2015 AIME I 第 15 题
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15.
一块木头的形状是半径为 、高为 的直圆柱,整个表面都已涂成蓝色。点 和 取在圆柱一个圆形底面的边缘上,使该底面上的弧 度数为 。 然后沿通过点 、点 与圆柱中心的平面把木块切成两半,在每一半上露出一个平坦的未涂色面。 其中一个未涂色面的面积为 ,其中 、、 是整数,且 不被任何质数的平方整除。求 。
A block of wood has the shape of a right circular cylinder with radius and height and its entire surface has been painted blue. Points and are chosen on the edge of one of the circular faces of the cylinder so that arc on that face measures The block is then sliced in half along the plane that passes through point point and the center of the cylinder, revealing a flat, unpainted face on each half. The area of one of these unpainted faces is where and are integers and is not divisible by the square of any prime. Find
答案:53
解答:
把木块立在含 与 的底面上,设 为该底面的圆心, 为 的中点, 为圆柱中心。切割平面在底面上交出弦 ,并且由关于 的对称性,在顶面上交出反射弦, 所以切面竖直投影到弦 与其关于 的镜像之间的区域 (如下图阴影所示)。 每个被切掉的 圆弓形面积为 ,所以 的面积为 。
因为 ,三角形 给出 , 且 ,所以 。切面是平面,并且只在 的方向上相对水平面倾斜, 倾角 满足 。还原投影时面积要乘以 ,所以未涂色面的面积为 。因此 。
Stand the block on the face containing and and let be the center of that face, the midpoint of and the center of the cylinder. The cutting plane meets the bottom face in chord and, by symmetry through meets the top face in the reflected chord, so the cut face projects vertically onto the region between chord and its mirror image through (shaded below). Each circular segment cut off has area so has area
Since triangle gives and so The cut face is planar and tilted from the horizontal only in the direction of at the angle with Undoing the projection therefore multiplies areas by so the unpainted face has area Thus
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