1986 AMC 12 Problema 30

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

30.

El número de soluciones reales (x,y,z,w)(x,y,z,w) del sistema de ecuaciones 2y=x+17x,2z=y+17y,2w=z+17z,2x=w+17w. \begin{aligned} 2y&=x+\frac{17}{x},\\ 2z&=y+\frac{17}{y},\\ 2w&=z+\frac{17}{z},\\ 2x&=w+\frac{17}{w}. \end{aligned} es

The number of real solutions (x,y,z,w)(x,y,z,w) of the simultaneous equations 2y=x+17x,2z=y+17y,2w=z+17z,2x=w+17w. \begin{aligned} 2y&=x+\frac{17}{x},\\ 2z&=y+\frac{17}{y},\\ 2w&=z+\frac{17}{z},\\ 2x&=w+\frac{17}{w}. \end{aligned} is

11

22

44

88

1616

Respuesta: B
Conceptos:cyclic systemAM-GM inequalitymonotonicitysign symmetry
Nivel de dificultad: 2420
Pista pequeña:

Las ecuaciones obligan a que las cuatro variables tengan el mismo signo

The equations force all four variables to have the same sign

Pista grande:

Para tt positivo, estudia f(t)=t+17t2f(t)=\frac{t+\frac{17}{t}}{2} en relación con 17\sqrt{17} y con tt

For positive t,t, study f(t)=t+17t2f(t)=\frac{t+\frac{17}{t}}{2} relative to 17\sqrt{17} and to tt

Solución:

Cada expresión t+17tt+\frac{17}{t} tiene el mismo signo que t,t, así que las cuatro variables tienen el mismo signo. Supongamos primero que son positivas. Por la desigualdad entre las medias aritmética y geométrica, cada variable es al menos 17.\sqrt{17}. Para t>17,t\gt\sqrt{17}, t+17t2<t. \frac{t+\frac{17}{t}}{2}\lt t. Si alguna variable excediera 17,\sqrt{17}, las ecuaciones producirían el ciclo estricto imposible x>y>z>w>x.x\gt y\gt z\gt w\gt x. Por tanto, la única solución positiva es x=y=z=w=17. x=y=z=w=\sqrt{17}. Cambiar de signo las cuatro variables conserva el sistema, lo que da exactamente una solución negativa, con todas las variables iguales a 17.-\sqrt{17}. Así, hay dos soluciones reales.

Por tanto, la respuesta correcta es B.

Each expression t+17tt+\frac{17}{t} has the same sign as t,t, so all four variables have the same sign. Suppose first that they are positive. By AM-GM, every variable is at least 17.\sqrt{17}. For t>17,t\gt\sqrt{17}, t+17t2<t. \frac{t+\frac{17}{t}}{2}\lt t. If any variable exceeded 17,\sqrt{17}, the equations would give the impossible strict cycle x>y>z>w>x.x\gt y\gt z\gt w\gt x. Hence the only positive solution is x=y=z=w=17. x=y=z=w=\sqrt{17}. Negating all four variables preserves the system, giving exactly one negative solution, with all variables equal to 17.-\sqrt{17}. Thus there are two real solutions.

Therefore the correct answer is B.

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