2018 AMC 12A Problema 19

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 19 del 2018 AMC 12A, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2018 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).

Conceptos:sucesión geométricasumatoriafactorización en primos

Nivel de dificultad: 1930

19.

Sea AA el conjunto de enteros positivos que no tienen factores primos distintos de 2,2, 3,3, o 5.5. La suma infinita 11+12+13+14+15+16+18+19+110+112+115+116+118+120+ \begin{aligned} &\frac{1}{1} + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} \\ &\quad {}+ \frac{1}{5} + \frac{1}{6} + \frac{1}{8} + \frac{1}{9} \\ &\quad {}+ \frac{1}{10} + \frac{1}{12} + \frac{1}{15} + \frac{1}{16} \\ &\quad {}+ \frac{1}{18} + \frac{1}{20} + \cdots \end{aligned} de los recíprocos de todos los elementos de AA se puede expresar como mn,\tfrac{m}{n}, donde mm y nn son enteros positivos primos entre sí. ¿Cuánto vale m+nm + n?

Let AA be the set of positive integers that have no prime factors other than 2,2, 3,3, or 5.5. The infinite sum 11+12+13+14+15+16+18+19+110+112+115+116+118+120+ \begin{aligned} &\frac{1}{1} + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} \\ &\quad {}+ \frac{1}{5} + \frac{1}{6} + \frac{1}{8} + \frac{1}{9} \\ &\quad {}+ \frac{1}{10} + \frac{1}{12} + \frac{1}{15} + \frac{1}{16} \\ &\quad {}+ \frac{1}{18} + \frac{1}{20} + \cdots \end{aligned} of the reciprocals of all the elements of AA can be expressed as mn,\tfrac{m}{n}, where mm and nn are relatively prime positive integers. What is m+n?m + n?

1616

1717

1919

2323

3636

Solución:

Cada elemento de AA es de forma única 2i3j5k2^i 3^j 5^k con i,j,k0,i, j, k \ge 0, así que sumar todos los recíprocos se factoriza como (i012i)(j013j)(k015k)=111211131115. \begin{aligned} &\left(\sum_{i \ge 0} \tfrac{1}{2^i}\right) \\ &\quad {}\cdot \left(\sum_{j \ge 0} \tfrac{1}{3^j}\right) \\ &\quad {}\cdot \left(\sum_{k \ge 0} \tfrac{1}{5^k}\right) \\ &= \frac{1}{1 - \frac12} \cdot \frac{1}{1 - \frac13} \\ &\quad {}\cdot \frac{1}{1 - \frac15}. \end{aligned} Esto es igual a 23254=154.2 \cdot \tfrac32 \cdot \tfrac54 = \tfrac{15}{4}. Con gcd(15,4)=1,\gcd(15, 4) = 1, m+n=15+4=19.m + n = 15 + 4 = 19.

Por lo tanto, la respuesta correcta es C.

Each element of AA is uniquely 2i3j5k2^i 3^j 5^k with i,j,k0,i, j, k \ge 0, so summing all reciprocals factors as (i012i)(j013j)(k015k)=111211131115. \begin{aligned} &\left(\sum_{i \ge 0} \tfrac{1}{2^i}\right) \\ &\quad {}\cdot \left(\sum_{j \ge 0} \tfrac{1}{3^j}\right) \\ &\quad {}\cdot \left(\sum_{k \ge 0} \tfrac{1}{5^k}\right) \\ &= \frac{1}{1 - \frac12} \cdot \frac{1}{1 - \frac13} \\ &\quad {}\cdot \frac{1}{1 - \frac15}. \end{aligned} This equals 23254=154.2 \cdot \tfrac32 \cdot \tfrac54 = \tfrac{15}{4}. With gcd(15,4)=1,\gcd(15, 4) = 1, m+n=15+4=19.m + n = 15 + 4 = 19.

Thus, the correct answer is C.

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