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101文華高中(含計算題)

第三題
\(\displaystyle p^2+5pq+q^2=7^{101} \)

對\( p \)而言是二次方程式,判別式為
\(\displaystyle 25q^2-4(q^2-7^{101})=21q^2+4 \times 7^{101}=7(3q^2+4 \times 7^{100}) \)

若\( p \)為整數,那麼判別式必須是完全平方數,因此知道
\(\displaystyle 3q^2+4 \times 7^{100} \)要是7的倍數
也就可以推出\( q \)為7的倍數
那麼\( p \)就是7的倍數
假設\( p=7p_1,q=7q_2 \)
於是得到
\(\displaystyle p_1^2+5p_1q_1+q_1^2=7^{99} \)

重覆這些步驟最後得到
\(\displaystyle P^2+5PQ+Q^2=7 \)

顯然有\( P=Q=1 \)
所以
\(\displaystyle p=q=7^{50} \)
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四面體ABCD的體積公式,我覺得這個五階的應該比較好記
\(\displaystyle 288V^2=\left |
\begin {array} {clr}
0 & 1 & 1&  1 & 1  \\
1 & 0 & AB^2 & AC^2 & AD^2  \\
1 & BA^2 & 0 & BC^2 & BD^2  \\
1 & CA^2 & CB^2 & 0 & CD^2  \\
1 & DA^2 & DB^2 & DC^2 & 0  \\
\end {array} \right |
\)

來源:http://mathworld.wolfram.com/Tetrahedron.html


101.8.1版主補充
游森棚老師所寫的文章,有對稱之美的海龍公式

附件

有對稱之美的海龍公式.zip (25.9 KB)

2012-8-2 11:02, 下載次數: 12201

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回復 56# mandy 的帖子

剛剛花了五分鐘確認,答案的確是\( 4\sqrt{23} \)
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回復 59# mandy 的帖子

試了一下最常見的錯誤類型,果然是126050,我得說問題出在你不會"降階"!!
四階以上行列式的計算可不是像三階一樣!!!!!!!!
這也不能怪你,因為現行高中教材只談二三階,如果老師沒補充,學生就沒學到。
請網路搜尋"行列式降階",應該可以找到有關四階以上的行列式的計算方式;
或者是翻一下你的線性代數課本,應該也有。
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引用:
原帖由 mandy 於 2012-5-5 12:38 PM 發表


謝謝老師!! 我想起來了, 以前高中時, 的確學過, 是太久沒算了, 謝謝老師 !!

我認為如果是用公式五階的行列式計算四面體的體積, 不見得快, 因為降階從五階降到四階, 再從四階降到三階, 計算就很大,
老師認為呢 ? ...
用#40 彬爸文中的符號

\(\displaystyle BC=a,CA=b,AB=c,DA=\alpha,DB=\beta,DC=\gamma \)

\(\displaystyle 288V^2=\left |
\begin {array} {ccccc}
0 & 1 & 1 & 1 & 1  \\
1 & 0 & c^2 & b^2 & \alpha^2  \\
1 & c^2 & 0 & a^2 & \beta^2  \\
1 & b^2 & a^2 & 0 & \gamma^2  \\
1 & \alpha^2 & \beta^2 & \gamma^2 & 0  \\
\end {array} \right |
\)
\(\displaystyle  =\left |
\begin {array} {ccccc}
0 & 1 & 1 & 1 & 1  \\
0 & -\alpha^2 & c^2-\beta^2 & b^2-\gamma^2 & \alpha^2  \\
0 & c^2-\alpha^2 & -\beta^2 & a^2-\gamma^2 & \beta^2  \\
0 & b^2-\alpha^2 & a^2-\beta^2 & -\gamma^2 & \gamma^2  \\
1 & \alpha^2 & \beta^2 & \gamma^2 & 0  \\
\end {array} \right |
\)

\(\displaystyle =\left |
\begin {array} {cccc}
1 & 1 & 1 & 1  \\
-\alpha^2 & c^2-\beta^2 & b^2-\gamma^2 & \alpha^2  \\
c^2-\alpha^2 & -\beta^2 & a^2-\gamma^2 & \beta^2  \\
b^2-\alpha^2 & a^2-\beta^2 & -\gamma^2 & \gamma^2  \\
\end {array} \right |
\)

\(\displaystyle =\left |
\begin {array} {cccc}
0 & 0 & 0 & 1  \\
-2\alpha^2 & c^2-\beta^2-\alpha^2 & b^2-\gamma^2-\alpha^2 & \alpha^2  \\
c^2-\alpha^2-\beta^2 & -2\beta^2 & a^2-\gamma^2-\beta^2 & \beta^2  \\
b^2-\alpha^2-\gamma^2 & a^2-\beta^2-\gamma^2 & -2\gamma^2 & \gamma^2  \\
\end {array} \right |
\)

\(\displaystyle =-\left |
\begin {array} {ccc}
-2\alpha^2 & c^2-\beta^2-\alpha^2 & b^2-\gamma^2-\alpha^2  \\
c^2-\alpha^2-\beta^2 & -2\beta^2 & a^2-\gamma^2-\beta^2   \\
b^2-\alpha^2-\gamma^2 & a^2-\beta^2-\gamma^2 & -2\gamma^2   \\
\end {array} \right |
\)

\(\displaystyle =\left |
\begin {array} {ccc}
2\alpha^2 & \alpha^2+\beta^2-c^2 & \alpha^2+\gamma^2-b^2   \\
\alpha^2+\beta^2-c^2 & 2\beta^2 & \beta^2+\gamma^2-a^2   \\
\alpha^2+\gamma^2-b^2 & \beta^2+\gamma^2-a^2 & 2\gamma^2   \\
\end {array} \right |
\)



這就得到 彬爸 所PO的公式。
至於你說的計算難度問題,的確,五階比三階難算得多,
實際運用時,就憑你的記憶和計算能力吧。(感謝寸絲老師~~)
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填充14.
空間中,四面體\(A-BCD\),\(\overline{AB}=\overline{CD}=6\),\(\overline{AC}=\overline{AD}=\overline{BC}=5\),\(\overline{BD}=7\),求四面體\(A-BCD\)的體積為   
[解答]
"不如歸去"啊~~~~真的,當我看到"科科科"的題目時,也是作如此想。

把四面體展開,反正就是畢氏定理。
如圖,以ABC為底面,將DAB、DAC、DBC打開到同一個平面,
過\( D_1 \)作 \( AB \)的垂線,垂足為E;
過\( D_2 \)作 \( AC \)的垂線,垂足為F,並與 \( AB \)交於G,與 \( D_1E \)交於H,
那麼H就是原來D點在平面ABC上的投影點。

簡單計算可以得到
\(\displaystyle D_1E=2\sqrt{24},AE=1,AF=\frac{7}{5} \)

那麼\(\displaystyle AG=AF \times \frac{5}{3}=\frac{7}{3} \)

\(\displaystyle EG=AG-AE=\frac{4}{3} \)

\(\displaystyle EH=EG \times \frac{3}{4}=1 \)

\(\displaystyle DH^2=D_1E^2-EH^2=23 \)

所以\(\displaystyle (ABCD)=\frac{1}{3} \times 12 \times \sqrt{23} =4\sqrt{23} \)

附件

101文華填14.jpg (16.54 KB)

2012-5-6 20:26

101文華填14.jpg

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