2023 AIME II 第 14 题
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14.
一个立方体形容器有顶点 、、、,其中 和 是立方体的平行棱, 和 是立方体面的对角线, 如图所示。把立方体的顶点 放在水平平面 上,使得矩形 所在平面垂直于 ,顶点 在 上方 米,顶点 在 上方 米,顶点 在 上方 米。立方体中装有水, 水面平行于 ,且在 上方 米。水的体积为 立方米,其中 和 是互质的正整数。求 。
A cube-shaped container has vertices and where and are parallel edges of the cube, and and are diagonals of faces of the cube, as shown. Vertex of the cube is set on a horizontal plane so that the plane of the rectangle is perpendicular to vertex is meters above vertex is meters above and vertex is meters above The cube contains water whose surface is parallel to at a height of meters above The volume of water is cubic meters, where and are relatively prime positive integers. Find
答案:751
解答:
为立方体建立坐标,使 为原点,棱沿坐标轴方向,棱长为 :则 、、 符合题意( 是棱,、 是面的对角线)。离 的高度是某个线性函数 ,其中 是单位向量。矩形 所在平面的法向量方向为 ,而它垂直于 意味着竖直方向 位于该平面内,所以 。由 和 的高度, 且 ,所以 ,再由 ,得 。因此 ,(也确实有 )。
水所在区域是 中满足 的部分,也就是 。固定 时,截面为 ,由于 介于 和 之间,截面积为 。
积分得到 所以 。
Give the cube coordinates so that is the origin, the edges lie along the axes, and the edge length is then satisfy the description ( are edges and are face diagonals). Height above is a linear function for some unit vector The plane of rectangle has normal direction and perpendicularity to means the vertical direction lies in that plane, so The heights of and give and so and forces Thus and (and indeed ).
The water is the region of where i.e. For fixed the slice is and since lies between and its area is
Integrating, so
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