我也不是大師,做不出來 :)

本帖於 2024-10-13 09:47:21 時間, 由普通用戶 kde235 編輯

這題很難,我沒能得到最後結果。本不好意思拿出,但大將這麽懇切,我就不揣淺陋把我目前所得說一下

我的思路很簡單,以題中一些邊長為未知數,根據題中的麵積值得到一些方程,從中解出這些邊長值後得到五邊形麵積。

思路簡單就意味著計算複雜:) 需要進行一些幾何變換來盡量簡化計算。

首先,正如大將觀察到的, 題中麵積值都是119的倍數,因此我們可以把每個麵積值換成它除以119的商(例如1785/119=15),這樣得到最終結果後再乘以119即可

再者,注意線性變換
          (x', y') = A * (x, y)
隻有矩陣A的行列式值 det(A)=1 (注意不一定要正交變換), 它就保持變換前後的麵積不變。 因此,我們可以在滿足det(A)=1的前提下調整A的值讓它改變AB與DE之間的夾角同時保持各麵積不變。 可找一個特定的值使得AB垂直DE

又注意對任一個常數c, 變換
           x' = c*x
           y' = y/c
升縮了x,y的值,但依然保持麵積不變,故我們可以找到某一伸縮比c進行變換,使得GF=GH

綜上,我們得到如下調整後的圖形:


  各個數字表示對應三角形的麵積,並且有
      AB ⊥ DE
      GH = GF
      
以G為原點,GB和GE為x,y軸建立坐標係,並設各點的坐標是

G(0,0)
A(-a, 0)
B(b, 0)
D(0, -d)
E(0, e)
F(0, f)
H(f, 0)

有五個未知數a,b,d,e,f。 而我們剛好知道5個麵積值,可以列出5個方程
首先,三條直線的方程:

  AF:  x/(-a) + y/f = 1  =>   -fx + ay = af
  DH:  x/f + y/-d = 1    =>   dx  - fy = df
  BE:  x/b + y/e = 1     =>   ex + by = be
 
 C是 AF與DH 交點,因此期坐標滿足
     -fx + ay = af
     dx  - fy = df
     
得     

       | af  a  |
       | df  -f |       -af^2 - adf       af(f+d)
 Cx = -------------  =  ------------ = ------------
       | -f  a  |        f^2 - ad          ad - f^2
       | d  -f  |  
       
       | -f af |
       | d  df |       -df^2 - adf        fd(a+f)
 Cy = -------------  =  ------------ = ------------
       | -f  a  |        f^2 - ad          ad - f^2
       | d  -f |           
       
同理,
I: BE & DH
   ex + by = be
   dx  - fy = df
   
       | eb  b  |
       | df  -f |       -ebf - bdf       bf(e+d)
 Ix = -------------  =  ------------ = ------------
       | e  b |          -ef - bd          ef + bd
       | d  -f |     

       | e  be |
       | d  df |       edf - ebd          ed(b-f)
 Iy = -------------  =  ------------ = ------------
       | e  b |          -ef - bd          ef + bd
       | d  -f|                
 
J:  BE & AF
       ex + by = be
       -fx + ay = af
       
       | eb  b |
       | af  a |       abe - abf         ab(e-f)
 Jx = -------------  =  ------------ = ------------
       | e  b |          ae + bf          ae + bf
       | -f a |         
       
       | e  eb |
       | -f af |        aef + bef        ef(a+b)
 Jy = -------------  =  ------------ = ------------
       | e  b |          ae + bf          ae + bf
       | -f a |  


又從C做直線CM平行y軸,與BE交於M, 則M的坐標滿足
    ex + by = eb
    x = Cx
    
  My =  1/b*(eb - e*Cx)
     = e/b(b - Cx)
     = e - e/b * Cx
     = e - e/b * af(f+d)/(ad-f^2)

現在可得到如下方程:
 10 = S_DGH = 1/2 * f * d  
          即:   d*f = 20         ------        (1)
 3 = S_AFG = 1/2 * a * f  
     即:        a*f = 6          ------        (2)
 8 = S_EFJ = 1/2 * (e-f)*Jx = 1/2 * (e-f) *  ab(e-f)/(ae+bf)  =
     即:       ab(e-f)^2/(ae+bf) = 16  ------ (3)
 7 = S_BHI = 1/2 * (b-f)*Iy = 1/2 * (b-f) * ed(b-f)/(ef+bd) =>  ed(b-f)^2/(ef+bd) = 14
     即:     ed(b-f)^2/(ef+bd) = 14   ---- (4)

15 = S_CIJ = 1/2 * (Ix - Jx)*(Cy - My) = 1/2 * (bf(e+d)/(ef+bd) - ab(e-f)/(ae+bf)) * (fd(a+f)/(ad-f^2) - e + e/b * ah(f+d)/(ad-f^2))     
即:  (bf(e+d)/(ef+bd) - ab(e-f)/(ae+bf)) * (fd(a+f)/(ad-f^2) - e + e/b * ah(f+d)/(ad-f^2)) = 30          ----- (5)

理論上,可從(1)-(5)五個方程解出a,b,d,e,f的值,然後就可得
  S_GHIJF = S_AHC - 3 - 15
          = 1/2 * (a+f) * Cy - 18
          = 1/2 * (a+f) * fd(a+f)/(ad-f^2) - 18      ----- (6)
把(6)乘以119就是所求結果。

問題是, (1),(2),(3),(4),(5)聯立的方程組是個高次方程,求解非常繁雜(如果不是impossible)。
因此,或者(6)的值可由(1)-(5)進行巧妙的運算得到(而不需要解出每個變量值),或者有其它更好方法。但我的思路就止於此了.

       

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