2000 AIME II Problema 11

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 11 del 2000 AIME II, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2000 AIME II, o revisar la clave de respuestas.

Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

Conceptos:trapeciopunto reticularpendienteanálisis por casos

Nivel de dificultad: 2990

11.

Las coordenadas de los vértices del trapecio isósceles ABCDABCD son todas enteras, con A=(20,100)A = (20, 100) y D=(21,107)D = (21, 107). El trapecio no tiene lados horizontales ni verticales, y AB\overline{AB} y CD\overline{CD} son los únicos lados paralelos. La suma de los valores absolutos de todas las pendientes posibles de AB\overline{AB} es m/nm/n, donde mm y nn son enteros positivos primos entre sí. Halla m+nm + n.

The coordinates of the vertices of isosceles trapezoid ABCDABCD are all integers, with A=(20,100)A = (20, 100) and D=(21,107).D = (21, 107). The trapezoid has no horizontal or vertical sides, and AB\overline{AB} and CD\overline{CD} are the only parallel sides. The sum of the absolute values of all possible slopes for AB\overline{AB} is m/n,m/n, where mm and nn are relatively prime positive integers. Find m+n.m + n.

Solución:

Como todos los vértices son puntos reticulares, w=BCw = \overrightarrow{BC} es un vector entero con w=AD=50|w| = |\overrightarrow{AD}| = \sqrt{50}, así que ww es uno de (±1,±7)(\pm 1, \pm 7), (±7,±1)(\pm 7, \pm 1), (±5,±5)(\pm 5, \pm 5). Escribe AD=(1,7)=su^+hv^\overrightarrow{AD} = (1, 7) = s\,\hat{u} + h\,\hat{v} donde u^\hat{u} apunta a lo largo de AB\overline{AB} y v^\hat{v} es perpendicular. Como ABCD\overline{AB} \parallel \overline{CD}, el vector ww tiene la misma componente perpendicular hh, y la igualdad de las longitudes de los lados obliga a que su componente en u^\hat{u} sea s-s (el valor +s+s da un paralelogramo). Por tanto (1,7)w=2su^(1, 7) - w = 2s\,\hat{u} es paralelo a AB\overline{AB}.

Descarta w=(1,7)w = (1, 7) (paralelogramo) y w=(1,7)w = (-1, -7) (entonces h=0h = 0, degenerado). Las opciones w=(1,7)w = (1, -7) y w=(1,7)w = (-1, 7) hacen que (1,7)w(1, 7) - w sea vertical u horizontal, lo cual está prohibido. Las ocho opciones restantes dan (1,7)w(1, 7) - w igual a (6,6)(-6, 6), (6,8)(-6, 8), (8,6)(8, 6), (8,8)(8, 8), (4,2)(-4, 2), (4,12)(-4, 12), (6,2)(6, 2), (6,12)(6, 12), con pendientes 1-1, 43-\frac{4}{3}, 34\frac{3}{4}, 11, 12-\frac{1}{2}, 3-3, 13\frac{1}{3}, 22; cada una es realizable colocando BB suficientemente lejos a lo largo de u^\hat{u}.

La suma de los valores absolutos es 1+43+34+1+121 + \frac{4}{3} + \frac{3}{4} + 1 + \frac{1}{2} +3+13+2=11912+ 3 + \frac{1}{3} + 2 = \frac{119}{12}, así que m+n=119+12=131m + n = 119 + 12 = 131.

Since all vertices are lattice points, w=BCw = \overrightarrow{BC} is an integer vector with w=AD=50,|w| = |\overrightarrow{AD}| = \sqrt{50}, so ww is one of (±1,±7),(\pm 1, \pm 7), (±7,±1),(\pm 7, \pm 1), (±5,±5).(\pm 5, \pm 5). Write AD=(1,7)=su^+hv^\overrightarrow{AD} = (1, 7) = s\,\hat{u} + h\,\hat{v} where u^\hat{u} points along AB\overline{AB} and v^\hat{v} is perpendicular. Because ABCD,\overline{AB} \parallel \overline{CD}, the vector ww has the same perpendicular component h,h, and the equal leg lengths force its u^\hat{u}-component to be s-s (the value +s+s gives a parallelogram). Hence (1,7)w=2su^(1, 7) - w = 2s\,\hat{u} is parallel to AB.\overline{AB}.

Discard w=(1,7)w = (1, 7) (parallelogram) and w=(1,7)w = (-1, -7) (then h=0,h = 0, degenerate). The choices w=(1,7)w = (1, -7) and w=(1,7)w = (-1, 7) make (1,7)w(1, 7) - w vertical or horizontal, which is forbidden. The remaining eight choices give (1,7)w(1, 7) - w equal to (6,6),(-6, 6), (6,8),(-6, 8), (8,6),(8, 6), (8,8),(8, 8), (4,2),(-4, 2), (4,12),(-4, 12), (6,2),(6, 2), (6,12),(6, 12), with slopes 1,-1, 43,-\frac{4}{3}, 34,\frac{3}{4}, 1,1, 12,-\frac{1}{2}, 3,-3, 13,\frac{1}{3}, 2;2; each is realizable by placing BB suitably far along u^.\hat{u}.

The sum of the absolute values is 1+43+34+1+121 + \frac{4}{3} + \frac{3}{4} + 1 + \frac{1}{2} +3+13+2=11912,+ 3 + \frac{1}{3} + 2 = \frac{119}{12}, so m+n=119+12=131.m + n = 119 + 12 = 131.

← Problema 10#10Examen completoProblema 12#12 →

El Problema 11 en otros años