2012 AMC 12A Problema 15

Intenta el Problema 15 del 2012 AMC 12A a continuación y luego compara tu respuesta con la solución preparada profesionalmente de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2012 AMC 12A, o revisar la clave de respuestas.

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

15.

Un cuadrado de 3×33 \times 3 se divide en 99 cuadrados unitarios. Cada cuadrado unitario se pinta de blanco o de negro, siendo cada color igualmente probable, elegido de forma independiente y al azar. Luego el cuadrado se rota 9090^\circ en sentido horario alrededor de su centro, y todo cuadrado blanco que quede en una posición antes ocupada por un cuadrado negro se pinta de negro. Los colores de todos los demás cuadrados permanecen sin cambios. ¿Cuál es la probabilidad de que la cuadrícula sea ahora completamente negra?

A 3×33 \times 3 square is partitioned into 99 unit squares. Each unit square is painted either white or black with each color being equally likely, chosen independently and at random. The square is then rotated 9090^\circ clockwise about its center, and every white square in a position formerly occupied by a black square is painted black. The colors of all other squares are left unchanged. What is the probability that the grid is now entirely black?

49512\dfrac{49}{512}

764\dfrac{7}{64}

1211024\dfrac{121}{1024}

81512\dfrac{81}{512}

932\dfrac{9}{32}

Respuesta: A
Conceptos:probabilidad básicasimetríaanálisis por casos
Nivel de dificultad: 1930
Solución:

Las cuatro esquinas forman un ciclo bajo la rotación, los cuatro cuadrados de los bordes forman otro, y el centro queda fijo. Estos tres grupos son independientes.

Una posición sigue blanca exactamente cuando tanto ella como el cuadrado que gira hasta ella eran blancos al principio. Por tanto, las esquinas terminan todas negras exactamente cuando su cadena cíclica no tiene dos blancos adyacentes. Las cadenas permitidas son la totalmente negra, las 44 que tienen un blanco y las 22 que tienen dos blancos opuestos: 77 de las 24=162^4=16 posibilidades. Así, la probabilidad para las esquinas es 7/16.7/16. El mismo argumento vale para los cuatro cuadrados de los bordes.

El centro termina negro solo si empezó negro, con probabilidad 12.\dfrac12. Al multiplicar, toda la cuadrícula queda negra con probabilidad 12(716)2=49512.\frac12 \cdot \left(\frac{7}{16}\right)^2 = \frac{49}{512}.

Por lo tanto, la respuesta correcta es A.

The four corners form one cycle under the rotation, the four edge squares form another, and the center is fixed. These three groups are independent.

A position remains white exactly when both it and the square rotated into it were originally white. Thus the corners end black exactly when their cyclic string has no adjacent pair of whites. The allowed strings are the all-black string, the 44 strings with one white, and the 22 strings with two opposite whites: 77 of the 24=162^4=16 possibilities. Hence the corner probability is 7/16.7/16. The same argument applies to the four edge squares.

The center is black at the end only if it started black, with probability 12.\dfrac12. Multiplying, the whole grid is black with probability 12(716)2=49512.\frac12 \cdot \left(\frac{7}{16}\right)^2 = \frac{49}{512}.

Thus, the correct answer is A.

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