Problemas del 2018 AIME I
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1.
Sea el número de pares ordenados de enteros con y tales que el polinomio puede factorizarse como producto de dos factores lineales (no necesariamente distintos) con coeficientes enteros. Halle el residuo cuando se divide entre
Let be the number of ordered pairs of integers with and such that the polynomial can be factored into the product of two (not necessarily distinct) linear factors with integer coefficients. Find the remainder when is divided by
Respuesta: 600
Nivel de dificultad: 2260
Solución:
El polinomio se factoriza en factores lineales enteros exactamente cuando sus raíces son enteras, es decir, cuando el discriminante es igual a para algún entero Dado tal existe exactamente cuando para algún con y y valores distintos de dan valores distintos
Para impar los válidos son que son opciones; para par son que son opciones.
Sumando sobre los impares aportan y los pares aportan Así y el residuo es
The polynomial factors into integer linear factors exactly when its roots are integers, that is, when the discriminant equals for some integer Given such a exists exactly when for some with and and distinct such give distinct values
For odd the valid are which is choices; for even they are which is choices.
Summing over the odd contribute and the even contribute Thus and the remainder is
2.
El número puede escribirse en base como puede escribirse en base como y puede escribirse en base como donde Halle la representación en base de
The number can be written in base as can be written in base as and can be written in base as where Find the base- representation of
Respuesta: 925
Nivel de dificultad: 2180
Solución:
Escribiendo los valores posicionales, donde y son dígitos en base con y y
Igualando las dos últimas expresiones da Sustituir en (que dice ) produce así es decir Las cotas de los dígitos obligan a y entonces que es un dígito válido en las bases y
Por lo tanto En efecto lo que confirma la forma en base . La respuesta es
Writing out the place values, where and are base- digits with and and
Equating the last two expressions gives Substituting into (which says ) yields so that is The digit bounds force and then which is a valid digit in bases and
Therefore Indeed confirming the base- form. The answer is
3.
Kathy tiene cartas rojas y cartas verdes. Baraja las cartas y coloca de ellas en fila en un orden aleatorio. Estará contenta si y solo si todas las cartas rojas colocadas son adyacentes y todas las cartas verdes colocadas son adyacentes. Por ejemplo, los órdenes de cartas RRGGG, GGGGR o RRRRR harán que Kathy esté contenta, pero RRRGR no. La probabilidad de que Kathy esté contenta es donde y son enteros positivos primos entre sí. Halle
Kathy has red cards and green cards. She shuffles the cards and lays out of the cards in a row in a random order. She will be happy if and only if all the red cards laid out are adjacent and all the green cards laid out are adjacent. For example, card orders RRGGG, GGGGR, or RRRRR will make Kathy happy, but RRRGR will not. The probability that Kathy will be happy is where and are relatively prime positive integers. Find
Respuesta: 157
Nivel de dificultad: 2400
Solución:
Hay disposiciones ordenadas igualmente probables de de las cartas distintas. Kathy está contenta exactamente cuando el patrón de colores consta de un bloque de rojas y un bloque de verdes: los patrones son RRRRR, GGGGG, y los ocho patrones mixtos y para
Un patrón que usa posiciones rojas y verdes puede llenarse de maneras (elecciones ordenadas de cuáles cartas rojas y cuáles verdes aparecen). Para estos conteos son El número de disposiciones felices es
La probabilidad es así que
There are equally likely ordered layouts of of the distinct cards. Kathy is happy exactly when the color pattern consists of one block of reds and one block of greens: the patterns are RRRRR, GGGGG, and the eight mixed patterns and for
A pattern using red and green positions can be filled in ways (ordered choices of which red cards and which green cards appear). For these counts are The happy layouts number
The probability is so
4.
En y El punto está estrictamente entre y sobre y el punto está estrictamente entre y sobre de modo que Entonces puede expresarse en la forma donde y son enteros positivos primos entre sí. Halle
In and Point lies strictly between and on and point lies strictly between and on so that Then can be expressed in the form where and are relatively prime positive integers. Find
Respuesta: 289
Nivel de dificultad: 2410
Solución:
Por la ley de los cosenos en
Sea de modo que La ley de los cosenos en da así Como podemos dividir entre para obtener de donde y
Como la respuesta es
By the law of cosines in
Let so The law of cosines in gives so Since we may divide by to get hence and
As the answer is
5.
