2000 AIME II Problema 13

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 13 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:polinomiosuma y diferencia de cubosfactorizacióncuadrática

Nivel de dificultad: 2920

13.

La ecuación 2000x6+100x5+10x32000x^6 + 100x^5 + 10x^3 +x2=0+ x - 2 = 0 tiene exactamente dos raíces reales, una de las cuales es m+nr\frac{m + \sqrt{n}}{r}, donde mm, nn, y rr son enteros, mm y rr son primos entre sí, y r>0.r \gt 0. Halla m+n+r.m + n + r.

The equation 2000x6+100x5+10x32000x^6 + 100x^5 + 10x^3 +x2=0+ x - 2 = 0 has exactly two real roots, one of which is m+nr,\frac{m + \sqrt{n}}{r}, where m,m, n,n, and rr are integers, mm and rr are relatively prime, and r>0.r \gt 0. Find m+n+r.m + n + r.

Solución:

Agrupa la ecuación como 2(1000x61)+x(100x4+10x2+1)=0. \begin{aligned} &2(1000x^6 - 1) \\ &\quad {}+ x(100x^4 + 10x^2 + 1) = 0. \end{aligned} Como 1000x61=(10x2)311000x^6 - 1 = (10x^2)^3 - 1 =(10x21)= (10x^2 - 1) (100x4+10x2+1)(100x^4 + 10x^2 + 1), el lado izquierdo se factoriza como (100x4+10x2+1)(2(10x21)+x)=(100x4+10x2+1)(20x2+x2). \begin{aligned} &(100x^4 + 10x^2 + 1) \\ &\quad \big(2(10x^2 - 1) + x\big) \\ &= (100x^4 + 10x^2 + 1) \\ &\quad (20x^2 + x - 2). \end{aligned}

El factor cuártico siempre es positivo, así que las dos raíces reales son las raíces de 20x2+x2=020x^2 + x - 2 = 0, a saber x=1±16140x = \frac{-1 \pm \sqrt{161}}{40}. La raíz de la forma m+nr\frac{m + \sqrt{n}}{r} es 1+16140\frac{-1 + \sqrt{161}}{40}, con m=1m = -1, n=161n = 161, r=40r = 40, y gcd(1,40)=1\gcd(-1, 40) = 1. Así m+n+r=1+161+40m + n + r = -1 + 161 + 40 =200= 200.

Group the equation as 2(1000x61)+x(100x4+10x2+1)=0. \begin{aligned} &2(1000x^6 - 1) \\ &\quad {}+ x(100x^4 + 10x^2 + 1) = 0. \end{aligned} Since 1000x61=(10x2)311000x^6 - 1 = (10x^2)^3 - 1 =(10x21)= (10x^2 - 1) (100x4+10x2+1),(100x^4 + 10x^2 + 1), the left side factors as (100x4+10x2+1)(2(10x21)+x)=(100x4+10x2+1)(20x2+x2). \begin{aligned} &(100x^4 + 10x^2 + 1) \\ &\quad \big(2(10x^2 - 1) + x\big) \\ &= (100x^4 + 10x^2 + 1) \\ &\quad (20x^2 + x - 2). \end{aligned}

The quartic factor is always positive, so the two real roots are the roots of 20x2+x2=0,20x^2 + x - 2 = 0, namely x=1±16140.x = \frac{-1 \pm \sqrt{161}}{40}. The root of the form m+nr\frac{m + \sqrt{n}}{r} is 1+16140,\frac{-1 + \sqrt{161}}{40}, with m=1,m = -1, n=161,n = 161, r=40,r = 40, and gcd(1,40)=1.\gcd(-1, 40) = 1. Thus m+n+r=1+161+40m + n + r = -1 + 161 + 40 =200.= 200.

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