Problemas del 2004 AIME II

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1.

Una cuerda de un círculo es perpendicular a un radio en el punto medio de dicho radio. La razón entre el área de la mayor de las dos regiones en que la cuerda divide el círculo y el área de la menor puede expresarse en la forma aπ+bcdπef,\frac{a\pi + b\sqrt{c}}{d\pi - e\sqrt{f}}, donde a,a, b,b, c,c, d,d, e,e, y ff son enteros positivos, aa y ee son primos entre sí, y ni cc ni ff es divisible por el cuadrado de ningún primo. Halla el residuo cuando el producto abcdefa \cdot b \cdot c \cdot d \cdot e \cdot f se divide entre 1000.1000.

A chord of a circle is perpendicular to a radius at the midpoint of the radius. The ratio of the area of the larger of the two regions into which the chord divides the circle to the smaller can be expressed in the form aπ+bcdπef,\frac{a\pi + b\sqrt{c}}{d\pi - e\sqrt{f}}, where a,a, b,b, c,c, d,d, e,e, and ff are positive integers, aa and ee are relatively prime, and neither cc nor ff is divisible by the square of any prime. Find the remainder when the product abcdefa \cdot b \cdot c \cdot d \cdot e \cdot f is divided by 1000.1000.

Respuesta: 592
Conceptos:sector circularcuerdaárea del círculo

Nivel de dificultad: 2050

Solución:

Escala de modo que el radio sea 2.2. La cuerda queda a distancia 11 del centro, así que cada radio hacia un extremo de la cuerda forma un ángulo de 6060^\circ con el radio bisecado, y los dos radios a los extremos forman un ángulo central de 120.120^\circ. El triángulo isósceles que recortan tiene área 1222sin120=3,\frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 2 \sin 120^\circ = \sqrt{3}, y todo el disco tiene área 4π.4\pi.

La región menor es el sector de 120120^\circ menos el triángulo, 4π33,\frac{4\pi}{3} - \sqrt{3}, y la región mayor es el resto, 8π3+3.\frac{8\pi}{3} + \sqrt{3}. La razón es 8π3+34π33=8π+334π33,\frac{\frac{8\pi}{3} + \sqrt{3}}{\frac{4\pi}{3} - \sqrt{3}} = \frac{8\pi + 3\sqrt{3}}{4\pi - 3\sqrt{3}}, que tiene la forma requerida con (a,b,c,d,e,f)=(8,3,3,4,3,3).(a, b, c, d, e, f) = (8, 3, 3, 4, 3, 3).

El producto es 833433=2592,8 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 3 = 2592, cuyo residuo al dividir entre 10001000 es 592.592.

Scale so the radius is 2.2. The chord lies at distance 11 from the center, so each radius to an endpoint of the chord makes a 6060^\circ angle with the bisected radius, and the two endpoint radii form a central angle of 120.120^\circ. The isosceles triangle they cut off has area 1222sin120=3,\frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 2 \sin 120^\circ = \sqrt{3}, and the whole disk has area 4π.4\pi.

The smaller region is the 120120^\circ sector minus the triangle, 4π33,\frac{4\pi}{3} - \sqrt{3}, and the larger region is the rest, 8π3+3.\frac{8\pi}{3} + \sqrt{3}. The ratio is 8π3+34π33=8π+334π33,\frac{\frac{8\pi}{3} + \sqrt{3}}{\frac{4\pi}{3} - \sqrt{3}} = \frac{8\pi + 3\sqrt{3}}{4\pi - 3\sqrt{3}}, which has the required form with (a,b,c,d,e,f)=(8,3,3,4,3,3).(a, b, c, d, e, f) = (8, 3, 3, 4, 3, 3).

The product is 833433=2592,8 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 3 = 2592, whose remainder upon division by 10001000 is 592.592.

2.

Un frasco tiene 1010 caramelos rojos y 1010 caramelos azules. Terry toma dos caramelos al azar, y luego Mary toma dos de los caramelos restantes al azar. Dado que la probabilidad de que obtengan la misma combinación de colores, sin importar el orden, es mn,\frac{m}{n}, donde mm y nn son enteros positivos primos entre sí, halla m+n.m + n.

A jar has 1010 red candies and 1010 blue candies. Terry picks two candies at random, then Mary picks two of the remaining candies at random. Given that the probability that they get the same color combination, irrespective of order, is mn,\frac{m}{n}, where mm and nn are relatively prime positive integers, find m+n.m + n.

Respuesta: 441
Solución:

Las combinaciones coinciden exactamente cuando ambos sacan dos rojos, ambos sacan dos azules, o ambos sacan un caramelo de cada color. La probabilidad de que Terry saque dos rojos es (102)(202)=45190=938,\frac{\binom{10}{2}}{\binom{20}{2}} = \frac{45}{190} = \frac{9}{38}, tras lo cual quedan 88 rojos y 1010 azules, así que Mary saca dos rojos con probabilidad (82)(182)=28153.\frac{\binom{8}{2}}{\binom{18}{2}} = \frac{28}{153}. Ese caso tiene probabilidad 93828153=14323,\frac{9}{38} \cdot \frac{28}{153} = \frac{14}{323}, y por simetría dos azules cada uno también es 14323.\frac{14}{323}.

Para sacadas mixtas, Terry tiene éxito con probabilidad 1010(202)=1019,\frac{10 \cdot 10}{\binom{20}{2}} = \frac{10}{19}, dejando 99 de cada color, y Mary con probabilidad 99(182)=917,\frac{9 \cdot 9}{\binom{18}{2}} = \frac{9}{17}, lo que da 1019917=90323.\frac{10}{19} \cdot \frac{9}{17} = \frac{90}{323}.

El total es 14+14+90323=118323.\frac{14 + 14 + 90}{323} = \frac{118}{323}. Como 118=259118 = 2 \cdot 59 y 323=1719,323 = 17 \cdot 19, la fracción está en su forma más simple, y m+n=118+323=441.m + n = 118 + 323 = 441.

The combinations match exactly when both draw two reds, both draw two blues, or both draw one candy of each color. The probability that Terry draws two reds is (102)(202)=45190=938,\frac{\binom{10}{2}}{\binom{20}{2}} = \frac{45}{190} = \frac{9}{38}, after which 88 reds and 1010 blues remain, so Mary draws two reds with probability (82)(182)=28153.\frac{\binom{8}{2}}{\binom{18}{2}} = \frac{28}{153}. That case has probability 93828153=14323,\frac{9}{38} \cdot \frac{28}{153} = \frac{14}{323}, and by symmetry two blues each is also 14323.\frac{14}{323}.