Para cada par ordenado de números reales que satisface existe un número real tal que Halle el producto de todos los posibles valores de
For each ordered pair of real numbers satisfying there is a real number such that Find the product of all possible values of
Respuesta: 189
Nivel de dificultad: 2510
Solución:
Como la primera ecuación es equivalente a junto con Al expandir se obtiene que se factoriza como Así o con
De manera similar, la segunda ecuación dice es decir Si (tomando para que ambos logaritmos estén definidos), entonces Si (tomando de modo que y ), entonces así
Ambos casos ocurren, así que el producto de todos los valores posibles es
Because the first equation is equivalent to together with Expanding gives which factors as So or with
Similarly the second equation says that is If (taking so both logarithms are defined), then If (taking so and ), then so
Both cases occur, so the product of all possible values is
6.
Sea el número de números complejos con las propiedades de que y es un número real. Halle el residuo cuando se divide entre
Let be the number of complex numbers with the properties that and is a real number. Find the remainder when is divided by
Respuesta: 440
Nivel de dificultad: 2720
Solución:
Escriba con Entonces es real exactamente cuando lo cual ocurre cuando los ángulos son iguales o suplementarios módulo o bien dando o bien dando
La primera familia tiene valores en y la segunda tiene No pueden coincidir: daría igualando un número par con uno impar.
Por lo tanto y el residuo es
Write with Then is real exactly when which happens when the angles are equal or supplementary modulo either giving or giving
The first family has values in and the second has They cannot coincide: would give equating an even number with an odd one.
Hence and the remainder is
7.
Un prisma hexagonal recto tiene altura Las bases son hexágonos regulares con longitud de lado Cualesquiera de los vértices determinan un triángulo. Halle el número de estos triángulos que son isósceles (incluyendo los triángulos equiláteros).
A right hexagonal prism has height The bases are regular hexagons with side length Any of the vertices determine a triangle. Find the number of these triangles that are isosceles (including equilateral triangles).
Respuesta: 52
Nivel de dificultad: 2840
Solución:
Las cuerdas de un hexágono regular unitario tienen longitudes y Entre los triángulos de un hexágono, tienen lados y son equiláteros con lado los otros con lados son escalenos. Así cada base aporta triángulos isósceles, para en total.
En caso contrario, dos vértices están en una base ( elecciones de esa base) y uno en la otra. Un vértice de la base superior a distancia horizontal de un vértice inferior está a distancia de él. Si el par inferior es adyacente (cuerda ): la mediatriz de una arista del hexágono no pasa por ningún vértice, y ningún lado inclinado puede ser igual a así que no hay triángulos isósceles. Si el par tiene un vértice entre ellos (cuerda pares): los vértices superiores sobre ese vértice intermedio y sobre el vértice opuesto son equidistantes del par, dando Si el par es diametralmente opuesto (cuerda pares): ningún vértice está sobre la mediatriz, pero el vértice superior directamente sobre cualquiera de los extremos da un lado inclinado igual a la cuerda, dando
El total es
The chords of a unit regular hexagon have lengths and Among the triangles in one hexagon, have sides and are equilateral with side the other with sides are scalene. So each base contributes isosceles triangles, for in all.
Otherwise two vertices lie on one base ( choices of that base) and one on the other. A vertex of the top base at horizontal distance from a bottom vertex is at distance from it. If the bottom pair is adjacent (chord ): the perpendicular bisector of a hexagon edge passes through no vertices, and no slant side can equal so there are no isosceles triangles. If the pair has one vertex between them (chord pairs): the top vertices above that middle vertex and above the opposite vertex are equidistant from the pair, giving If the pair is diametrically opposite (chord pairs): no vertex lies above the perpendicular bisector, but the top vertex directly above either endpoint gives a slant side equal to the chord, giving
The total is
8.
