2019 AMC 12B 第 25 题

先试着解答 2019 AMC 12B 第 25 题,然后核对你的答案与精心整理的解答,解答来自 LIVE by Po-Shen Loh。你也可以参加完整限时模拟考试、查看全部 2019 AMC 12B 解答,或核对答案

所有题目均经美国数学协会(MAA)官方合法授权使用。

25.

ABCDABCD 是一个凸四边形,且 BC=2BC=2CD=6CD=6。假设 ABC\triangle ABCBCD\triangle BCD,和 ACD\triangle ACD 的重心构成一个等边三角形的顶点。ABCDABCD 的面积最大可能值是多少?

Let ABCDABCD be a convex quadrilateral with BC=2BC=2 and CD=6.CD=6. Suppose that the centroids of ABC,\triangle ABC, BCD,\triangle BCD, and ACD\triangle ACD form the vertices of an equilateral triangle. What is the maximum possible value of the area of ABCD?ABCD?

2727

16316\sqrt3

12+10312+10\sqrt3

9+1239+12\sqrt3

3030

答案:C
知识点:重心等边三角形余弦定理最优化
难度评级:2480
小提示:

三个重心之间的差向量为 BD3, BA3, AD3\dfrac{B-D}{3},\ \dfrac{B-A}{3},\ \dfrac{A-D}{3}

The differences of the three centroids are BD3, BA3, AD3\dfrac{B-D}{3},\ \dfrac{B-A}{3},\ \dfrac{A-D}{3}

大提示:

因此 ABD\triangle ABD 是边长为 BDBD 的等边三角形;用 BCD\angle BCD 表示面积并最大化

So ABD\triangle ABD is equilateral with side BD;BD; write the area using BCD\angle BCD and maximize

解答:

三个重心分别为 A+B+C3\dfrac{A+B+C}{3} B+C+D3\ \dfrac{B+C+D}{3} A+C+D3\ \dfrac{A+C+D}{3}。它们两两之差为 AD3, BA3, BD3\dfrac{A-D}{3},\ \dfrac{B-A}{3},\ \dfrac{B-D}{3},所以重心三角形为等边三角形迫使 AB=BD=DAAB=BD=DA;也就是说,ABD\triangle ABD 是边长为 s=BDs=BD 的等边三角形。

沿 BDBD 分割,[ABCD]=[ABD]+[BCD]=34s2+1226sinC \begin{gathered} [ABCD]=[ABD]+[BCD] \\ =\dfrac{\sqrt3}{4}s^2 \\ {}+\dfrac12\cdot2\cdot6\sin C \end{gathered}\text{,}其中 C=BCDC=\angle BCD。由余弦定理,s2=4024cosCs^2=40-24\cos C,所以 [ABCD]=10363cosC+6sinC \begin{gathered} [ABCD]=10\sqrt3 \\ {}-6\sqrt3\cos C+6\sin C \end{gathered}\text{。}

表达式 6sinC63cosC6\sin C-6\sqrt3\cos C 的最大值为 62+(63)2=12\sqrt{6^2+(6\sqrt3)^2}=12,所以最大面积是 103+12=12+10310\sqrt3+12=12+10\sqrt3。当 C=150C=150^\circ 时取等号;构造具有这个角的 BCD\triangle BCD,并在 BD\overline{BD} 另一侧作等边 ABD\triangle ABD,可以得到凸四边形,所以最大值能够达到。

所以 C 是正确答案。

The centroids are A+B+C3,\dfrac{A+B+C}{3},  B+C+D3,\ \dfrac{B+C+D}{3},  A+C+D3.\ \dfrac{A+C+D}{3}. Their pairwise differences are AD3, BA3, BD3,\dfrac{A-D}{3},\ \dfrac{B-A}{3},\ \dfrac{B-D}{3}, so an equilateral centroid triangle forces AB=BD=DA;AB=BD=DA; that is, ABD\triangle ABD is equilateral with side s=BD.s=BD.