For mixed draws, Terry succeeds with probability 1010(202)=1019,\frac{10 \cdot 10}{\binom{20}{2}} = \frac{10}{19}, leaving 99 of each color, and Mary with probability 99(182)=917,\frac{9 \cdot 9}{\binom{18}{2}} = \frac{9}{17}, for 1019917=90323.\frac{10}{19} \cdot \frac{9}{17} = \frac{90}{323}.

The total is 14+14+90323=118323.\frac{14 + 14 + 90}{323} = \frac{118}{323}. Since 118=259118 = 2 \cdot 59 and 323=1719,323 = 17 \cdot 19, the fraction is in lowest terms, and m+n=118+323=441.m + n = 118 + 323 = 441.

3.

Un bloque rectangular sólido se forma pegando cara con cara NN cubos congruentes de 11 cm. Cuando el bloque se observa de modo que tres de sus caras son visibles, exactamente 231231 de los cubos de 11 cm no pueden verse. Halla el menor valor posible de N.N.

A solid rectangular block is formed by gluing together NN congruent 11-cm cubes face to face. When the block is viewed so that three of its faces are visible, exactly 231231 of the 11-cm cubes cannot be seen. Find the smallest possible value of N.N.

Respuesta: 384
Solución:

Sea el bloque de dimensiones p×q×r.p \times q \times r. Un cubo queda oculto exactamente cuando no toca ninguna de las tres caras visibles, así que los cubos ocultos forman un bloque (p1)×(q1)×(r1)(p-1) \times (q-1) \times (r-1), lo que da (p1)(q1)(r1)=231(p-1)(q-1)(r-1) = 231=3711.= 3 \cdot 7 \cdot 11.

Las maneras de escribir 231231 como producto de tres enteros positivos son 3711,3 \cdot 7 \cdot 11, 1377,1 \cdot 3 \cdot 77, 1733,1 \cdot 7 \cdot 33, 11121,1 \cdot 11 \cdot 21, y 11231,1 \cdot 1 \cdot 231, que dan los bloques 4×8×12,4 \times 8 \times 12, 2×4×78,2 \times 4 \times 78, 2×8×34,2 \times 8 \times 34, 2×12×22,2 \times 12 \times 22, y 2×2×232,2 \times 2 \times 232, con volúmenes 384,384, 624,624, 544,544, 528,528, y 928.928.

El menor es N=384.N = 384.

Let the block measure p×q×r.p \times q \times r. A cube is hidden exactly when it touches none of the three visible faces, so the hidden cubes form a (p1)×(q1)×(r1)(p-1) \times (q-1) \times (r-1) block, giving (p1)(q1)(r1)=231(p-1)(q-1)(r-1) = 231 =3711.= 3 \cdot 7 \cdot 11.

The ways to write 231231 as a product of three positive integers are 3711,3 \cdot 7 \cdot 11, 1377,1 \cdot 3 \cdot 77, 1733,1 \cdot 7 \cdot 33, 11121,1 \cdot 11 \cdot 21, and 11231,1 \cdot 1 \cdot 231, giving blocks 4×8×12,4 \times 8 \times 12, 2×4×78,2 \times 4 \times 78, 2×8×34,2 \times 8 \times 34, 2×12×22,2 \times 12 \times 22, and 2×2×232,2 \times 2 \times 232, with volumes 384,384, 624,624, 544,544, 528,528, and 928.928.

The smallest is N=384.N = 384.

4.

¿Cuántos enteros positivos menores que 10,00010{,}000 tienen a lo sumo dos dígitos diferentes?

How many positive integers less than 10,00010{,}000 have at most two different digits?

Respuesta: 927
Solución:

Todos los 9999 enteros positivos menores que 100100 cumplen. Un número de 33 dígitos que cumple es o bien un repdígito (99 de ellos) o usa un dígito inicial a1a \ge 1 junto con un segundo valor bab \ne a en algunas de las dos últimas posiciones: 221=32^2 - 1 = 3 patrones, cada uno realizado de 999 \cdot 9 maneras (99 opciones para a,a, luego 99 para bb), lo que da 9+381=2529 + 3 \cdot 81 = 252 números.

De manera similar, un número de 44 dígitos que cumple es un repdígito (99) o tiene bab \ne a apareciendo en un subconjunto no vacío de las tres últimas posiciones: 231=72^3 - 1 = 7 patrones, cada uno de 999 \cdot 9 maneras, lo que da 9+781=5769 + 7 \cdot 81 = 576 números.

El total es 99+252+576=927.99 + 252 + 576 = 927.

All 9999 positive integers below 100100 qualify. A qualifying 33-digit number is either a repdigit (99 of them) or uses a leading digit a1a \ge 1 together with a second value bab \ne a in some of the last two positions: 221=32^2 - 1 = 3 patterns, each realized in 999 \cdot 9 ways (99 choices for a,a, then 99 for bb), for 9+381=2529 + 3 \cdot 81 = 252 numbers.

Similarly a qualifying 44-digit number is a repdigit (99) or has bab \ne a appearing in a nonempty subset of the last three positions: 231=72^3 - 1 = 7 patterns, each in 999 \cdot 9 ways, for 9+781=5769 + 7 \cdot 81 = 576 numbers.

The total is 99+252+576=927.99 + 252 + 576 = 927.

5.

Para completar un trabajo grande se contrataron 10001000 trabajadores, justo los suficientes para terminar el trabajo a tiempo. Todos los trabajadores permanecieron en el trabajo mientras se realizaba el primer cuarto de la obra, así que el primer cuarto de la obra se completó a tiempo. Luego se despidió a 100100 trabajadores, de modo que el segundo cuarto de la obra se completó con retraso. Luego se despidió a otros 100100 trabajadores, de modo que el tercer cuarto de la obra se completó con aún más retraso. Dado que todos los trabajadores trabajan al mismo ritmo, ¿cuál es el mínimo número de trabajadores adicionales, además de los 800800 trabajadores que aún quedan al final del tercer cuarto, que deben contratarse después de haberse completado tres cuartos de la obra para que el proyecto entero pueda completarse a tiempo o antes?

In order to complete a large job, 10001000 workers were hired, just enough to complete the job on schedule. All the workers stayed on the job while the first quarter of the work was done, so the first quarter of the work was completed on schedule. Then 100100 workers were laid off, so the second quarter of the work was completed behind schedule. Then an additional 100100 workers were laid off, so the third quarter of the work was completed still further behind schedule. Given that all workers work at the same rate, what is the minimum number of additional workers, beyond the 800800 workers still on the job at the end of the third quarter, that must be hired after three-quarters of the work has been completed so that the entire project can be completed on schedule or before?

