2025 AIME I Problema 13
A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 13 del 2025 AIME I, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2025 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).
Nivel de dificultad: 3270
13.
Alex divide un disco en cuatro cuadrantes con dos diámetros perpendiculares que se cortan en el centro del disco. Traza segmentos de recta más a través del disco, dibujando cada segmento al seleccionar al azar dos puntos del perímetro del disco en cuadrantes diferentes y conectar esos dos puntos. Halle el número esperado de regiones en que estos segmentos de recta dividen el disco.
Alex divides a disk into four quadrants with two perpendicular diameters intersecting at the center of the disk. He draws more line segments through the disk, drawing each segment by selecting two points at random on the perimeter of the disk in different quadrants and connecting these two points. Find the expected number of regions into which these line segments divide the disk.
Solución:
Añadiendo las cuerdas una por una, cada nueva cuerda aumenta el número de regiones en más el número de cuerdas existentes que cruza dentro del disco. Partiendo de una región, el total esperado es donde es el número esperado de pares que se cruzan en el interior. Los dos diámetros se cruzan una vez. Los extremos de una cuerda aleatoria caen en uno de los pares de cuadrantes, cada uno con probabilidad La cuerda cruza el diámetro vertical exactamente cuando sus extremos tienen signos de opuestos, lo que ocurre en de los pares, así que corta cada diámetro con probabilidad y ambos diámetros juntos veces en promedio: las cuerdas aportan cruces esperados con los diámetros.
Para dos cuerdas aleatorias, condicionemos sobre sus pares de cuadrantes ( combinaciones ordenadas igualmente probables). Si una usa los cuadrantes y la otra los extremos siempre se alternan, así que siempre se cruzan: combinaciones. Si los dos pares son adyacentes y disjuntos, como y las cuerdas nunca se cruzan: combinaciones. En cada una de las otras combinaciones, si los extremos se alternan alrededor del círculo se reduce a comparar puntos uniformes independientes dentro de cuadrantes compartidos, por ejemplo, una cuerda y una cuerda se cruzan exactamente cuando los dos puntos del cuadrante aparecen en un orden específico, y la probabilidad es por simetría. Así que dos cuerdas aleatorias se cruzan con probabilidad
Los pares de cuerdas aportan cruces esperados, así que y el número esperado de regiones es
Adding chords one at a time, each new chord increases the region count by plus the number of existing chords it crosses inside the disk. Starting from one region, the expected total is where is the expected number of interior crossing pairs. The two diameters cross once. A random chord's endpoints land in one of the quadrant pairs, each with probability The chord crosses the vertical diameter exactly when its endpoints have opposite -signs, which happens for of the pairs, so it meets each diameter with probability and both diameters together times on average: the chords contribute expected crossings with the diameters.
For two random chords, condition on their quadrant pairs ( equally likely ordered combinations). If one uses quadrants and the other the endpoints always alternate, so they always cross: combinations. If the two pairs are adjacent and disjoint, such as and the chords never cross: combinations. In each of the other combinations, whether the endpoints alternate around the circle reduces to comparing independent uniform points inside shared quadrants — for example, a chord and a chord cross exactly when the two quadrant- points come in one specific order — and the probability is by symmetry. So two random chords cross with probability
The chord pairs contribute expected crossings, so and the expected number of regions is
El Problema 13 en otros años
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