Question Number 102836 by ajfour last updated on 11/Jul/20
Commented by ajfour last updated on 11/Jul/20
$$\bigtriangleup{ABC}\:{is}\:{equilateral}\:{with}\:{side}\:{a}. \\ $$$${If}\:{regions}\:\mathrm{1},\mathrm{2},\mathrm{3}\:{have}\:{equal} \\ $$$${perimeters},\:{find}\:{x}/{a}. \\ $$
Answered by mr W last updated on 11/Jul/20
$${CD}={p} \\ $$$${CE}={q} \\ $$$${DE}=\sqrt{{p}^{\mathrm{2}} +{q}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{pq}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{60}°}=\sqrt{{p}^{\mathrm{2}} +{q}^{\mathrm{2}} −{pq}} \\ $$$${BE}=\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{q}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{a}\left({a}−{q}\right)\:\mathrm{cos}\:\mathrm{60}°}=\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{q}\right)^{\mathrm{2}} −{a}\left({a}−{q}\right)} \\ $$$${P}_{\mathrm{1}} ={p}+{q}+\sqrt{{p}^{\mathrm{2}} +{q}^{\mathrm{2}} −{pq}} \\ $$$${P}_{\mathrm{2}} ={a}−{p}+\sqrt{{p}^{\mathrm{2}} +{q}^{\mathrm{2}} −{pq}}+\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{q}\right)^{\mathrm{2}} −{a}\left({a}−{q}\right)} \\ $$$${P}_{\mathrm{3}} =\mathrm{2}{a}−{q}+\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{q}\right)^{\mathrm{2}} −{a}\left({a}−{q}\right)} \\ $$$${P}_{\mathrm{3}} ={P}_{\mathrm{2}} : \\ $$$$\mathrm{2}{a}−{q}={a}−{p}+\sqrt{{p}^{\mathrm{2}} +{q}^{\mathrm{2}} −{pq}} \\ $$$${a}+{p}−{q}=\sqrt{{p}^{\mathrm{2}} +{q}^{\mathrm{2}} −{pq}} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{a}\left({p}−{q}\right)−{pq}=\mathrm{0} \\ $$$${with}\:\alpha=\frac{{p}}{{a}},\:\beta=\frac{{q}}{{a}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{2}\left(\alpha−\beta\right)−\alpha\beta+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\:\:…\left({i}\right) \\ $$$$ \\ $$$${P}_{\mathrm{1}} ={P}_{\mathrm{2}} : \\ $$$${p}+{q}={a}−{p}+\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{q}\right)^{\mathrm{2}} −{a}\left({a}−{q}\right)} \\ $$$$\mathrm{2}{p}+{q}−{a}=\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{q}\right)^{\mathrm{2}} −{a}\left({a}−{q}\right)} \\ $$$$\mathrm{4}{p}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{pq}−\mathrm{4}{ap}−{aq}=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{4}\alpha^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\alpha\beta−\mathrm{4}\alpha−\beta=\mathrm{0}\:\:\:…\left({ii}\right) \\ $$$$ \\ $$$${from}\:\left({i}\right)\:{and}\:\left({ii}\right): \\ $$$$\beta=\frac{\mathrm{2}\alpha+\mathrm{1}}{\alpha+\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{4}\alpha\left(\mathrm{1}−\alpha\right)}{\mathrm{4}\alpha−\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{4}\alpha^{\mathrm{3}} +\mathrm{12}\alpha^{\mathrm{2}} −\mathrm{6}\alpha−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${we}\:{get}: \\ $$$$\alpha=\mathrm{0}.\mathrm{5504},\:\beta=\mathrm{0}.\mathrm{8237} \\ $$$$\frac{{x}}{{a}}=\mathrm{1}−\alpha=\mathrm{0}.\mathrm{4496} \\ $$
Commented by ajfour last updated on 11/Jul/20
$$\mathcal{SUPERB}!\:\:{Sir},\:{Great}\:{solution}, \\ $$$${thanks}\:{a}\:{lot}. \\ $$
Answered by 1549442205 last updated on 11/Jul/20
Commented by 1549442205 last updated on 12/Jul/20
$$\mathrm{Putting}\:\mathrm{BD}=\mathrm{m},\mathrm{CE}=\mathrm{n},\mathrm{BC}=\mathrm{aWe}\:\mathrm{need} \\ $$$$\mathrm{find}\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}=\:\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{a}}.\mathrm{From}\:\mathrm{the}\:\mathrm{cosine}\:\mathrm{theorem}\:\mathrm{we} \\ $$$$\:\mathrm{get}\:\mathrm{DE}=\sqrt{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{a}−\mathrm{m}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{n}\left(\mathrm{a}−\mathrm{m}\right)} \\ $$$$\mathrm{BE}=\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{a}−\mathrm{n}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}\left(\mathrm{a}−\mathrm{n}\right)}\:.