Respuesta: 766
Conceptos:tasadesigualdad

Nivel de dificultad: 2390

Solución:

Mide el tiempo de modo que 10001000 trabajadores completen un cuarto del trabajo en 11 unidad; el programa permite 44 unidades en total. Con 900900 trabajadores el segundo cuarto toma 109\frac{10}{9} unidades, y con 800800 trabajadores el tercer cuarto toma 108=54\frac{10}{8} = \frac{5}{4} unidades. El tiempo usado hasta ahora es 1+109+54=12136,1 + \frac{10}{9} + \frac{5}{4} = \frac{121}{36}, dejando 412136=23364 - \frac{121}{36} = \frac{23}{36} de unidad para el último cuarto.

El último cuarto requiere 10001000 unidades-trabajador de labor, así que la fuerza laboral ww debe satisfacer w23361000,w \cdot \frac{23}{36} \ge 1000, es decir w36000231565.2,w \ge \frac{36000}{23} \approx 1565.2, por lo que se necesitan al menos 15661566 trabajadores.

Como 800800 permanecen en el trabajo, deben contratarse al menos 1566800=7661566 - 800 = 766 trabajadores adicionales.

Measure time so that 10001000 workers complete a quarter of the job in 11 unit; the schedule allows 44 units in all. With 900900 workers the second quarter takes 109\frac{10}{9} units, and with 800800 workers the third quarter takes 108=54\frac{10}{8} = \frac{5}{4} units. The time used so far is 1+109+54=12136,1 + \frac{10}{9} + \frac{5}{4} = \frac{121}{36}, leaving 412136=23364 - \frac{121}{36} = \frac{23}{36} of a unit for the last quarter.

The last quarter requires 10001000 worker-units of labor, so the workforce ww must satisfy w23361000,w \cdot \frac{23}{36} \ge 1000, that is w36000231565.2,w \ge \frac{36000}{23} \approx 1565.2, so at least 15661566 workers are needed.

Since 800800 remain on the job, at least 1566800=7661566 - 800 = 766 additional workers must be hired.

6.

Tres monos astutos reparten un montón de plátanos. El primer mono toma algunos plátanos del montón, se queda con tres cuartos de ellos, y reparte el resto por igual entre los otros dos. El segundo mono toma algunos plátanos del montón, se queda con un cuarto de ellos, y reparte el resto por igual entre los otros dos. El tercer mono toma los plátanos restantes del montón, se queda con un doceavo de ellos, y reparte el resto por igual entre los otros dos. Dado que cada mono recibe un número entero de plátanos cada vez que se reparten los plátanos, y que las cantidades de plátanos que el primer, segundo y tercer mono tienen al final del proceso están en la razón 3:2:1,3 : 2 : 1, ¿cuál es el mínimo total posible para el número de plátanos?

Three clever monkeys divide a pile of bananas. The first monkey takes some bananas from the pile, keeps three-fourths of them, and divides the rest equally between the other two. The second monkey takes some bananas from the pile, keeps one-fourth of them, and divides the rest equally between the other two. The third monkey takes the remaining bananas from the pile, keeps one-twelfth of them, and divides the rest equally between the other two. Given that each monkey receives a whole number of bananas whenever the bananas are divided, and the numbers of bananas the first, second, and third monkeys have at the end of the process are in the ratio 3:2:1,3 : 2 : 1, what is the least possible total for the number of bananas?

Respuesta: 408
Solución:

Supón que el primer mono toma 8x8x plátanos, quedándose con 6x6x y dando xx a cada uno de los otros; el segundo toma 8y,8y, quedándose con 2y2y y dando 3y3y a cada uno; el tercero toma 24z,24z, quedándose con 2z2z y dando 11z11z a cada uno. Todas las divisiones son números enteros exactamente cuando x,x, y,y, zz son enteros positivos. Las cantidades finales son 6x+3y+11z,6x + 3y + 11z, x+2y+11z,x + 2y + 11z, y x+3y+2z.x + 3y + 2z.

La razón 3:2:13 : 2 : 1 dice que la primera cantidad es el triple de la tercera y la segunda es el doble de la tercera: 6x+3y+11z=3(x+3y+2z)3x+5z=6y, \begin{aligned} &6x + 3y + 11z = 3(x + 3y + 2z) \\ &\quad \Longrightarrow\quad 3x + 5z = 6y, \end{aligned} x+2y+11z=2(x+3y+2z)x+4y=7z. \begin{aligned} &x + 2y + 11z = 2(x + 3y + 2z) \\ &\quad \Longrightarrow\quad x + 4y = 7z. \end{aligned} Sustituyendo x=7z4yx = 7z - 4y en la primera ecuación da 26z=18y,26z = 18y, así que 9y=13z.9y = 13z. Por tanto y=13ny = 13n y z=9nz = 9n para un entero positivo n,n, y entonces x=63n52n=11n.x = 63n - 52n = 11n.

El total es 8x+8y+24z8x + 8y + 24z =(88+104+216)n= (88 + 104 + 216)n =408n,= 408n, mínimo cuando n=1:n = 1: la respuesta es 408.408.

Say the first monkey takes 8x8x bananas, keeping 6x6x and giving xx to each of the others; the second takes 8y,8y, keeping 2y2y and giving 3y3y to each; the third takes 24z,24z, keeping 2z2z and giving 11z11z to each. All divisions are whole numbers exactly when x,x, y,y, zz are positive integers. The final amounts are 6x+3y+11z,6x + 3y + 11z, x+2y+11z,x + 2y + 11z, and x+3y+2z.x + 3y + 2z.

The ratio 3:2:13 : 2 : 1 says the first amount is triple the third and the second is double the third: 6x+3y+11z=3(x+3y+2z)3x+5z=6y, \begin{aligned} &6x + 3y + 11z = 3(x + 3y + 2z) \\ &\quad \Longrightarrow\quad 3x + 5z = 6y, \end{aligned} x+2y+11z=2(x+3y+2z)x+4y=7z. \begin{aligned} &x + 2y + 11z = 2(x + 3y + 2z) \\ &\quad \Longrightarrow\quad x + 4y = 7z. \end{aligned} Substituting x=7z4yx = 7z - 4y into the first equation gives 26z=18y,26z = 18y, so 9y=13z.9y = 13z. Thus y=13ny = 13n and z=9nz = 9n for a positive integer n,n, and then x=63n52n=11n.x = 63n - 52n = 11n.

The total is 8x+8y+24z8x + 8y + 24z =(88+104+216)n= (88 + 104 + 216)n =408n,= 408n, least when n=1:n = 1: the answer is 408.408.

7.

ABCDABCD es una hoja rectangular de papel que se ha doblado de modo que la esquina BB coincide con el punto BB' sobre el borde AD.\overline{AD}. El pliegue es EF,\overline{EF}, donde EE está sobre AB\overline{AB} y FF está sobre CD.\overline{CD}. Se dan las dimensiones AE=8,AE = 8, BE=17,BE = 17, y CF=3.CF = 3. El perímetro del rectángulo ABCDABCD es mn,\frac{m}{n}, donde mm y nn son enteros positivos primos entre sí. Halla m+n.m + n.

