2026 AIME I 第 12 题
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12.
三角形 位于平面 内,且 、、。令 为 的重心关于 反射后所得的点。四个球都位于 的同一侧,半径分别为 、、 和 ,并与 相切,切点分别为 、、 和 。这四个球还都与第二个平面 相切,并全部位于 的同一侧。 的值可写成 ,其中 和 为互质正整数。求 。
Triangle lies in plane with and Let be the reflection across of the centroid of Four spheres, all on the same side of have radii and and are tangent to at points and respectively. The four spheres are also each tangent to a second plane and are all on the same side of The value of can be written as where and are relatively prime positive integers. Find
小提示:
每个球心位于其切点上方,高度等于半径;把第二个平面写成 ,其中 是单位向量,并表达两个相切条件
Each center lies at height equal to its radius above its tangency point; write the second plane as with a unit vector and express both tangencies
大提示:
条件说明半径是切点在 中位置的仿射函数;取值依次为 的点是 ,所以在 处代入这个函数
The conditions say the radius is an affine function of the tangency point in it takes values at so evaluate that function at
解答:
一个半径为 、与 相切于 的球,其球心为 ,其中 是 向上的单位法向量。把 写成 ,其中单位法向量 ,所用坐标使 为 -平面。所有球在同一侧相切意味着对每个球都有 ,也就是 。这里 ,否则左边会是常数而半径不同。因此 ,其中仿射函数 。
取 、、。满足 、、 的仿射函数为 。重心为 ,直线 为 。因为 ,反射得到
因此 。(这样的平面确实存在:法向量条件 ,且 ,给出 。)因为 ,答案为 。
A sphere of radius tangent to at has center where is the upward unit normal of Write as with unit normal in coordinates where is the -plane. Tangency with all spheres on the same side means for each sphere, that is Here since otherwise the left side would be constant while the radii differ. So for the affine function
Take The affine function with is The centroid is and line is Since reflecting gives
Therefore (Such a plane exists: the normal condition with gives ) Since the answer is
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