\mathrm{From} \\ $$$$\:\mathrm{the}\:\mathrm{hypothesis}\:\mathrm{p}\left(\Delta\mathrm{ABE}\right)=\mathrm{p}\left(\Delta\mathrm{BDE}\right) \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\mathrm{AB}+\mathrm{AE}=\mathrm{BD}+\mathrm{DE} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{a}+\mathrm{a}−\mathrm{n}=\mathrm{m}+\sqrt{\left(\mathrm{a}−\mathrm{m}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{n}\left(\mathrm{a}−\mathrm{m}\right)} \\ $$$$\Leftrightarrow\left(\mathrm{2a}−\mathrm{n}−\mathrm{m}\right)^{\mathrm{2}} =\left(\mathrm{a}−\mathrm{m}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{n}\left(\mathrm{a}−\mathrm{m}\right) \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{4a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{m}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4an}−\mathrm{4am}+\mathrm{2mn}= \\ $$$$\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2am}+\mathrm{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{an}+\mathrm{mn} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{3a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3an}−\mathrm{2am}+\mathrm{mn}=\mathrm{0}\left(\mathrm{1}\right) \\ $$$$\mathrm{p}\left(\Delta\mathrm{BDE}\right)=\mathrm{p}\left(\Delta\mathrm{CDE}\right)\Leftrightarrow\mathrm{BD}+\mathrm{BE}=\mathrm{CD}+\mathrm{CE} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{m}+\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{a}−\mathrm{n}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}\left(\mathrm{a}−\mathrm{n}\right)}=\mathrm{a}−\mathrm{m}+\mathrm{n} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{a}−\mathrm{n}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}\left(\mathrm{a}−\mathrm{n}\right)=\left(\mathrm{a}+\mathrm{n}−\mathrm{2m}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{an}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} =\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2an}−\mathrm{4am}−\mathrm{4mn} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{4m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3an}−\mathrm{4am}−\mathrm{4mn}=\mathrm{0}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\mathrm{From}\:\left(\mathrm{1}\right)\:\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\mathrm{n}=\frac{\mathrm{3a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2am}}{\mathrm{3a}−\mathrm{m}}\left(\ast\right).\mathrm{Replace} \\ $$$$\mathrm{into}\:\left(\mathrm{2}\right)\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$$\mathrm{4m}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{3a}−\mathrm{4m}\right)×\frac{\mathrm{3a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2am}}{\mathrm{3a}−\mathrm{m}}−\mathrm{4am}=\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{12am}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{9a}^{\mathrm{3}} −\mathrm{18a}^{\mathrm{2}} \mathrm{m}+\mathrm{8am}^{\mathrm{2}} −\mathrm{12a}^{\mathrm{2}} \mathrm{m}+\mathrm{4am}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{4m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{30a}^{\mathrm{2}} \mathrm{m}−\mathrm{2am}^{\mathrm{2}} −\mathrm{9a}^{\mathrm{3}} =\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{4}\left(\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{a}}\right)^{\mathrm{3}} −\mathrm{24}\left(\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{a}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{30}\left(\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{a}}\right)−\mathrm{9}=\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\boldsymbol{\mathrm{x}}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}}=\frac{\boldsymbol{\mathrm{m}}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}}=\mathrm{0}.\mathrm{4495847837} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{From}}\left(\ast\right)\:\boldsymbol{\mathrm{we}}\:\boldsymbol{\mathrm{get}}: \\ $$$$\:\boldsymbol{\mathrm{y}}=\frac{\boldsymbol{\mathrm{n}}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}}=\mathrm{2}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{3}−\frac{\boldsymbol{\mathrm{m}}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}}}=\mathrm{0}.\mathrm{823720452} \\ $$
Commented by ajfour last updated on 12/Jul/20
$${thanks}\:{Sir},\:{excellent}. \\ $$
Commented by 1549442205 last updated on 13/Jul/20
$$\mathrm{You}\:\mathrm{are}\:\mathrm{welcome}\:\mathrm{sir}. \\ $$