ABCDABCD is a rectangular sheet of paper that has been folded so that corner BB is matched with point BB' on edge AD.\overline{AD}. The crease is EF,\overline{EF}, where EE is on AB\overline{AB} and FF is on CD.\overline{CD}. The dimensions AE=8,AE = 8, BE=17,BE = 17, and CF=3CF = 3 are given. The perimeter of rectangle ABCDABCD is mn,\frac{m}{n}, where mm and nn are relatively prime positive integers. Find m+n.m + n.

Respuesta: 293
Solución:

El doblez refleja BB hacia BB' a través del pliegue, así que BE=BE=17.B'E = BE = 17. En el triángulo rectángulo AEB,AEB', AB=17282=15,AB' = \sqrt{17^2 - 8^2} = 15, y AB=AE+EB=25.AB = AE + EB = 25. Coloca A=(0,0),A = (0, 0), B=(25,0),B = (25, 0), B=(0,15).B' = (0, 15).

Los puntos del pliegue equidistan de BB y B,B', así que EF\overline{EF} es perpendicular a BB.\overline{BB'}. Como BBBB' tiene pendiente 35,-\frac{3}{5}, el pliegue que pasa por E=(8,0)E = (8, 0) tiene pendiente 53,\frac{5}{3}, y corta a la recta CDCD (a altura h=BCh = BC) en x=8+3h5.x = 8 + \frac{3h}{5}. La condición CF=3CF = 3 da 25(8+3h5)=3,25 - \left(8 + \frac{3h}{5}\right) = 3, así que h=703.h = \frac{70}{3}.

El perímetro es 2(25+703)=2903,2\left(25 + \frac{70}{3}\right) = \frac{290}{3}, así que m+n=290+3=293.m + n = 290 + 3 = 293.

Folding reflects BB to BB' across the crease, so BE=BE=17.B'E = BE = 17. In right triangle AEB,AEB', AB=17282=15,AB' = \sqrt{17^2 - 8^2} = 15, and AB=AE+EB=25.AB = AE + EB = 25. Place A=(0,0),A = (0, 0), B=(25,0),B = (25, 0), B=(0,15).B' = (0, 15).

Points on the crease are equidistant from BB and B,B', so EF\overline{EF} is perpendicular to BB.\overline{BB'}. Since BBBB' has slope 35,-\frac{3}{5}, the crease through E=(8,0)E = (8, 0) has slope 53,\frac{5}{3}, and it meets the line CDCD (at height h=BCh = BC) at x=8+3h5.x = 8 + \frac{3h}{5}. The condition CF=3CF = 3 gives 25(8+3h5)=3,25 - \left(8 + \frac{3h}{5}\right) = 3, so h=703.h = \frac{70}{3}.

The perimeter is 2(25+703)=2903,2\left(25 + \frac{70}{3}\right) = \frac{290}{3}, so m+n=290+3=293.m + n = 290 + 3 = 293.

8.

¿Cuántos divisores enteros positivos de 200420042004^{2004} son divisibles por exactamente 20042004 enteros positivos?

How many positive integer divisors of 200420042004^{2004} are divisible by exactly 20042004 positive integers?

Respuesta: 54
Solución:

Como 2004=223167,2004 = 2^2 \cdot 3 \cdot 167, tenemos 20042004=24008320041672004,2004^{2004} = 2^{4008} \cdot 3^{2004} \cdot 167^{2004}, así que sus divisores son N=2i3j167kN = 2^i 3^j 167^k con i4008i \le 4008 y j,k2004.j, k \le 2004. Tal NN tiene (i+1)(j+1)(k+1)(i+1)(j+1)(k+1) divisores, así que necesitamos (i+1)(j+1)(k+1)=2004.(i+1)(j+1)(k+1) = 2004.

Toda terna ordenada de enteros positivos con producto 20042004 produce exponentes admisibles, ya que cada factor es a lo sumo 2004.2004. Contando primo por primo: el exponente 22 del primo 22 se reparte entre los tres factores de (2+22)=6\binom{2+2}{2} = 6 maneras por estrellas y barras, y cada uno de los primos 33 y 167167 va a uno de los 33 factores.

El conteo es 633=54.6 \cdot 3 \cdot 3 = 54.

Since 2004=223167,2004 = 2^2 \cdot 3 \cdot 167, we have 20042004=24008320041672004,2004^{2004} = 2^{4008} \cdot 3^{2004} \cdot 167^{2004}, so its divisors are N=2i3j167kN = 2^i 3^j 167^k with i4008i \le 4008 and j,k2004.j, k \le 2004. Such an NN has (i+1)(j+1)(k+1)(i+1)(j+1)(k+1) divisors, so we need (i+1)(j+1)(k+1)=2004.(i+1)(j+1)(k+1) = 2004.

Every ordered triple of positive integers with product 20042004 yields admissible exponents, since each factor is at most 2004.2004. Counting prime by prime: the exponent 22 of the prime 22 is split among the three factors in (2+22)=6\binom{2+2}{2} = 6 ways by stars and bars, and each of the primes 33 and 167167 goes to one of the 33 factors.

The count is 633=54.6 \cdot 3 \cdot 3 = 54.

9.

Una sucesión de enteros positivos con a1=1a_1 = 1 y a9+a10=646a_9 + a_{10} = 646 se forma de modo que los primeros tres términos están en progresión geométrica, los términos segundo, tercero y cuarto están en progresión aritmética y, en general, para todo n1,n \ge 1, los términos a2n1,a_{2n-1}, a2n,a_{2n}, y a2n+1a_{2n+1} están en progresión geométrica, y los términos a2n,a_{2n}, a2n+1,a_{2n+1}, y a2n+2a_{2n+2} están en progresión aritmética. Sea ana_n el mayor término de esta sucesión que es menor que 1000.1000. Halla n+an.n + a_n.

A sequence of positive integers with a1=1a_1 = 1 and a9+a10=646a_9 + a_{10} = 646 is formed so that the first three terms are in geometric progression, the second, third, and fourth terms are in arithmetic progression, and, in general, for all n1,n \ge 1, the terms a2n1,a_{2n-1}, a2n,a_{2n}, and a2n+1a_{2n+1} are in geometric progression, and the terms a2n,a_{2n}, a2n+1,a_{2n+1}, and a2n+2a_{2n+2} are in arithmetic progression. Let ana_n be the greatest term in this sequence that is less than 1000.1000. Find n+an.n + a_n.

