2016 AMC 10A Problema 18

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

18.

Cada vértice de un cubo debe etiquetarse con un entero del 11 al 8,8, usando cada entero una vez, de modo que la suma de los cuatro números en los vértices de una cara sea la misma para cada cara. Los arreglos que se pueden obtener uno de otro mediante rotaciones del cubo se consideran iguales. ¿Cuántos arreglos diferentes son posibles?

Each vertex of a cube is to be labeled with an integer 11 through 8,8, with each integer being used once, in such a way that the sum of the four numbers on the vertices of a face is the same for each face. Arrangements that can be obtained from each other through rotations of the cube are considered to be the same. How many different arrangements are possible?

11

33

66

1212

2424

Respuesta: C
Conceptos:geometría del cuboanálisis por casossimetría
Nivel de dificultad: 2060
Solución:

Dos caras opuestas juntas usan las ocho etiquetas, cuya suma es 3636, así que cada cara debe sumar 1818.

Coloca la etiqueta 11 en un vértice, y sean a,b,ca,b,c las tres etiquetas adyacentes. Los tres vértices adyacentes a esos, a través de las caras, quedan forzados a ser y el vértice opuesto es a+b+c16a+b+c-16. 17ab,17ac,17bc, \begin{gathered} 17-a-b, \\ \quad 17-a-c, \\ \quad 17-b-c, \end{gathered}

Supón que las tres etiquetas vecinas se listan en orden creciente. Al revisar las ternas posibles de 2,3,,82,3,\ldots,8, las ternas válidas son 120120^\circ, y . Cada una da dos arreglos no equivalentes por rotación, así que hay 32=63\cdot2=6 arreglos. {a,b,c}four forced labels{4,6,8}{7,5,3,2}{4,7,8}{6,5,2,3}{6,7,8}{4,3,2,5} \begin{array}{c|c} \{a,b,c\} & \text{four forced labels} \\ \hline \{4,6,8\} & \{7,5,3,2\} \\ \{4,7,8\} & \{6,5,2,3\} \\ \{6,7,8\} & \{4,3,2,5\} \end{array}

Por lo tanto, la respuesta correcta es C.

Opposite faces together use all eight labels, whose sum is 3636, so every face must have sum 1818.

Put label 11 at one vertex, and let the three adjacent labels be a,b,ca,b,c. The three vertices adjacent to those across faces are then forced to be 17ab,17ac,17bc, \begin{gathered} 17-a-b, \\ \quad 17-a-c, \\ \quad 17-b-c, \end{gathered} and the opposite vertex is a+b+c16a+b+c-16.

Assume the three neighbor labels are listed in increasing order. Substituting triples from 2,3,,82,3,\ldots,8 into the four forced expressions above gives exactly {a,b,c}four forced labels{4,6,8}{7,5,3,2}{4,7,8}{6,5,2,3}{6,7,8}{4,3,2,5} \begin{array}{c|c} \{a,b,c\} & \text{four forced labels} \\ \hline \{4,6,8\} & \{7,5,3,2\} \\ \{4,7,8\} & \{6,5,2,3\} \\ \{6,7,8\} & \{4,3,2,5\} \end{array} For each neighbor set, the six orders around the vertex fall into two groups of three under the 120120^\circ rotations about the diagonal through that vertex. Thus each set gives two non-rotationally equivalent arrangements, for 32=63\cdot2=6 arrangements in all.

Thus, the correct answer is C.

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