2022 AMC 12A 第 12 题

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12.

在正四面体 ABCDABCD 中,设 MM 是 AB‾\overline{AB} 的中点。求 cos⁡(∠CMD)\cos(\angle CMD)?
Let MM be the midpoint of AB‾\overline{AB} in regular tetrahedron ABCD.ABCD. What is cos⁡(∠CMD)?\cos(\angle CMD)?
14\dfrac14
13\dfrac13
25\dfrac25
12\dfrac12
32\dfrac{\sqrt3}{2}
答案:B
知识点:立体几何中线(几何)余弦定理
小提示:
设棱长为 11,则 CMCM 和 DMDM 是两个等边面的中线
CMCM and DMDM are medians of equilateral faces with edge length 11
大提示:
CM=DM=32CM=DM=\dfrac{\sqrt3}{2} 且 CD=1CD=1;在 △CMD\triangle CMD 中使用余弦定理
CM=DM=32CM=DM=\dfrac{\sqrt3}{2} and CD=1;CD=1; apply the Law of Cosines in △CMD\triangle CMD
解答:
取棱长为 11。因为 MM 是 AB‾\overline{AB} 的中点,线段 CMCM 和 DMDM 是等边三角形面的高,长度都为 32\dfrac{\sqrt3}{2}。另外 CD=1CD=1。
在 △CMD\triangle CMD 中由余弦定理,cos⁡(∠CMD)=34+34−12⋅34=1232=13。 \begin{aligned} \cos(\angle CMD) &=\frac{\frac34+\frac34-1}{2\cdot\frac34} \\ &=\frac{\frac{1}{2}}{\frac{3}{2}}=\frac13 \end{aligned}\text{。}
因此,正确答案是 B。
Take edge length 1.1. Since MM is the midpoint of AB‾,\overline{AB}, segments CMCM and DMDM are altitudes of the equilateral faces, each of length 32.\dfrac{\sqrt3}{2}. Also CD=1.CD=1.
By the Law of Cosines in △CMD,\triangle CMD, cos⁡(∠CMD)=34+34−12⋅34=1232=13. \begin{aligned} \cos(\angle CMD) &=\frac{\frac34+\frac34-1}{2\cdot\frac34} \\ &=\frac{\frac{1}{2}}{\frac{3}{2}}=\frac13. \end{aligned}
Thus, the correct answer is B.
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