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Geometry · real student question

两张完全相同的正方形纸片,每张的对角线都是 24 cm。把它们上下叠放,使重叠区域本身也是一个正方形,边为 AB。若整个图形覆盖的总面积是 384 平方厘米,求 AB 的长。

Question

两张完全相同的正方形纸片,每张的对角线都是 2424 cm。把它们一张叠在另一张上面,使重叠区域本身也是一个正方形,其边为 ABAB。

若整个图形覆盖的总面积是 384384 平方厘米,求 ABAB 的长。

Step-by-step solution

  1. 用对角线公式求正方形的面积。 由 d=s2d=s\sqrt2 得 s2=d22s^2=\tfrac{d^2}{2},所以每张纸的

    面积=12(24)2=5762=288 cm2\text{面积}=\frac{1}{2}(24)^2=\frac{576}{2}=288\ \text{cm}^2

    注意面积是按 d2d^2 变化的:把对角线从 1212 加倍到 2424,面积会变成四倍。

  2. 用容斥原理。 覆盖面积把公共区域只算一次,而不是两次:

    覆盖面积=面积1+面积2−重叠面积\text{覆盖面积}=\text{面积}_1+\text{面积}_2-\text{重叠面积}

  3. 解出重叠面积。 纸片总面积是 288+288=576 cm2288+288=576\ \text{cm}^2,而实际被覆盖的只有 384 cm2384\ \text{cm}^2:

    重叠面积=576−384=192 cm2\text{重叠面积}=576-384=192\ \text{cm}^2

  4. 由于重叠区域是正方形,直接开平方。

    AB=192 cmAB=\sqrt{192}\ \text{cm}

  5. 化简根式。 把最大的完全平方因子提出来:192=64×3192=64\times3,而 64=8\sqrt{64}=8,所以

    AB=83≈13.86 cmAB=8\sqrt3\approx13.86\ \text{cm}

    和 1818 cm 那个版本里冒出 78\sqrt{78} 的情形不同,这个根式化得很干净。

  6. 检查合理性。 每张纸的边长是 288≈16.97\sqrt{288}\approx16.97 cm,而 13.86<16.9713.86<16.97 ✓,所以重叠部分确实塞得进一张纸里。重叠占每张纸的 192288=23\tfrac{192}{288}=\tfrac{2}{3}——虽然偏大,但完全可能 ✓。

Answer

AB=192=83≈13.86 cmAB=\sqrt{192}=8\sqrt3\approx 13.86\ \text{cm}

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