Í ferningslaga bókaskáp eru tvær jafn þykkar og jafn háar bækur skorðaðar eins og myndin sýnir. Ef hæð skápsins er $1$ lengdareining, hver er þá þykkt bókanna?
Lausn
Við látum $a$ tákna þykkt bókanna og látum $x$ tákna
hornið sem skálínan myndar við botninn eins og sýnt er á myndinni.
Botninn samansetndur af þremur
línustrikum og því fáum við jöfnuna
$$cos(x) +asin(x)+a=1.$$
Hæðin til vinstri samanstendur af tveimur strikum og við fáum því
jöfnuna $$acos(x)+sin(x)=1.$$
Ef við margföldum seinni jöfnuna með $a$ og drögum frá þeirri fyrri fáum
við $$(1-a^2)cos(x)=1-2a$$
og þegar við margföldum fyrri jöfnuna með $a$ og drögum frá þeirri
seinni fáum við $$(1-a^2)sin(x)=1-a+a^2.$$
Nú notfærum við okkur að $cos^2(x)+sin^2(x)=1$. Þá fáum við
eftirfarandi jafngildu jöfnur fyrir $x$
$$
\begin{aligned}
(1-a^2)^2&=(1-2a)^2+(1-a+a^2)^2, \\
1-2a^2+a^4&=1-4a+4a^2+1+a^2+a^4-2a+2a^2-2a^3, \\
0&=1-6a+9a^2-2a^3.
\end{aligned}
$$
Auðvelt er að sannfæra sig um að $a= \frac{1}{2}$ er lausn (það er
tilfellið þegar báðar bækurnar standa uppréttar og fylla út í bókaskápinn)
og við getum þá þáttað hægri hliðina í síðustu jöfnunni
$$
2a^3-9a^2+6a-1=(2a-1)(a^2-4a+1).
$$
Annars stigs þátturinn hefur núllstöðvarnar $a=2\pm \sqrt{3}$ en aðeins
önnur þeirra er á bilinu $[0,1]$. Svarið er því að þykktin er
$2-\sqrt{3}$ lengdareiningar.