Respuesta: 973
Solución:

Sea a2=r.a_2 = r. La condición geométrica da a3=r2,a_3 = r^2, la condición aritmética da a4=2r2r=r(2r1),a_4 = 2r^2 - r = r(2r-1), luego a5=(2r1)2,a_5 = (2r-1)^2, y así sucesivamente: por inducción a2k+1=(kr(k1))2,a2k+2=(kr(k1))((k+1)rk). \begin{aligned} a_{2k+1} &= \bigl(kr - (k-1)\bigr)^2, \\ a_{2k+2} &= \bigl(kr - (k-1)\bigr) \\ &\quad {}\cdot \bigl((k+1)r - k\bigr). \end{aligned} En particular a9=(4r3)2a_9 = (4r-3)^2 y a10=(4r3)(5r4),a_{10} = (4r-3)(5r-4), así que a9+a10=(4r3)(9r7)a_9 + a_{10} = (4r-3)(9r-7) =646.= 646. Al desarrollar da 36r255r625=0,36r^2 - 55r - 625 = 0, que se factoriza como (r5)(36r+125)=0,(r - 5)(36r + 125) = 0, así que r=5.r = 5.

Con r=5r = 5 obtenemos kr(k1)=4k+1,kr - (k-1) = 4k + 1, así que a2k+1=(4k+1)2a_{2k+1} = (4k+1)^2 y a2k+2=(4k+1)(4k+5);a_{2k+2} = (4k+1)(4k+5); la sucesión es creciente. Como a17=332=1089>1000a_{17} = 33^2 = 1089 \gt 1000 mientras que a16=2933=957,a_{16} = 29 \cdot 33 = 957, el mayor término por debajo de 10001000 es a16=957.a_{16} = 957.

Por lo tanto n+an=16+957=973.n + a_n = 16 + 957 = 973.

Let a2=r.a_2 = r. The geometric condition gives a3=r2,a_3 = r^2, the arithmetic condition gives a4=2r2r=r(2r1),a_4 = 2r^2 - r = r(2r-1), then a5=(2r1)2,a_5 = (2r-1)^2, and so on: inductively a2k+1=(kr(k1))2,a2k+2=(kr(k1))((k+1)rk). \begin{aligned} a_{2k+1} &= \bigl(kr - (k-1)\bigr)^2, \\ a_{2k+2} &= \bigl(kr - (k-1)\bigr) \\ &\quad {}\cdot \bigl((k+1)r - k\bigr). \end{aligned} In particular a9=(4r3)2a_9 = (4r-3)^2 and a10=(4r3)(5r4),a_{10} = (4r-3)(5r-4), so a9+a10=(4r3)(9r7)a_9 + a_{10} = (4r-3)(9r-7) =646.= 646. Expanding gives 36r255r625=0,36r^2 - 55r - 625 = 0, which factors as (r5)(36r+125)=0,(r - 5)(36r + 125) = 0, so r=5.r = 5.

With r=5r = 5 we get kr(k1)=4k+1,kr - (k-1) = 4k + 1, so a2k+1=(4k+1)2a_{2k+1} = (4k+1)^2 and a2k+2=(4k+1)(4k+5);a_{2k+2} = (4k+1)(4k+5); the sequence is increasing. Since a17=332=1089>1000a_{17} = 33^2 = 1089 \gt 1000 while a16=2933=957,a_{16} = 29 \cdot 33 = 957, the greatest term below 10001000 is a16=957.a_{16} = 957.

Therefore n+an=16+957=973.n + a_n = 16 + 957 = 973.

10.

Sea S\mathcal{S} el conjunto de enteros entre 11 y 2402^{40} cuyas expansiones binarias tienen exactamente dos 11. Si se elige un número al azar de S,\mathcal{S}, la probabilidad de que sea divisible por 99 es pq,\frac{p}{q}, donde pp y qq son enteros positivos primos entre sí. Halla p+q.p + q.

Let S\mathcal{S} be the set of integers between 11 and 2402^{40} whose binary expansions have exactly two 11's. If a number is chosen at random from S,\mathcal{S}, the probability that it is divisible by 99 is pq,\frac{p}{q}, where pp and qq are relatively prime positive integers. Find p+q.p + q.

Respuesta: 913
Solución:

El conjunto S\mathcal{S} consta de los (402)=780\binom{40}{2} = 780 números 2a+2b2^a + 2^b con 0a<b39.0 \le a \lt b \le 39. Como 2a2^a es coprimo con 9,9, tenemos 92a(2ba+1)9 \mid 2^a(2^{b-a} + 1) exactamente cuando 2ba1(mod9).2^{b-a} \equiv -1 \pmod{9}. Las potencias de 22 módulo 99 recorren 2,4,8,7,5,12, 4, 8, 7, 5, 1 con periodo 6,6, así que 2d812^d \equiv 8 \equiv -1 exactamente cuando d3(mod6).d \equiv 3 \pmod{6}.

Para cada diferencia d=bad = b - a hay 40d40 - d pares, así que el número de múltiplos de 99 en S\mathcal{S} es d=3,9,,39(40d)=37+31+25+19+13+7+1=133. \begin{aligned} &\sum_{d = 3, 9, \ldots, 39} (40 - d) \\ &= 37 + 31 + 25 \\ &\quad {}+ 19 + 13 + 7 + 1 \\ &= 133. \end{aligned}

La probabilidad es 133780,\frac{133}{780}, y como 133=719133 = 7 \cdot 19 mientras que 780=223513,780 = 2^2 \cdot 3 \cdot 5 \cdot 13, está en su forma más simple. Por tanto p+q=133+780=913.p + q = 133 + 780 = 913.

The set S\mathcal{S} consists of the (402)=780\binom{40}{2} = 780 numbers 2a+2b2^a + 2^b with 0a<b39.0 \le a \lt b \le 39. Since 2a2^a is coprime to 9,9, we have 92a(2ba+1)9 \mid 2^a(2^{b-a} + 1) exactly when 2ba1(mod9).2^{b-a} \equiv -1 \pmod{9}. The powers of 22 modulo 99 cycle through 2,4,8,7,5,12, 4, 8, 7, 5, 1 with period 6,6, so 2d812^d \equiv 8 \equiv -1 exactly when d3(mod6).d \equiv 3 \pmod{6}.

For each difference d=bad = b - a there are 40d40 - d pairs, so the number of multiples of 99 in S\mathcal{S} is d=3,9,,39(40d)=37+31+25+19+13+7+1=133. \begin{aligned} &\sum_{d = 3, 9, \ldots, 39} (40 - d) \\ &= 37 + 31 + 25 \\ &\quad {}+ 19 + 13 + 7 + 1 \\ &= 133. \end{aligned}

The probability is 133780,\frac{133}{780}, and since 133=719133 = 7 \cdot 19 while 780=223513,780 = 2^2 \cdot 3 \cdot 5 \cdot 13, it is in lowest terms. Thus p+q=133+780=913.p + q = 133 + 780 = 913.

11.

