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Geometry · real student question

两张全等的正方形纸片,每张的对角线都是 14 厘米。它们重叠后公共部分仍是一个正方形。若覆盖的总面积是 160 平方厘米,求重叠部分的边长。

Question

两张全等的正方形纸片,每张的对角线都是 1414 cm。把它们摆放成重叠部分本身也是一个正方形。整个图形覆盖的总面积为 160160 平方厘米。求重叠正方形的边长。

Step-by-step solution

  1. 先由对角线求出一张纸的面积。 对角线为 dd 的正方形,边长是 d2\tfrac{d}{\sqrt2},所以面积为

    A=(d2)2=d22A=\left(\frac{d}{\sqrt2}\right)^2=\frac{d^2}{2}

    代入 d=14d=14:

    A=1962=98 cm2A=\frac{196}{2}=98\ \text{cm}^2

  2. 把两张纸的面积相加,此时重叠部分被数了两遍。 把两张纸摞在一起,它们的面积之和是

    98+98=196 cm298+98=196\ \text{cm}^2

    但重叠的那块区域在两张纸里各被算了一次。

  3. 用容斥原理把重叠部分分离出来。 实际覆盖的面积就是并集:

    ∣A∪B∣=∣A∣+∣B∣−∣A∩B∣|A\cup B|=|A|+|B|-|A\cap B|

    160=196−∣A∩B∣⟹∣A∩B∣=36 cm2160=196-|A\cap B|\quad\Longrightarrow\quad|A\cap B|=36\ \text{cm}^2

  4. 把重叠面积换算成边长。 题目说重叠部分是正方形,所以它的边长就是面积的算术平方根:

    s=36=6 cms=\sqrt{36}=6\ \text{cm}

  5. 检查几何上是否自洽。 每张纸的边长是 142≈9.9\tfrac{14}{\sqrt2}\approx 9.9 cm,而重叠部分的边长 66 cm 比它小,本来就该如此 ✓\checkmark。倒推一遍:196−36=160196-36=160 ✓\checkmark。

Answer

s=6 cm(重叠面积 36 cm2)s=6\ \mathrm{cm}\quad(\text{重叠面积 }36\ \mathrm{cm}^2)

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