2018 AIME II Problema 5

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 5 del 2018 AIME II, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2018 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:número complejosistema de ecuacionesmanipulación algebraica

Nivel de dificultad: 2450

5.

Supón que x,x, y,y, y zz son números complejos tales que xy=80320i,xy = -80 - 320i, yz=60,yz = 60, y zx=96+24i,zx = -96 + 24i, donde i=1.i = \sqrt{-1}. Entonces existen números reales aa y bb tales que x+y+z=a+bi.x + y + z = a + bi. Halla a2+b2.a^2 + b^2.

Suppose that x,x, y,y, and zz are complex numbers such that xy=80320i,xy = -80 - 320i, yz=60,yz = 60, and zx=96+24i,zx = -96 + 24i, where i=1.i = \sqrt{-1}. Then there are real numbers aa and bb such that x+y+z=a+bi.x + y + z = a + bi. Find a2+b2.a^2 + b^2.

Solución:

Multiplicando las tres ecuaciones se obtiene (xyz)2=(80320i)(60)(96+24i)=806024(14i)(4+i)=2402(16+30i). \begin{aligned} (xyz)^2 &= (-80 - 320i)(60) \\ &\quad {}\cdot (-96 + 24i) \\ &= 80 \cdot 60 \cdot 24 \\ &\quad {}\cdot \,(-1 - 4i)(-4 + i) \\ &= 240^2 (16 + 30i). \end{aligned} Como 16+30i=(5+3i)2,16 + 30i = (5 + 3i)^2, obtenemos xyz=±240(5+3i).xyz = \pm 240(5 + 3i).

Dividiendo xyzxyz entre cada producto dado se obtiene x=xyzyz=±(20+12i),y=xyzzx=±(1010i),z=xyzxy=±(3+3i), \begin{aligned} x &= \frac{xyz}{yz} = \pm(20 + 12i), \\ y &= \frac{xyz}{zx} = \pm(-10 - 10i), \\ z &= \frac{xyz}{xy} = \pm(-3 + 3i), \end{aligned} con signos coincidentes. Por lo tanto x+y+z=±(7+5i),x + y + z = \pm(7 + 5i), así que (a,b)=±(7,5)(a, b) = \pm(7, 5) y a2+b2=49+25=74.a^2 + b^2 = 49 + 25 = 74.

Multiplying the three equations gives (xyz)2=(80320i)(60)(96+24i)=806024(14i)(4+i)=2402(16+30i). \begin{aligned} (xyz)^2 &= (-80 - 320i)(60) \\ &\quad {}\cdot (-96 + 24i) \\ &= 80 \cdot 60 \cdot 24 \\ &\quad {}\cdot \,(-1 - 4i)(-4 + i) \\ &= 240^2 (16 + 30i). \end{aligned} Since 16+30i=(5+3i)2,16 + 30i = (5 + 3i)^2, we get xyz=±240(5+3i).xyz = \pm 240(5 + 3i).

Dividing xyzxyz by each given product yields x=xyzyz=±(20+12i),y=xyzzx=±(1010i),z=xyzxy=±(3+3i), \begin{aligned} x &= \frac{xyz}{yz} = \pm(20 + 12i), \\ y &= \frac{xyz}{zx} = \pm(-10 - 10i), \\ z &= \frac{xyz}{xy} = \pm(-3 + 3i), \end{aligned} with matching signs. Hence x+y+z=±(7+5i),x + y + z = \pm(7 + 5i), so (a,b)=±(7,5)(a, b) = \pm(7, 5) and a2+b2=49+25=74.a^2 + b^2 = 49 + 25 = 74.

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El Problema 5 en otros años