Un cono circular recto tiene una base de radio 600600 y altura 2007.200\sqrt{7}. Una mosca parte de un punto en la superficie del cono cuya distancia al vértice del cono es 125,125, y se arrastra a lo largo de la superficie del cono hasta un punto en el lado exactamente opuesto del cono cuya distancia al vértice es 3752.375\sqrt{2}. Halla la menor distancia que la mosca pudo haber recorrido.

A right circular cone has a base with radius 600600 and height 2007.200\sqrt{7}. A fly starts at a point on the surface of the cone whose distance from the vertex of the cone is 125,125, and crawls along the surface of the cone to a point on the exact opposite side of the cone whose distance from the vertex is 3752.375\sqrt{2}. Find the least distance that the fly could have crawled.

Respuesta: 625
Solución:

La altura inclinada es 6002+(2007)2\sqrt{600^2 + (200\sqrt{7})^2} =360000+280000= \sqrt{360000 + 280000} =800.= 800. Cortar el cono a lo largo de la generatriz que pasa por el punto de partida y desenrollarlo da un sector de radio 800800 cuyo arco tiene la circunferencia de la base 2π600=1200π;2\pi \cdot 600 = 1200\pi; como un círculo completo de radio 800800 tiene circunferencia 1600π,1600\pi, el ángulo central es 34360=270.\frac{3}{4} \cdot 360^\circ = 270^\circ. Un punto en el lado exactamente opuesto del cono está a mitad de la vuelta, lo que en el sector desenrollado queda a 135135^\circ de distancia.

El recorrido más corto es el segmento recto entre los dos puntos, a radios 125125 y 3752375\sqrt{2} con un ángulo de 135135^\circ entre ellos. Por la ley de los cosenos, d2=1252+(3752)221253752cos135=15625+281250+93750=390625. \begin{aligned} d^2 &= 125^2 + (375\sqrt{2})^2 \\ &\quad {}- 2 \cdot 125 \cdot 375\sqrt{2} \cos 135^\circ \\ &= 15625 + 281250 + 93750 \\ &= 390625. \end{aligned}

Por tanto d=625.d = 625.

The slant height is 6002+(2007)2\sqrt{600^2 + (200\sqrt{7})^2} =360000+280000= \sqrt{360000 + 280000} =800.= 800. Cutting the cone along the ruling through the starting point and unrolling gives a sector of radius 800800 whose arc has the base circumference 2π600=1200π;2\pi \cdot 600 = 1200\pi; since a full circle of radius 800800 has circumference 1600π,1600\pi, the central angle is 34360=270.\frac{3}{4} \cdot 360^\circ = 270^\circ. A point on the exact opposite side of the cone is halfway around, which in the unrolled sector is 135135^\circ away.

The shortest crawl is the straight segment between the two points, at radii 125125 and 3752375\sqrt{2} with a 135135^\circ angle between them. By the law of cosines, d2=1252+(3752)221253752cos135=15625+281250+93750=390625. \begin{aligned} d^2 &= 125^2 + (375\sqrt{2})^2 \\ &\quad {}- 2 \cdot 125 \cdot 375\sqrt{2} \cos 135^\circ \\ &= 15625 + 281250 + 93750 \\ &= 390625. \end{aligned}

Thus d=625.d = 625.

12.

Sea ABCDABCD un trapecio isósceles, cuyas dimensiones son AB=6,AB = 6, BC=5=DA,BC = 5 = DA, y CD=4.CD = 4. Traza círculos de radio 33 centrados en AA y B,B, y círculos de radio 22 centrados en CC y D.D. Un círculo contenido dentro del trapecio es tangente a los cuatro de estos círculos. Su radio es k+mnp,\frac{-k + m\sqrt{n}}{p}, donde k,k, m,m, n,n, y pp son enteros positivos, nn no es divisible por el cuadrado de ningún primo, y kk y pp son primos entre sí. Halla k+m+n+p.k + m + n + p.

Let ABCDABCD be an isosceles trapezoid, whose dimensions are AB=6,AB = 6, BC=5=DA,BC = 5 = DA, and CD=4.CD = 4. Draw circles of radius 33 centered at AA and B,B, and circles of radius 22 centered at CC and D.D. A circle contained within the trapezoid is tangent to all four of these circles. Its radius is k+mnp,\frac{-k + m\sqrt{n}}{p}, where k,k, m,m, n,n, and pp are positive integers, nn is not divisible by the square of any prime, and kk and pp are relatively prime. Find k+m+n+p.k + m + n + p.

Respuesta: 134
Solución:

Al bajar perpendiculares desde CC y DD se ve que cada lado de longitud 55 abarca un desplazamiento horizontal de 642=1,\frac{6 - 4}{2} = 1, así que la altura del trapecio es 251=24.\sqrt{25 - 1} = \sqrt{24}. Por simetría, el centro OO del círculo interior está sobre el eje vertical que pasa por los puntos medios EE de AB\overline{AB} y FF de CD.\overline{CD}. Si su radio es x,x, la tangencia externa da OA=x+3OA = x + 3 y OC=x+2,OC = x + 2, así que con AE=3AE = 3 y CF=2,CF = 2, OE=(x+3)29=x2+6x,OF=(x+2)24=x2+4x. \begin{aligned} OE &= \sqrt{(x+3)^2 - 9} \\ &= \sqrt{x^2 + 6x}, \\ OF &= \sqrt{(x+2)^2 - 4} \\ &= \sqrt{x^2 + 4x}. \end{aligned}

Como OE+OF=24,OE + OF = \sqrt{24}, pasar un radical al otro lado y elevar al cuadrado da 24(x2+4x)=12x,\sqrt{24(x^2 + 4x)} = 12 - x, y elevar al cuadrado de nuevo produce 24x2+96x=14424x+x2,24x^2 + 96x = 144 - 24x + x^2, es decir 23x2+120x144=0.23x^2 + 120x - 144 = 0.

La raíz positiva es x=120+14400+1324846=120+96346=60+48323, \begin{aligned} x &= \frac{-120 + \sqrt{14400 + 13248}}{46} \\ &= \frac{-120 + 96\sqrt{3}}{46} \\ &= \frac{-60 + 48\sqrt{3}}{23}, \end{aligned} así que k+m+n+pk + m + n + p=60+48+3+23= 60 + 48 + 3 + 23=134.= 134.

