2017 AIME II Problema 14

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 14 del 2017 AIME II, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2017 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:punto reticularGeometría 3Danálisis por casossimetría

Nivel de dificultad: 3370

14.

Una cuadrícula de puntos 10×10×1010 \times 10 \times 10 consiste en todos los puntos del espacio de la forma (i,j,k),(i, j, k), donde i,i, j,j, y kk son enteros entre 11 y 10,10, inclusive. Halle el número de rectas diferentes que contienen exactamente 88 de estos puntos.

A 10×10×1010 \times 10 \times 10 grid of points consists of all points in space of the form (i,j,k),(i, j, k), where i,i, j,j, and kk are integers between 11 and 10,10, inclusive. Find the number of different lines that contain exactly 88 of these points.

Solución:

Tome un vector de dirección primitivo (a,b,c)(a, b, c) para la recta. Cualquier componente no nula de valor absoluto 22 o más limita la recta a a lo sumo 55 puntos de la cuadrícula, así que cada componente es 00 o ±1.\pm 1. Las rectas paralelas a un eje coordenado contienen 1010 puntos, nunca 8.8. Si exactamente una componente es 0,0, la recta está en uno de los 3030 planos paralelos a una cara del cubo (33 orientaciones, 1010 posiciones), y dentro de esa cuadrícula 10×1010 \times 10 es una diagonal de pendiente ±1\pm 1 desplazada del centro; el desplazamiento en 22 en cualquier dirección desde cada una de las dos diagonales principales da exactamente 88 puntos. Eso es 44 rectas por plano, y cada una está en solo uno de los 3030 planos: 430=1204 \cdot 30 = 120 rectas.

En caso contrario la dirección es una de las cuatro direcciones de diagonal espacial (1,±1,±1)(1, \pm 1, \pm 1) salvo signo; por simetría, cuente las rectas paralelas a (1,1,1)(1, 1, 1) y multiplique por 4.4. Una recta así (d+t, e+t, f+t)(d + t,\ e + t,\ f + t) corta la cuadrícula en 1010 (max(d,e,f)min(d,e,f))- (\max(d,e,f) - \min(d,e,f)) puntos, así que exactamente 88 puntos significa maxmin=2.\max - \min = 2. Normalizando el punto base de modo que min(d,e,f)=1,\min(d, e, f) = 1, necesitamos (d,e,f)(d, e, f) con entradas en {1,2,3}\{1, 2, 3\} usando tanto 11 como 3:3: hay 2788+1=1227 - 8 - 8 + 1 = 12 de ellos, por lo tanto 1212 rectas por dirección y 412=484 \cdot 12 = 48 en total.

El total es 120+48=168.120 + 48 = 168.

Take a primitive direction vector (a,b,c)(a, b, c) for the line. Any nonzero component of absolute value 22 or more limits the line to at most 55 grid points, so every component is 00 or ±1.\pm 1. Lines parallel to a coordinate axis contain 1010 points, never 8.8. If exactly one component is 0,0, the line lies in one of the 3030 planes parallel to a face of the cube (33 orientations, 1010 positions), and within that 10×1010 \times 10 grid it is a diagonal of slope ±1\pm 1 shifted off center; the shift by 22 in either direction from each of the two main diagonals gives exactly 88 points. That is 44 lines per plane, and each lies in only one of the 3030 planes: 430=1204 \cdot 30 = 120 lines.

Otherwise the direction is one of the four space-diagonal directions (1,±1,±1)(1, \pm 1, \pm 1) up to sign; by symmetry, count lines parallel to (1,1,1)(1, 1, 1) and multiply by 4.4. Such a line (d+t, e+t, f+t)(d + t,\ e + t,\ f + t) meets the grid in 1010 (max(d,e,f)min(d,e,f))- (\max(d,e,f) - \min(d,e,f)) points, so exactly 88 points means maxmin=2.\max - \min = 2. Normalizing the base point so that min(d,e,f)=1,\min(d, e, f) = 1, we need (d,e,f)(d, e, f) with entries in {1,2,3}\{1, 2, 3\} using both 11 and 3:3: there are 2788+1=1227 - 8 - 8 + 1 = 12 of them, hence 1212 lines per direction and 412=484 \cdot 12 = 48 in all.

The total is 120+48=168.120 + 48 = 168.

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El Problema 14 en otros años