2018 AIME I Problema 7

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 7 del 2018 AIME I, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2018 AIME I, o revisar la clave de respuestas.

Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

Conceptos:conteo de figuras en diagramasGeometría 3Danálisis por casos

Nivel de dificultad: 2840

7.

Un prisma hexagonal recto tiene altura 2.2. Las bases son hexágonos regulares con longitud de lado 1.1. Cualesquiera 33 de los 1212 vértices determinan un triángulo. Halle el número de estos triángulos que son isósceles (incluyendo los triángulos equiláteros).

A right hexagonal prism has height 2.2. The bases are regular hexagons with side length 1.1. Any 33 of the 1212 vertices determine a triangle. Find the number of these triangles that are isosceles (including equilateral triangles).

Solución:

Las cuerdas de un hexágono regular unitario tienen longitudes 1,1, 3,\sqrt{3}, y 2.2. Entre los (63)=20\binom{6}{3} = 20 triángulos de un hexágono, 66 tienen lados 1,1,31, 1, \sqrt{3} y 22 son equiláteros con lado 3;\sqrt{3}; los otros 12,12, con lados 1,3,2,1, \sqrt{3}, 2, son escalenos. Así cada base aporta 88 triángulos isósceles, para 1616 en total.

En caso contrario, dos vértices están en una base (22 elecciones de esa base) y uno en la otra. Un vértice de la base superior a distancia horizontal dd de un vértice inferior está a distancia d2+42\sqrt{d^2 + 4} \ge 2 de él. Si el par inferior es adyacente (cuerda 11): la mediatriz de una arista del hexágono no pasa por ningún vértice, y ningún lado inclinado puede ser igual a 1,1, así que no hay triángulos isósceles. Si el par tiene un vértice entre ellos (cuerda 3,\sqrt{3}, 66 pares): los vértices superiores sobre ese vértice intermedio y sobre el vértice opuesto son equidistantes del par, dando 62=12.6 \cdot 2 = 12. Si el par es diametralmente opuesto (cuerda 2,2, 33 pares): ningún vértice está sobre la mediatriz, pero el vértice superior directamente sobre cualquiera de los extremos da un lado inclinado 0+4=2\sqrt{0 + 4} = 2 igual a la cuerda, dando 32=6.3 \cdot 2 = 6.

El total es 16+2(12+6)=52.16 + 2\,(12 + 6) = 52.

The chords of a unit regular hexagon have lengths 1,1, 3,\sqrt{3}, and 2.2. Among the (63)=20\binom{6}{3} = 20 triangles in one hexagon, 66 have sides 1,1,31, 1, \sqrt{3} and 22 are equilateral with side 3;\sqrt{3}; the other 12,12, with sides 1,3,2,1, \sqrt{3}, 2, are scalene. So each base contributes 88 isosceles triangles, for 1616 in all.

Otherwise two vertices lie on one base (22 choices of that base) and one on the other. A vertex of the top base at horizontal distance dd from a bottom vertex is at distance d2+42\sqrt{d^2 + 4} \ge 2 from it. If the bottom pair is adjacent (chord 11): the perpendicular bisector of a hexagon edge passes through no vertices, and no slant side can equal 1,1, so there are no isosceles triangles. If the pair has one vertex between them (chord 3,\sqrt{3}, 66 pairs): the top vertices above that middle vertex and above the opposite vertex are equidistant from the pair, giving 62=12.6 \cdot 2 = 12. If the pair is diametrically opposite (chord 2,2, 33 pairs): no vertex lies above the perpendicular bisector, but the top vertex directly above either endpoint gives a slant side 0+4=2\sqrt{0 + 4} = 2 equal to the chord, giving 32=6.3 \cdot 2 = 6.

The total is 16+2(12+6)=52.16 + 2\,(12 + 6) = 52.

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