Dropping perpendiculars from CC and DD shows each leg of length 55 spans a horizontal offset of 642=1,\frac{6 - 4}{2} = 1, so the height of the trapezoid is 251=24.\sqrt{25 - 1} = \sqrt{24}. By symmetry the inner circle's center OO lies on the vertical axis through the midpoints EE of AB\overline{AB} and FF of CD.\overline{CD}. If its radius is x,x, external tangency gives OA=x+3OA = x + 3 and OC=x+2,OC = x + 2, so with AE=3AE = 3 and CF=2,CF = 2, OE=(x+3)29=x2+6x,OF=(x+2)24=x2+4x. \begin{aligned} OE &= \sqrt{(x+3)^2 - 9} \\ &= \sqrt{x^2 + 6x}, \\ OF &= \sqrt{(x+2)^2 - 4} \\ &= \sqrt{x^2 + 4x}. \end{aligned}

Since OE+OF=24,OE + OF = \sqrt{24}, moving one radical across and squaring gives 24(x2+4x)=12x,\sqrt{24(x^2 + 4x)} = 12 - x, and squaring again yields 24x2+96x=14424x+x2,24x^2 + 96x = 144 - 24x + x^2, that is 23x2+120x144=0.23x^2 + 120x - 144 = 0.

The positive root is x=120+14400+1324846=120+96346=60+48323, \begin{aligned} x &= \frac{-120 + \sqrt{14400 + 13248}}{46} \\ &= \frac{-120 + 96\sqrt{3}}{46} \\ &= \frac{-60 + 48\sqrt{3}}{23}, \end{aligned} so k+m+n+pk + m + n + p =60+48+3+23= 60 + 48 + 3 + 23 =134.= 134.

13.

Sea ABCDEABCDE un pentágono convexo con ABCE,\overline{AB} \parallel \overline{CE}, BCAD,\overline{BC} \parallel \overline{AD}, ACDE,\overline{AC} \parallel \overline{DE}, ABC=120,\angle ABC = 120^\circ, AB=3,AB = 3, BC=5,BC = 5, y DE=15.DE = 15. Dado que la razón entre el área del triángulo ABCABC y el área del triángulo EBDEBD es mn,\frac{m}{n}, donde mm y nn son enteros positivos primos entre sí, halla m+n.m + n.

Let ABCDEABCDE be a convex pentagon with ABCE,\overline{AB} \parallel \overline{CE}, BCAD,\overline{BC} \parallel \overline{AD}, ACDE,\overline{AC} \parallel \overline{DE}, ABC=120,\angle ABC = 120^\circ, AB=3,AB = 3, BC=5,BC = 5, and DE=15.DE = 15. Given that the ratio between the area of triangle ABCABC and the area of triangle EBDEBD is mn,\frac{m}{n}, where mm and nn are relatively prime positive integers, find m+n.m + n.

Respuesta: 484
Solución:

Por la ley de los cosenos, AC2=32+52235cos120AC^2 = 3^2 + 5^2 - 2 \cdot 3 \cdot 5 \cos 120^\circ =49,= 49, así que AC=7.AC = 7. Sea FF la intersección de AD\overline{AD} y CE.\overline{CE}. Como AFBCAF \parallel BC y CFAB,CF \parallel AB, el cuadrilátero ABCFABCF es un paralelogramo, así que FF está a la misma distancia hh de la recta ACAC que B,B, en el lado opuesto, donde [ABC]=127h.[ABC] = \frac{1}{2} \cdot 7h.

Como ACDE,\overline{AC} \parallel \overline{DE}, los triángulos FACFAC y FDEFDE son semejantes con razón AC:DE=7:15,AC : DE = 7 : 15, así que la distancia de FF a la recta DEDE es 15h7,\frac{15h}{7}, con DEDE en el lado de FF opuesto a AC.AC. Por tanto la distancia de BB a la recta DEDE es h+h+15h7=29h7,h + h + \frac{15h}{7} = \frac{29h}{7}, lo que da [EBD]=121529h7=435h14.[EBD] = \frac{1}{2} \cdot 15 \cdot \frac{29h}{7} = \frac{435h}{14}.

Por tanto [ABC][EBD]=7h/2435h/14=49435,\frac{[ABC]}{[EBD]} = \frac{7h/2}{435h/14} = \frac{49}{435}, que está en su forma más simple ya que 435=3529.435 = 3 \cdot 5 \cdot 29. La respuesta es m+n=49+435=484.m + n = 49 + 435 = 484.

By the law of cosines, AC2=32+52235cos120AC^2 = 3^2 + 5^2 - 2 \cdot 3 \cdot 5 \cos 120^\circ =49,= 49, so AC=7.AC = 7. Let FF be the intersection of AD\overline{AD} and CE.\overline{CE}. Since AFBCAF \parallel BC and CFAB,CF \parallel AB, quadrilateral ABCFABCF is a parallelogram, so FF lies at the same distance hh from line ACAC as B,B, on the opposite side, where [ABC]=127h.[ABC] = \frac{1}{2} \cdot 7h.

Since ACDE,\overline{AC} \parallel \overline{DE}, triangles FACFAC and FDEFDE are similar with ratio AC:DE=7:15,AC : DE = 7 : 15, so the distance from FF to line DEDE is 15h7,\frac{15h}{7}, with DEDE on the far side of FF from AC.AC. The distance from BB to line DEDE is therefore h+h+15h7=29h7,h + h + \frac{15h}{7} = \frac{29h}{7}, giving [EBD]=121529h7=435h14.[EBD] = \frac{1}{2} \cdot 15 \cdot \frac{29h}{7} = \frac{435h}{14}.

Thus [ABC][EBD]=7h/2435h/14=49435,\frac{[ABC]}{[EBD]} = \frac{7h/2}{435h/14} = \frac{49}{435}, which is in lowest terms since 435=3529.435 = 3 \cdot 5 \cdot 29. The answer is m+n=49+435=484.m + n = 49 + 435 = 484.

14.

Considera una cadena de nn 77, 777777,7777\ldots77, en la que se insertan signos ++ para producir una expresión aritmética. Por ejemplo, 7+77+777+7+7=8757 + 77 + 777 + 7 + 7 = 875 podría obtenerse de ocho 77 de esta manera. ¿Para cuántos valores de nn es posible insertar signos ++ de modo que la expresión resultante tenga valor 70007000?

Consider a string of nn 77's, 777777,7777\ldots77, into which ++ signs are inserted to produce an arithmetic expression. For example, 7+77+777+7+7=8757 + 77 + 777 + 7 + 7 = 875 could be obtained from eight 77's in this way. For how many values of nn is it possible to insert ++ signs so that the resulting expression has value 7000?7000?

Respuesta: 108

Nivel de dificultad: 3270

Solución:

Dividir entre 77 convierte los sumandos en 1,1, 11,11, o 111111 (ningún sumando más largo cabe, ya que 1111>10001111 \gt 1000) y el objetivo en 1000.1000. Si x,x, y,y, zz cuentan los sumandos de cada tamaño, entonces x+11y+111z=1000x + 11y + 111z = 1000 y n=x+2y+3z.n = x + 2y + 3z. Restar da n=10009(y+12z),n = 1000 - 9(y + 12z), así que los posibles nn corresponden exactamente a los valores alcanzables de v=y+12z.v = y + 12z.

