2002 AIME I Problema 4

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 4 del 2002 AIME I, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2002 AIME I, o revisar la clave de respuestas.

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

Conceptos:telescópicafracciones parcialesEcuación diofántica

Nivel de dificultad: 2110

4.

Considere la sucesión definida por ak=1k2+ka_k = \frac{1}{k^2 + k} para k1.k \ge 1. Dado que am+am+1++an1=129,a_m + a_{m+1} + \cdots + a_{n-1} = \frac{1}{29}, para enteros positivos mm y nn con m<n,m \lt n, halle m+n.m + n.

Consider the sequence defined by ak=1k2+ka_k = \frac{1}{k^2 + k} for k1.k \ge 1. Given that am+am+1++an1=129,a_m + a_{m+1} + \cdots + a_{n-1} = \frac{1}{29}, for positive integers mm and nn with m<n,m \lt n, find m+n.m + n.

Solución:

Como 1k2+k=1k(k+1)=1k1k+1,\frac{1}{k^2 + k} = \frac{1}{k(k + 1)} = \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1}, la suma telescopa: am+am+1++an1=1m1n=129. \begin{aligned} &a_m + a_{m+1} + \cdots + a_{n-1} \\ &= \frac{1}{m} - \frac{1}{n} \\ &= \frac{1}{29}. \end{aligned}

Multiplicando todo por 29mn29mn se obtiene 29n29m=mn,29n - 29m = mn, que se reordena como (29m)(29+n)=292.(29 - m)(29 + n) = 29^2. Como 2929 es primo y 29+n>29,29 + n \gt 29, la única factorización con mm entero positivo es 29m=129 - m = 1 y 29+n=841,29 + n = 841, así que m=28m = 28 y n=812.n = 812.

Por lo tanto m+n=28+812=840.m + n = 28 + 812 = 840.

Since 1k2+k=1k(k+1)=1k1k+1,\frac{1}{k^2 + k} = \frac{1}{k(k + 1)} = \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1}, the sum telescopes: am+am+1++an1=1m1n=129. \begin{aligned} &a_m + a_{m+1} + \cdots + a_{n-1} \\ &= \frac{1}{m} - \frac{1}{n} \\ &= \frac{1}{29}. \end{aligned}

Multiplying through by 29mn29mn gives 29n29m=mn,29n - 29m = mn, which rearranges to (29m)(29+n)=292.(29 - m)(29 + n) = 29^2. Since 2929 is prime and 29+n>29,29 + n \gt 29, the only factorization with mm a positive integer is 29m=129 - m = 1 and 29+n=841,29 + n = 841, so m=28m = 28 and n=812.n = 812.

Therefore m+n=28+812=840.m + n = 28 + 812 = 840.

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El Problema 4 en otros años