2006 AIME I Problema 8

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8.

El hexágono ABCDEFABCDEF está dividido en cinco rombos, P,\mathcal{P}, Q,\mathcal{Q}, R,\mathcal{R}, S,\mathcal{S}, y T,\mathcal{T}, como se muestra. Los rombos P,\mathcal{P}, Q,\mathcal{Q}, R,\mathcal{R}, y S\mathcal{S} son congruentes, y cada uno tiene área 2006.\sqrt{2006}. Sea KK el área del rombo T.\mathcal{T}. Dado que KK es un entero positivo, halla el número de valores posibles de K.K.

Hexagon ABCDEFABCDEF is divided into five rhombuses, P,\mathcal{P}, Q,\mathcal{Q}, R,\mathcal{R}, S,\mathcal{S}, and T,\mathcal{T}, as shown. Rhombuses P,\mathcal{P}, Q,\mathcal{Q}, R,\mathcal{R}, and S\mathcal{S} are congruent, and each has area 2006.\sqrt{2006}. Let KK be the area of rhombus T.\mathcal{T}. Given that KK is a positive integer, find the number of possible values for K.K.

Respuesta: 89
Conceptos:romboidentidad trigonométricaconteo de enteros en un rango
Nivel de dificultad: 2560
Solución:

Como T\mathcal{T} comparte un lado con cada uno de los otros rombos, los cinco tienen la misma longitud de lado z.z. Sea YY el vértice de T\mathcal{T} sobre AB,\overline{AB}, y sea α\alpha el ángulo de P\mathcal{P} en Y.Y. Entonces cada rombo congruente tiene área z2sinα=2006.z^2 \sin\alpha = \sqrt{2006}. Los ángulos de P,\mathcal{P}, T,\mathcal{T}, y Q\mathcal{Q} en YY están sobre la recta AB,AB, y por simetría el ángulo de Q\mathcal{Q} allí también es igual a α,\alpha, así que el ángulo de T\mathcal{T} es 1802α.180^\circ - 2\alpha. Por lo tanto K=z2sin(1802α)=z2sin2α=2z2sinαcosα=22006cosα. \begin{aligned} K &= z^2 \sin(180^\circ - 2\alpha) \\ &= z^2 \sin 2\alpha \\ &= 2 z^2 \sin\alpha \cos\alpha \\ &= 2\sqrt{2006}\,\cos\alpha. \end{aligned}

Cuando α\alpha recorre (0,90),(0^\circ, 90^\circ), el valor cosα\cos\alpha toma todos los valores en (0,1),(0, 1), así que KK toma todos los valores en (0,8024).\left(0, \sqrt{8024}\right). Como 892=792189^2 = 7921 <8024\lt 8024 <8100=902,\lt 8100 = 90^2, los valores enteros positivos posibles son 1,2,,89:1, 2, \ldots, 89: hay 8989 de ellos.

Since T\mathcal{T} shares a side with each of the other rhombuses, all five have the same side length z.z. Let YY be the vertex of T\mathcal{T} on AB,\overline{AB}, and let α\alpha be the angle of P\mathcal{P} at Y.Y. Then each congruent rhombus has area z2sinα=2006.z^2 \sin\alpha = \sqrt{2006}. The angles of P,\mathcal{P}, T,\mathcal{T}, and Q\mathcal{Q} at YY lie along the line AB,AB, and by symmetry Q\mathcal{Q}'s angle there also equals α,\alpha, so T\mathcal{T}'s angle is 1802α.180^\circ - 2\alpha. Hence K=z2sin(1802α)=z2sin2α=2z2sinαcosα=22006cosα. \begin{aligned} K &= z^2 \sin(180^\circ - 2\alpha) \\ &= z^2 \sin 2\alpha \\ &= 2 z^2 \sin\alpha \cos\alpha \\ &= 2\sqrt{2006}\,\cos\alpha. \end{aligned}

As α\alpha ranges over (0,90),(0^\circ, 90^\circ), the value cosα\cos\alpha takes every value in (0,1),(0, 1), so KK takes every value in (0,8024).\left(0, \sqrt{8024}\right). Since 892=792189^2 = 7921 <8024\lt 8024 <8100=902,\lt 8100 = 90^2, the possible positive integer values are 1,2,,89:1, 2, \ldots, 89: there are 8989 of them.

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