Splitting along BD,BD, [ABCD]=[ABD]+[BCD]=34s2+1226sinC, \begin{gathered} [ABCD]=[ABD]+[BCD] \\ =\dfrac{\sqrt3}{4}s^2 \\ {}+\dfrac12\cdot2\cdot6\sin C, \end{gathered} where C=BCD.C=\angle BCD. By the Law of Cosines s2=4024cosC,s^2=40-24\cos C, so [ABCD]=10363cosC+6sinC. \begin{gathered} [ABCD]=10\sqrt3 \\ {}-6\sqrt3\cos C+6\sin C. \end{gathered}

The expression 6sinC63cosC6\sin C-6\sqrt3\cos C has maximum 62+(63)2=12,\sqrt{6^2+(6\sqrt3)^2}=12, so the greatest area is 103+12=12+103.10\sqrt3+12=12+10\sqrt3. Equality occurs at C=150;C=150^\circ; constructing BCD\triangle BCD with that angle and placing equilateral ABD\triangle ABD on the opposite side of BD\overline{BD} produces a convex quadrilateral, so the maximum is attainable.

Thus, C is the correct answer.

第 24 题#24
完整试卷

其他年份的第 25 题

1950 AMC 12 · 1951 AMC 12 · 1952 AMC 12 · 1953 AMC 12 · 1954 AMC 12 · 1955 AMC 12 · 1956 AMC 12 · 1957 AMC 12 · 1958 AMC 12 · 1959 AMC 12 · 1960 AMC 12 · 1961 AMC 12 · 1962 AMC 12 · 1963 AMC 12 · 1964 AMC 12 · 1965 AMC 12 · 1966 AMC 12 · 1967 AMC 12 · 1968 AMC 12 · 1969 AMC 12 · 1970 AMC 12 · 1971 AMC 12 · 1972 AMC 12 · 1973 AMC 12 · 1974 AMC 12 · 1975 AMC 12 · 1976 AMC 12 · 1977 AMC 12 · 1978 AMC 12 · 1979 AMC 12 · 1980 AMC 12 · 1981 AMC 12 · 1982 AMC 12 · 1983 AMC 12 · 1984 AMC 12 · 1985 AMC 12 · 1986 AMC 12 · 1987 AMC 12 · 1988 AMC 12 · 1989 AMC 12 · 1990 AMC 12 · 1991 AMC 12 · 1992 AMC 12 · 1993 AMC 12 · 1994 AMC 12 · 1995 AMC 12 · 1996 AMC 12 · 1997 AMC 12 · 1998 AMC 12 · 1999 AMC 12 · 2000 AMC 12 · 2001 AMC 12 · 2002 AMC 12A · 2002 AMC 12B · 2003 AMC 12A · 2003 AMC 12B · 2004 AMC 12A · 2004 AMC 12B · 2005 AMC 12A · 2005 AMC 12B · 2006 AMC 12A · 2006 AMC 12B · 2007 AMC 12A · 2007 AMC 12B · 2008 AMC 12A · 2008 AMC 12B · 2009 AMC 12A · 2009 AMC 12B · 2010 AMC 12A · 2010 AMC 12B · 2011 AMC 12A · 2011 AMC 12B · 2012 AMC 12A · 2012 AMC 12B · 2013 AMC 12A · 2013 AMC 12B · 2014 AMC 12A · 2014 AMC 12B · 2015 AMC 12A · 2015 AMC 12B · 2016 AMC 12A · 2016 AMC 12B · 2017 AMC 12A · 2017 AMC 12B · 2018 AMC 12A · 2018 AMC 12B · 2019 AMC 12A · 2020 AMC 12A · 2020 AMC 12B · 2021 AMC 12A Spring · 2021 AMC 12B Spring · 2021 AMC 12A Fall · 2021 AMC 12B Fall · 2022 AMC 12A · 2022 AMC 12B · 2023 AMC 12A · 2023 AMC 12B · 2024 AMC 12A · 2024 AMC 12B · 2025 AMC 12A · 2025 AMC 12B