2021 AMC 10A Spring Problema 24

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

24.

El interior de un cuadrilátero está limitado por las gráficas de (x+ay)2=4a2(x+ay)^2=4a^2 y (axy)2=a2,(ax-y)^2=a^2, donde aa es un número real positivo. ¿Cuál es el área de esta región en términos de a,a, válida para todo a>0a > 0?

The interior of a quadrilateral is bounded by the graphs of (x+ay)2=4a2(x+ay)^2=4a^2 and (axy)2=a2,(ax-y)^2=a^2, where aa is a positive real number. What is the area of this region in terms of a,a, valid for all a>0?a > 0?

8a2(a+1)2\dfrac{8a^2}{(a+1)^2}

4aa+1\dfrac{4a}{a+1}

8aa+1\dfrac{8a}{a+1}

8a2a2+1\dfrac{8a^2}{a^2+1}

8aa2+1\dfrac{8a}{a^2+1}

Respuesta: D
Conceptos:rectas paralelasfórmula de la distanciarectángulo
Nivel de dificultad: 1720
Solución:

Observa que cada ecuación produce dos rectas paralelas.

(x+ay)2=4a2 (x + ay)^2 = 4a^2 produce las dos rectas x+ay2a=0 x + ay - 2a = 0 y x+ay+2a=0. x + ay + 2a = 0. Ambas rectas tienen pendiente 1a.-\dfrac{1}{a}.

De manera análoga, (axy)2=a2 (ax-y)^2 = a^2 produce las rectas axya=0 ax - y - a = 0 y axy+a=0. ax - y + a = 0. Estas rectas tienen pendiente a.a.

Cada recta de un par es perpendicular a cada recta del otro par, por lo que las cuatro rectas forman un rectángulo.

La distancia dd entre las rectas paralelas {Ax+By+C1=0Ax+By+C2=0 \begin{cases} Ax+By+C_1=0 \\ Ax+By+C_2=0 \end{cases} es d=C2C1A2+B2. d = \dfrac{\mid C_2 - C_1 \mid}{\sqrt{A^2 + B^2}}.

Al aplicar esta fórmula, la distancia entre el primer par de rectas es 4aa2+1. \dfrac{4a}{\sqrt{a^2 + 1}}. De manera análoga, la distancia entre el segundo par es 2aa2+1. \dfrac{2a}{\sqrt{a^2 + 1}}.

Estas son las longitudes de los lados del rectángulo. Su producto da el área 8a2a2+1. \dfrac{8a^2}{a^2 + 1}.

Por lo tanto, D es la respuesta correcta.

Note that each of the equations yields two parallel lines.

(x+ay)2=4a2 (x + ay)^2 = 4a^2 results in the two lines x+ay2a=0 x + ay - 2a = 0 and x+ay+2a=0. x + ay + 2a = 0. Both of these lines have a slope of 1a.-\dfrac{1}{a}.

Similarly, (axy)2=a2 (ax-y)^2 = a^2 results in the lines axya=0 ax - y - a = 0 and axy+a=0. ax - y + a = 0. These lines have slope a.a.

Note that each pair of lines is perpendicular to the other pair of lines. This shows that the equations form a rectangle.

Recall that the formula for the distance dd between two parallel lines {Ax+By+C1=0Ax+By+C2=0 \begin{cases} Ax+By+C_1=0 \\ Ax+By+C_2=0 \end{cases} is d=C2C1A2+B2. d = \dfrac{\mid C_2 - C_1 \mid}{\sqrt{A^2 + B^2}}.

Using this formula, we get that the distance between the first pair of lines is 4aa2+1. \dfrac{4a}{\sqrt{a^2 + 1}}. Similarly, the distance between the second pair of lines is 2aa2+1. \dfrac{2a}{\sqrt{a^2 + 1}}.

These are the side lengths of the rectangle. Multiplying yields the area 8a2a2+1. \dfrac{8a^2}{a^2 + 1}.

Thus, D is the correct answer.

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