图中所示为一个面积为 18 cm2^2 的三角形 PQRPQR。底边 QRQR 的长度为 (42+8)(4\sqrt{2} + 8) cm。将线段 RQRQ 延长至点 SS,使得角 PSR=45∘PSR = 45^\circ。

  1. (a)

    求点 PP 到 QRQR 的垂直距离,并将结果表示为 a+b2a + b\sqrt{2} 的形式,其中 aa 和 bb 为有理数。

  2. (b)

    求 PSPS 的确切长度,并将结果表示为 m+n2m + n\sqrt{2} 的形式,其中 mm 和 nn 为整数。

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完整解法

2(a)

1. Set up the equation for the area of the triangle to find the perpendicular height $h$.

12×base×height=Area\frac{1}{2} \times \text{base} \times \text{height} = \text{Area}
12(42+8)h=18\frac{1}{2}(4\sqrt{2} + 8)h = 18

2. Isolate $h$ and simplify the fraction.

(22+4)h=18(2\sqrt{2} + 4)h = 18
h=184+22=92+2h = \frac{18}{4 + 2\sqrt{2}} = \frac{9}{2 + \sqrt{2}}

3. Rationalise the denominator by multiplying by the conjugate.

h=92+2×2−22−2h = \frac{9}{2 + \sqrt{2}} \times \frac{2 - \sqrt{2}}{2 - \sqrt{2}}
h=9(2−2)22−(2)2h = \frac{9(2 - \sqrt{2})}{2^2 - (\sqrt{2})^2}
h=18−924−2h = \frac{18 - 9\sqrt{2}}{4 - 2}
h=18−922h = \frac{18 - 9\sqrt{2}}{2}
h=9−922h = 9 - \frac{9}{2}\sqrt{2}

答案

9−9229 - \frac{9}{2}\sqrt{2} cm

2(b)

1. Find the perpendicular distance from $P$ to $QR$ (from part a)

Let hh be the perpendicular distance from PP to QRQR.
12×(42+8)×h=18\frac{1}{2} \times (4\sqrt{2} + 8) \times h = 18
h=368+42=92+2h = \frac{36}{8 + 4\sqrt{2}} = \frac{9}{2 + \sqrt{2}}
h=9(2−2)(2+2)(2−2)=18−924−2=18−922h = \frac{9(2 - \sqrt{2})}{(2 + \sqrt{2})(2 - \sqrt{2})} = \frac{18 - 9\sqrt{2}}{4 - 2} = \frac{18 - 9\sqrt{2}}{2}

2. Use trigonometry to find the length of $PS$

Let TT be the foot of the perpendicular from PP to SRSR. In the right-angled triangle PTSPTS, ∠PST=45∘\angle PST = 45^\circ.
sin⁡45∘=hPS\sin 45^\circ = \frac{h}{PS}
PS=hsin⁡45∘=h12=h2PS = \frac{h}{\sin 45^\circ} = \frac{h}{\frac{1}{\sqrt{2}}} = h\sqrt{2}
PS=(18−922)2=182−182=−9+92PS = \left( \frac{18 - 9\sqrt{2}}{2} \right) \sqrt{2} = \frac{18\sqrt{2} - 18}{2} = -9 + 9\sqrt{2}

答案

−9+92-9 + 9\sqrt{2}

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