2014 AIME II Problema 5

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 5 del 2014 AIME II, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2014 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:polinomioFórmulas de Vietasistema de ecuaciones

Nivel de dificultad: 2560

5.

Los números reales rr y ss son raíces de p(x)=x3+ax+b,p(x) = x^3 + ax + b, y r+4r + 4 y s3s - 3 son raíces de q(x)=x3+ax+b+240.q(x) = x^3 + ax + b + 240. Halla la suma de todos los valores posibles de b.|b|.

Real numbers rr and ss are roots of p(x)=x3+ax+b,p(x) = x^3 + ax + b, and r+4r + 4 and s3s - 3 are roots of q(x)=x3+ax+b+240.q(x) = x^3 + ax + b + 240. Find the sum of all possible values of b.|b|.

Solución:

Ambas cúbicas tienen coeficiente x2x^2 igual a cero, así que sus raíces suman 0:0: la tercera raíz de pp es t=rs,t = -r - s, y la tercera raíz de qq es (r+4)(s3)=t1.-(r+4) - (s-3) = t - 1. El coeficiente de xx es aa en ambas, así que rs+st+tr=(r+4)(s3)+(s3)(t1)+(t1)(r+4), \begin{aligned} &rs + st + tr \\ &= (r+4)(s-3) \\ &\quad {}+ (s-3)(t-1) \\ &\quad {}+ (t-1)(r+4), \end{aligned} lo cual se simplifica a t=4r3s+13.t = 4r - 3s + 13.

Los términos constantes dan b=rstb = -rst y b+240=b + 240 = (r+4)(s3)(t1),-(r+4)(s-3)(t-1), así que 240=240 = rst(r+4)(s3)(t1),rst - (r+4)(s-3)(t-1), es decir rs4st+3tr3rrs - 4st + 3tr - 3r +4s+12t252=0.+ 4s + 12t - 252 = 0. Sustituir t=4r3s+13t = 4r - 3s + 13 reduce esto a 12[(rs)2+7(rs)8]=0,12\left[(r-s)^2 + 7(r-s) - 8\right] = 0, así que rs=1r - s = 1 o rs=8.r - s = -8.

Si rs=1,r - s = 1, entonces t=4r3s+13=r+16t = 4r - 3s + 13 = r + 16 y t=rs=2r+1,t = -r - s = -2r + 1, así que r=5:r = -5: las raíces son 5,-5, 6,-6, 11,11, y b=rst=330.b = -rst = -330. Si rs=8,r - s = -8, entonces t=r11=2r8,t = r - 11 = -2r - 8, así que r=1:r = 1: las raíces son 1,1, 9,9, 10,-10, y b=90.b = 90. La suma pedida es 330+90=420.330 + 90 = 420.

Both cubics have zero x2x^2 coefficient, so their roots sum to 0:0: the third root of pp is t=rs,t = -r - s, and the third root of qq is (r+4)(s3)=t1.-(r+4) - (s-3) = t - 1. The coefficient of xx is aa in both, so rs+st+tr=(r+4)(s3)+(s3)(t1)+(t1)(r+4), \begin{aligned} &rs + st + tr \\ &= (r+4)(s-3) \\ &\quad {}+ (s-3)(t-1) \\ &\quad {}+ (t-1)(r+4), \end{aligned} which simplifies to t=4r3s+13.t = 4r - 3s + 13.

The constant terms give b=rstb = -rst and b+240=b + 240 = (r+4)(s3)(t1),-(r+4)(s-3)(t-1), so 240=240 = rst(r+4)(s3)(t1),rst - (r+4)(s-3)(t-1), i.e. rs4st+3tr3rrs - 4st + 3tr - 3r +4s+12t252=0.+ 4s + 12t - 252 = 0. Substituting t=4r3s+13t = 4r - 3s + 13 reduces this to 12[(rs)2+7(rs)8]=0,12\left[(r-s)^2 + 7(r-s) - 8\right] = 0, so rs=1r - s = 1 or rs=8.r - s = -8.

If rs=1,r - s = 1, then t=4r3s+13=r+16t = 4r - 3s + 13 = r + 16 and t=rs=2r+1,t = -r - s = -2r + 1, so r=5:r = -5: the roots are 5,-5, 6,-6, 11,11, and b=rst=330.b = -rst = -330. If rs=8,r - s = -8, then t=r11=2r8,t = r - 11 = -2r - 8, so r=1:r = 1: the roots are 1,1, 9,9, 10,-10, and b=90.b = 90. The requested sum is 330+90=420.330 + 90 = 420.

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