Sea un hexágono equiángulo tal que y Denote por el diámetro del mayor círculo que cabe dentro del hexágono. Halle
Let be an equiangular hexagon such that and Denote by the diameter of the largest circle that fits inside the hexagon. Find
Respuesta: 147
Nivel de dificultad: 2920
Solución:
Todos los ángulos interiores son así que los lados opuestos son paralelos. Adjuntar triángulos equiláteros a dos lados opuestos produce un paralelogramo, lo que obliga a y Por lo tanto y
Caminar de un lado al lado opuesto a lo largo de los dos lados que los conectan muestra que la distancia entre un par de lados opuestos es veces la suma de esos dos lados conectores: las franjas tienen anchos entre y entre y y entre y Cualquier círculo dentro del hexágono cabe en la franja más estrecha, así que
Un círculo de diámetro tangente a las rectas y puede centrarse de modo que también toque exactamente y tenga distancias y a las rectas y todas mayores que su radio así que cabe dentro del hexágono. Por lo tanto y
All interior angles are so opposite sides are parallel. Attaching equilateral triangles to two opposite sides produces a parallelogram, which forces and Hence and
Walking from one side to the opposite side along the two connecting sides shows that the distance between a pair of opposite sides is times the sum of those two connecting sides: the strips have widths between and between and and between and Any circle inside the hexagon fits in the narrowest strip, so
A circle of diameter tangent to lines and can be centered so that it also touches exactly and has distances and from lines and all more than its radius so it fits inside the hexagon. Therefore and
9.
Halle el número de subconjuntos de cuatro elementos de con la propiedad de que dos elementos distintos del subconjunto tienen suma y dos elementos distintos del subconjunto tienen suma Por ejemplo, y son dos de tales subconjuntos.
Find the number of four-element subsets of with the property that two distinct elements of the subset have a sum of and two distinct elements of the subset have a sum of For example, and are two such subsets.
Respuesta: 210
Nivel de dificultad: 2990
Solución:
Los pares de elementos distintos que suman son (siete pares), y los que suman son (ocho pares). Primero contamos los subconjuntos que contienen un -par y un -par disjuntos. De las combinaciones, las que comparten un elemento requieren que y sean todos válidos, lo que ocurre para los valores distintos de y Ningún conjunto de cuatro elementos surge de dos combinaciones disjuntas diferentes (una segunda descomposición obligaría a que un -par coincida con un -par), así que este caso da subconjuntos.
En los subconjuntos restantes cada -par corta a cada -par, así que algún centro tiene tanto como en el subconjunto. Hay centros posibles ( con ), y el cuarto elemento puede ser cualquiera de los números restantes, dando conteos centro–subconjunto. Exactamente subconjuntos admiten dos centros y se cuentan dos veces: y Este caso da subconjuntos, ninguno de los cuales contiene pares disjuntos.
El total es
The pairs of distinct elements summing to are (seven pairs), and those summing to are (eight pairs). First count subsets containing a -pair and a -pair that are disjoint. Of the combinations, the ones sharing an element require and all to be valid, which happens for the values other than and No four-element set arises from two different disjoint combinations (a second decomposition would force a -pair to coincide with a -pair), so this case gives subsets.
In the remaining subsets every -pair meets every -pair, so some center has both and in the subset. There are possible centers ( with ), and the fourth element can be any of the remaining numbers, giving center–subset counts. Exactly subsets admit two centers and are counted twice: and This case gives subsets, none of which contain disjoint pairs.
The total is
10.
