥 去掉小棱锥 后剩下的部分。
棱锥 的底面 是直角三角形,两条直角边为 和 ,顶点 到该底面所在平面的距离为 ,所以体积为 。棱锥 与 相似,相似比为 ,所以其体积为 。
因此较小部分体积为 ,较大部分体积为 ,所以 。
Extend the cutting plane. In the bottom face, line meets line extended beyond at a point since and segment is a midline of triangle so is the midpoint of and The plane also cuts edge at a point and the piece of the cube cut off past the plane is the pyramid with the small pyramid sliced away.
Pyramid has base a right triangle with legs and and its apex is at distance from the plane of that base, so its volume is Pyramid is similar to with ratio so its volume is
The smaller piece therefore has volume and the larger piece has volume giving
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