Las restricciones son z9z \le 9 y 0y1000111z110 \le y \le \frac{1000 - 111z}{11} (entonces x0x \ge 0 se sigue). Para z=0,1,,9z = 0, 1, \ldots, 9 el valor v=y+12zv = y + 12z recorre los intervalos [0,90],[0, 90], [12,92],[12, 92], [24,94],[24, 94], [36,96],[36, 96], [48,98],[48, 98], [60,100],[60, 100], [72,102],[72, 102], [84,104],[84, 104], [96,106],[96, 106], y {108}\{108\} (cuando z=9,z = 9, solo y=0y = 0 cabe). Su unión es todo entero desde 00 hasta 106106 junto con 108;108; solo 107107 es inalcanzable.

Así que vv toma 107+1=108107 + 1 = 108 valores, y n=10009vn = 1000 - 9v toma 108108 valores.

Dividing by 77 turns the summands into 1,1, 11,11, or 111111 (no longer summand fits, since 1111>10001111 \gt 1000) and the target into 1000.1000. If x,x, y,y, zz count the summands of each size, then x+11y+111z=1000x + 11y + 111z = 1000 and n=x+2y+3z.n = x + 2y + 3z. Subtracting gives n=10009(y+12z),n = 1000 - 9(y + 12z), so the possible nn correspond exactly to the attainable values of v=y+12z.v = y + 12z.

The constraints are z9z \le 9 and 0y1000111z110 \le y \le \frac{1000 - 111z}{11} (then x0x \ge 0 follows). For z=0,1,,9z = 0, 1, \ldots, 9 the value v=y+12zv = y + 12z ranges over the intervals [0,90],[0, 90], [12,92],[12, 92], [24,94],[24, 94], [36,96],[36, 96], [48,98],[48, 98], [60,100],[60, 100], [72,102],[72, 102], [84,104],[84, 104], [96,106],[96, 106], and {108}\{108\} (when z=9,z = 9, only y=0y = 0 fits). Their union is every integer from 00 to 106106 together with 108;108; only 107107 is unattainable.

So vv takes 107+1=108107 + 1 = 108 values, and n=10009vn = 1000 - 9v takes 108108 values.

15.

Una tira larga y delgada de papel tiene 10241024 unidades de longitud, 11 unidad de ancho, y está dividida en 10241024 cuadrados unitarios. El papel se dobla por la mitad repetidamente. En el primer doblez, el extremo derecho del papel se dobla para coincidir con el extremo izquierdo y quedar encima de él. El resultado es una tira de 512512 por 11 de doble grosor. Luego, el extremo derecho de esta tira se dobla para coincidir con el extremo izquierdo y quedar encima de él, resultando en una tira de 256256 por 11 de grosor cuádruple. Este proceso se repite 88 veces más. Después del último doblez, la tira se ha convertido en una pila de 10241024 cuadrados unitarios. ¿Cuántos de estos cuadrados quedan debajo del cuadrado que originalmente era el cuadrado número 942942 contando desde la izquierda?

A long thin strip of paper is 10241024 units in length, 11 unit in width, and is divided into 10241024 unit squares. The paper is folded in half repeatedly. For the first fold, the right end of the paper is folded over to coincide with and lie on top of the left end. The result is a 512512 by 11 strip of double thickness. Next, the right end of this strip is folded over to coincide with and lie on top of the left end, resulting in a 256256 by 11 strip of quadruple thickness. This process is repeated 88 more times. After the last fold, the strip has become a stack of 10241024 unit squares. How many of these squares lie below the square that was originally the 942942nd square counting from the left?

Respuesta: 593

Nivel de dificultad: 3500

Solución:

Después de ff dobleces la tira mide 210f2^{10-f} cuadrados de largo y 2f2^f capas de grosor, así que las posiciones LL desde la izquierda y RR desde la derecha satisfacen L+R=210f+1,L + R = 2^{10-f} + 1, y las posiciones BB desde el fondo y TT desde arriba satisfacen B+T=2f+1.B + T = 2^f + 1. Cuando la mitad derecha se dobla sobre la izquierda, un cuadrado de la mitad izquierda conserva su LL y B,B, mientras que un cuadrado de la mitad derecha se voltea: su nuevo LL es su antiguo R,R, y su nuevo TT es su antiguo B.B.

El cuadrado número 942942 empieza en (L,B)=(942,1).(L, B) = (942, 1). Aplicando la regla a lo largo de los diez dobleces da (83,2), (83,2), (83,2), (46,15), (19,18), (14,47), (3,82), (3,82), (2,431), (1,594). \begin{gathered} (83, 2),\ (83, 2),\ (83, 2),\ (46, 15),\\ \ (19, 18),\ (14, 47),\ (3, 82),\\ \ (3, 82),\ (2, 431),\ (1, 594). \end{gathered} Por ejemplo, en el cuarto doblez la tira tiene longitud 128128 y L=83>64,L = 83 \gt 64, así que el nuevo LL es 128+183=46128 + 1 - 83 = 46 y el nuevo TT es el antiguo B=2,B = 2, haciendo B=16+12=15.B = 16 + 1 - 2 = 15.

En la pila final de 10241024 cuadrados, este cuadrado está a altura 594594 desde el fondo, así que 5941=593594 - 1 = 593 cuadrados quedan debajo de él.

After ff folds the strip is 210f2^{10-f} squares long and 2f2^f layers thick, so the positions LL from the left and RR from the right satisfy L+R=210f+1,L + R = 2^{10-f} + 1, and the positions BB from the bottom and TT from the top satisfy B+T=2f+1.B + T = 2^f + 1. When the right half is folded over onto the left, a square in the left half keeps its LL and B,B, while a square in the right half is flipped: its new LL is its old R,R, and its new TT is its old B.B.

The 942942nd square starts at (L,B)=(942,1).(L, B) = (942, 1). Applying the rule through the ten folds gives (83,2), (83,2), (83,2), (46,15), (19,18), (14,47), (3,82), (3,82), (2,431), (1,594). \begin{gathered} (83, 2),\ (83, 2),\ (83, 2),\ (46, 15),\\ \ (19, 18),\ (14, 47),\ (3, 82),\\ \ (3, 82),\ (2, 431),\ (1, 594). \end{gathered} For example, at the fourth fold the strip has length 128128 and L=83>64,L = 83 \gt 64, so the new LL is 128+183=46128 + 1 - 83 = 46 and the new TT is the old B=2,B = 2, making B=16+12=15.B = 16 + 1 - 2 = 15.

In the final stack of 10241024 squares, this square sits at height 594594 from the bottom, so 5941=593594 - 1 = 593 squares lie below it.