La rueda que se muestra a continuación consta de dos círculos y cinco radios, con una etiqueta en cada punto donde un radio se encuentra con un círculo. Un insecto camina a lo largo de la rueda, empezando en el punto En cada paso del proceso, el insecto camina de un punto etiquetado a un punto etiquetado adyacente. A lo largo del círculo interior el insecto solo camina en sentido antihorario, y a lo largo del círculo exterior el insecto solo camina en sentido horario. Por ejemplo, el insecto podría recorrer el camino que tiene pasos. Sea el número de caminos con pasos que empiezan y terminan en el punto Halle el residuo cuando se divide entre
The wheel shown below consists of two circles and five spokes, with a label at each point where a spoke meets a circle. A bug walks along the wheel, starting at point At every step of the process, the bug walks from one labeled point to an adjacent labeled point. Along the inner circle the bug only walks in a counterclockwise direction, and along the outer circle the bug only walks in a clockwise direction. For example, the bug could travel along the path which has steps. Let be the number of paths with steps that begin and end at point Find the remainder when is divided by
Respuesta: 4
Nivel de dificultad: 3060
Solución:
Desde cualquier punto interior el insecto tiene exactamente dos movimientos, en sentido antihorario a lo largo del círculo interior o hacia afuera por un radio; desde cualquier punto exterior tiene exactamente dos, en sentido horario a lo largo del círculo exterior o hacia adentro por un radio. Llame a un movimiento si es antihorario o hacia adentro y si es horario o hacia afuera. Entonces cada cadena en describe exactamente un camino de pasos desde
Un paso llega al círculo interior exactamente cuando es una así que el camino termina en el círculo interior exactamente cuando su último movimiento es una en ese caso los números de movimientos hacia adentro y hacia afuera son iguales. Midiendo la posición angular en quintos de vuelta (antihorario horario radios ), el camino regresa a exactamente cuando termina en el círculo interior y la rotación neta es un múltiplo de es decir, cuando el último movimiento es y Con movimientos esto significa que el número de es o
Fijando el último movimiento como los primeros movimientos contienen o copias de por lo que y el residuo es
From any inner point the bug has exactly two moves, counterclockwise along the inner circle or outward along a spoke; from any outer point it has exactly two, clockwise along the outer circle or inward along a spoke. Call a move if it is counterclockwise or inward and if it is clockwise or outward. Then every string in describes exactly one -step path from
A step arrives on the inner circle exactly when it is an so the path ends on the inner circle exactly when its last move is an in that case the numbers of inward and outward moves are equal. Measuring angular position in fifths of a turn (counterclockwise clockwise spokes ), the path returns to exactly when it ends on the inner circle and the net rotation is a multiple of that is, when the last move is and With moves this means the number of s is or
Fixing the last move as the first moves contain or s, so and the remainder is
11.
Halle el menor entero positivo tal que cuando se escribe en base sus dos dígitos más a la derecha en base son
Find the least positive integer such that when is written in base its two right-most digits in base are
Respuesta: 195
Nivel de dificultad: 2990
Solución:
Los dos últimos dígitos en base son exactamente cuando y como esto se cumple exactamente cuando módulo tanto como
Módulo y como es primo y el orden de es exactamente Módulo el orden de módulo es así que el orden módulo es un múltiplo de Escribiendo y notando que el teorema del binomio da que es exactamente cuando Así el orden de módulo es
Por lo tanto debe ser un múltiplo común de y y el menor es
The last two base- digits are exactly when and since this holds exactly when modulo both and
Modulo and since is prime and the order of is exactly Modulo the order of modulo is so the order modulo is a multiple of Writing and noting the binomial theorem gives which is exactly when So the order of modulo is
Therefore must be a common multiple of and and the least is
12.
Para cada subconjunto de sea la suma de los elementos de con definido como Si se elige al azar entre todos los subconjuntos de la probabilidad de que sea divisible entre es donde y son enteros positivos primos entre sí. Halle
For each subset of let be the sum of the elements of with defined to be If is chosen at random among all subsets of the probability that is divisible by is where and are relatively prime positive integers. Find
Respuesta: 683
Nivel de dificultad: 3060
Solución:
El conjunto contiene seis elementos en cada clase de residuo módulo Si contiene elementos y elementos entonces así que exactamente cuando los seis múltiplos de pueden incluirse libremente, aportando un factor tanto a los conteos favorables como a los totales.
Por la identidad de Vandermonde, el número de maneras de elegir las y las con es con es y con es Las elecciones favorables suman de un total de
La probabilidad es que está en su mínima expresión ya que es impar. Así
The set contains six elements in each residue class modulo If contains elements and elements then so exactly when the six multiples of may be included freely, contributing a factor to both the favorable and total counts.
By Vandermonde's identity, the number of ways to choose the s and s with is with it is and with it is The favorable choices number out of
The probability is which is in lowest terms since is odd. Thus
13.
