如图所示,一个直棱柱的底面为三角形 ABCABC,其中角 BAC=60∘BAC = 60^\circ 且 AB=(2+3) cmAB = (2 + \sqrt{3})\text{ cm}。该棱柱的高为 (203) cm\left(\frac{20}{\sqrt{3}}\right)\text{ cm},体积为 (25+103) cm3(25 + 10\sqrt{3})\text{ cm}^3。 不使用计算器,将 ACAC 的长度表示为 (a+b3)(a + b\sqrt{3}) 的形式,其中 aa 和 bb 为常数。

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完整解法

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1. Find the area of the triangular base $ABC$ using the volume and height of the prism.

Volume=Base Area×Height\text{Volume} = \text{Base Area} \times \text{Height}
25+103=Area(ABC)×(203)25 + 10\sqrt{3} = \text{Area}(ABC) \times \left(\frac{20}{\sqrt{3}}\right)
Area(ABC)=(25+103)320\text{Area}(ABC) = \frac{(25 + 10\sqrt{3})\sqrt{3}}{20}
Area(ABC)=253+3020=53+64\text{Area}(ABC) = \frac{25\sqrt{3} + 30}{20} = \frac{5\sqrt{3} + 6}{4}

2. Express the area of triangle $ABC$ using the sine formula for area.

Area(ABC)=12×AB×AC×sin⁡(BAC)\text{Area}(ABC) = \frac{1}{2} \times AB \times AC \times \sin(BAC)
Area(ABC)=12(2+3)(AC)sin⁡(60∘)\text{Area}(ABC) = \frac{1}{2}(2 + \sqrt{3})(AC)\sin(60^\circ)
Area(ABC)=12(2+3)(AC)(32)\text{Area}(ABC) = \frac{1}{2}(2 + \sqrt{3})(AC)\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)
Area(ABC)=3(2+3)4×AC\text{Area}(ABC) = \frac{\sqrt{3}(2 + \sqrt{3})}{4} \times AC
Area(ABC)=23+34×AC\text{Area}(ABC) = \frac{2\sqrt{3} + 3}{4} \times AC

3. Equate the two expressions for the area to solve for $AC$.

23+34×AC=53+64\frac{2\sqrt{3} + 3}{4} \times AC = \frac{5\sqrt{3} + 6}{4}
(23+3)×AC=53+6(2\sqrt{3} + 3) \times AC = 5\sqrt{3} + 6
AC=53+623+3AC = \frac{5\sqrt{3} + 6}{2\sqrt{3} + 3}

4. Rationalise the denominator to express $AC$ in the required form.

AC=6+533+23×3−233−23AC = \frac{6 + 5\sqrt{3}}{3 + 2\sqrt{3}} \times \frac{3 - 2\sqrt{3}}{3 - 2\sqrt{3}}
AC=18−123+153−10(3)32−(23)2AC = \frac{18 - 12\sqrt{3} + 15\sqrt{3} - 10(3)}{3^2 - (2\sqrt{3})^2}
AC=18+33−309−12AC = \frac{18 + 3\sqrt{3} - 30}{9 - 12}
AC=−12+33−3AC = \frac{-12 + 3\sqrt{3}}{-3}

5. Simplify the fraction to get the final answer.

AC=4−3AC = 4 - \sqrt{3}

答案

4−34 - \sqrt{3}

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