图示为一个棱柱,其横截面为边长为 (5+3)(5 + \sqrt{3}) cm 的正六边形。

  1. (a)

    求该棱柱横截面积的表达式,表示为 q3+p cm2q\sqrt{3} + p\text{ cm}^2 的形式,其中 pp 和 qq 是整数。

  2. (b)

    已知该棱柱的体积为 3(323+138) cm33(32\sqrt{3} + 138)\text{ cm}^3,求该棱柱的高,表示为 (a3+b) cm(a\sqrt{3} + b)\text{ cm} 的形式,其中 aa 和 bb 是整数。

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完整解法

11(a)

1. Express the area of the regular hexagon in terms of its side length

A regular hexagon can be divided into 6 equilateral triangles.
Area =6×(12s2sin⁡60∘)= 6 \times \left( \frac{1}{2} s^2 \sin 60^\circ \right)
=3s2(32)= 3 s^2 \left( \frac{\sqrt{3}}{2} \right)
=332(5+3)2= \frac{3\sqrt{3}}{2} (5 + \sqrt{3})^2

2. Expand the squared term

(5+3)2=52+2(5)(3)+(3)2(5 + \sqrt{3})^2 = 5^2 + 2(5)(\sqrt{3}) + (\sqrt{3})^2
=25+103+3= 25 + 10\sqrt{3} + 3
=28+103= 28 + 10\sqrt{3}

3. Multiply and simplify to the required form

Area =332(28+103)= \frac{3\sqrt{3}}{2} (28 + 10\sqrt{3})
=33(14+53)= 3\sqrt{3} (14 + 5\sqrt{3})
=423+15(3)= 42\sqrt{3} + 15(3)
=423+45= 42\sqrt{3} + 45

答案

423+4542\sqrt{3} + 45

11(b)

1. Calculate the cross-sectional area of the regular hexagon from part (a)

Area =6×12×(5+3)2×sin⁡(60∘)= 6 \times \frac{1}{2} \times (5 + \sqrt{3})^2 \times \sin(60^\circ)
=3×(25+103+3)×32= 3 \times (25 + 10\sqrt{3} + 3) \times \frac{\sqrt{3}}{2}
=332(28+103)= \frac{3\sqrt{3}}{2} (28 + 10\sqrt{3})
=33(14+53)= 3\sqrt{3} (14 + 5\sqrt{3})
=423+45= 42\sqrt{3} + 45

2. Set up the equation for the height of the prism

Volume =Cross-sectional area×height= \text{Cross-sectional area} \times \text{height}
3(323+138)=(45+423)×h3(32\sqrt{3} + 138) = (45 + 42\sqrt{3}) \times h
h=414+96345+423h = \frac{414 + 96\sqrt{3}}{45 + 42\sqrt{3}}
h=3(138+323)3(15+143)h = \frac{3(138 + 32\sqrt{3})}{3(15 + 14\sqrt{3})}
h=138+32315+143h = \frac{138 + 32\sqrt{3}}{15 + 14\sqrt{3}}

3. Rationalise the denominator to find the height in the required form

h=138+32315+143×15−14315−143h = \frac{138 + 32\sqrt{3}}{15 + 14\sqrt{3}} \times \frac{15 - 14\sqrt{3}}{15 - 14\sqrt{3}}
=138(15)−138(143)+323(15)−32(14)(3)152−(143)2= \frac{138(15) - 138(14\sqrt{3}) + 32\sqrt{3}(15) - 32(14)(3)}{15^2 - (14\sqrt{3})^2}
=2070−19323+4803−1344225−588= \frac{2070 - 1932\sqrt{3} + 480\sqrt{3} - 1344}{225 - 588}
=726−14523−363= \frac{726 - 1452\sqrt{3}}{-363}
=−2+43= -2 + 4\sqrt{3}
=43−2= 4\sqrt{3} - 2

答案

(43−2)(4\sqrt{3} - 2)

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