Sea con longitudes de lado y El punto está en el interior de y los puntos e son los incentros de y respectivamente. Halle el área mínima posible de cuando varía a lo largo de
Let have side lengths and Point lies in the interior of and points and are the incenters of and respectively. Find the minimum possible area of as varies along
Respuesta: 126
Nivel de dificultad: 3270
Solución:
Como y bisecan los ángulos y una constante. Sea La fórmula del ángulo en el incentro da así que la ley de los senos en produce y de manera similar, como
Por lo tanto que se minimiza cuando es decir, cuando es el pie de la altura desde
Con y las fórmulas de semiángulo dan así que el área mínima es
Since and bisect angles and a constant. Let The incenter angle formula gives so the law of sines in yields and similarly, since
Therefore which is minimized when that is, when is the foot of the altitude from
With and the half-angle formulas give so the minimum area is
14.
Sea un heptágono. Una rana empieza a saltar en el vértice Desde cualquier vértice del heptágono excepto la rana puede saltar a cualquiera de los dos vértices adyacentes. Cuando llega al vértice la rana se detiene y permanece allí. Halle el número de sucesiones distintas de saltos de no más de saltos que terminan en
Let be a heptagon. A frog starts jumping at vertex From any vertex of the heptagon except the frog may jump to either of the two adjacent vertices. When it reaches vertex the frog stops and stays there. Find the number of distinct sequences of jumps of no more than jumps that end at
Respuesta: 351
Nivel de dificultad: 3160
Solución:
Agrupe los vértices en clases y Cada vértice de se une a un vértice de y a uno de cada vértice de se une a uno de y a uno de y cada vértice de se une a uno de y al vértice absorbente Por lo tanto, si cuentan los caminos de saltos desde que aún no han llegado a y terminan en cada clase, y exactamente caminos llegan a por primera vez en el salto
Partiendo de los valores de para son
El número de sucesiones de a lo más saltos que terminan en es
Group the vertices into classes and Each vertex of adjoins one vertex of and one of each vertex of adjoins one of and one of and each vertex of adjoins one of and the absorbing vertex Hence if count the -jump paths from that have not yet reached and end in each class, and exactly paths reach for the first time on jump
Starting from the values of for are
The number of sequences of at most jumps ending at is
15.
David encontró cuatro palos de diferentes longitudes que pueden usarse para formar tres cuadriláteros cíclicos convexos no congruentes, cada uno de los cuales puede inscribirse en un círculo de radio Sea la medida del ángulo agudo formado por las diagonales del cuadrilátero y defina y de manera similar. Suponga que y Los tres cuadriláteros tienen la misma área que puede escribirse en la forma donde y son enteros positivos primos entre sí. Halle
David found four sticks of different lengths that can be used to form three non-congruent convex cyclic quadrilaterals, which can each be inscribed in a circle with radius Let denote the measure of the acute angle made by the diagonals of quadrilateral and define and similarly. Suppose that and All three quadrilaterals have the same area which can be written in the form where and are relatively prime positive integers. Find
Respuesta: 59
Nivel de dificultad: 3500
Solución:
Los cuatro palos son cuerdas del círculo unitario que subtienden arcos fijos con Los tres cuadriláteros son los tres órdenes cíclicos distintos de los lados: digamos que tiene los arcos en orden entonces (orden ) y (orden ) son los otros dos. El ángulo entre las diagonales de un cuadrilátero cíclico es la mitad de la suma de los arcos subtendidos por cualquiera de los dos pares de lados opuestos, así que y
En un círculo de radio una cuerda que abarca un arco tiene longitud Las diagonales de abarcan los arcos y así que sus longitudes son y Por lo tanto una fórmula simétrica en los tres cuadriláteros, razón por la cual las tres áreas son iguales.
Por lo tanto y
The four sticks are chords of the unit circle subtending fixed arcs with The three quadrilaterals are the three distinct cyclic orders of the sides: say has arcs in order then (order ) and (order ) are the other two. The angle between the diagonals of a cyclic quadrilateral is half the sum of the arcs subtended by either pair of opposite sides, so and
In a circle of radius a chord spanning an arc has length The diagonals of span the arcs and so their lengths are and Hence a formula symmetric in the three quadrilaterals, which is why all three areas are equal.
Therefore and