2011 AIME II Problema 8

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 8 del 2011 AIME II, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2011 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:raíces de la unidadnúmero complejooptimización

Nivel de dificultad: 2560

8.

Sean z1,z_1, z2,z_2, z3,z_3, ,\ldots, z12z_{12} los 1212 ceros del polinomio z12236.z^{12} - 2^{36}. Para cada j,j, sea wjw_j uno de zjz_j o izj.iz_j. Entonces el valor máximo posible de la parte real de j=112wj\sum_{j=1}^{12} w_j puede escribirse como m+n,m + \sqrt{n}, donde mm y nn son enteros positivos. Halla m+n.m + n.

Let z1,z_1, z2,z_2, z3,z_3, ,\ldots, z12z_{12} be the 1212 zeroes of the polynomial z12236.z^{12} - 2^{36}. For each j,j, let wjw_j be one of zjz_j or izj.iz_j. Then the maximum possible value of the real part of j=112wj\sum_{j=1}^{12} w_j can be written as m+n,m + \sqrt{n}, where mm and nn are positive integers. Find m+n.m + n.

Solución:

Los ceros son zj=8(cosπj6+isinπj6)z_j = 8\left(\cos\frac{\pi j}{6} + i\sin\frac{\pi j}{6}\right) para j=1,,12,j = 1, \ldots, 12, y Re(izj)=Im(zj).\operatorname{Re}(iz_j) = -\operatorname{Im}(z_j). Como las elecciones son independientes, la parte real máxima de la suma es j8max(cosπj6,sinπj6).\sum_j 8\max\left(\cos\frac{\pi j}{6},\, -\sin\frac{\pi j}{6}\right).

Comparando los dos valores, sinπj6-\sin\frac{\pi j}{6} es mayor exactamente para j=5,,10.j = 5, \ldots, 10. Los cosenos conservados, para j=1,2,3,4,11,12,j = 1, 2, 3, 4, 11, 12, suman 32+12+012+32+1=1+3, \begin{aligned} &\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2} + 0 - \frac{1}{2} \\ &\quad {}+ \frac{\sqrt{3}}{2} + 1 = 1 + \sqrt{3}, \end{aligned} y los valores sinπj6-\sin\frac{\pi j}{6} conservados, para j=5,,10,j = 5, \ldots, 10, suman 12+0+12+32+1+32=1+3. \begin{aligned} &-\frac{1}{2} + 0 + \frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2} \\ &\quad {}+ 1 + \frac{\sqrt{3}}{2} = 1 + \sqrt{3}. \end{aligned}

El máximo es 8(2+23)=16+163=16+768, \begin{aligned} &8\left(2 + 2\sqrt{3}\right) \\ &= 16 + 16\sqrt{3} \\ &= 16 + \sqrt{768}, \end{aligned} así que m+n=16+768=784.m + n = 16 + 768 = 784.

The zeroes are zj=8(cosπj6+isinπj6)z_j = 8\left(\cos\frac{\pi j}{6} + i\sin\frac{\pi j}{6}\right) for j=1,,12,j = 1, \ldots, 12, and Re(izj)=Im(zj).\operatorname{Re}(iz_j) = -\operatorname{Im}(z_j). Since the choices are independent, the maximum real part of the sum is j8max(cosπj6,sinπj6).\sum_j 8\max\left(\cos\frac{\pi j}{6},\, -\sin\frac{\pi j}{6}\right).

Comparing the two values, sinπj6-\sin\frac{\pi j}{6} is larger exactly for j=5,,10.j = 5, \ldots, 10. The cosines kept, for j=1,2,3,4,11,12,j = 1, 2, 3, 4, 11, 12, sum to 32+12+012+32+1=1+3, \begin{aligned} &\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2} + 0 - \frac{1}{2} \\ &\quad {}+ \frac{\sqrt{3}}{2} + 1 = 1 + \sqrt{3}, \end{aligned} and the values sinπj6-\sin\frac{\pi j}{6} kept, for j=5,,10,j = 5, \ldots, 10, sum to 12+0+12+32+1+32=1+3. \begin{aligned} &-\frac{1}{2} + 0 + \frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2} \\ &\quad {}+ 1 + \frac{\sqrt{3}}{2} = 1 + \sqrt{3}. \end{aligned}

The maximum is 8(2+23)=16+163=16+768, \begin{aligned} &8\left(2 + 2\sqrt{3}\right) \\ &= 16 + 16\sqrt{3} \\ &= 16 + \sqrt{768}, \end{aligned} so m+n=16+768=784.m + n = 16 + 768 = 784.

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