2019 AMC 12A Problema 21

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 21 del 2019 AMC 12A, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 2019 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:raíces de la unidadnúmero complejoaritmética modular

Nivel de dificultad: 2160

21.

Sea z=1+i2. z = \dfrac{1 + i}{\sqrt{2}}. ¿Cuánto vale

(z12+z22+z32++z122)(1z12+1z22+1z32++1z122)? \begin{aligned} &\left(z^{1^2} + z^{2^2} + z^{3^2} + \cdots + z^{12^2}\right) \\ &\quad {}\cdot \scriptsize \left(\dfrac{1}{z^{1^2}} + \dfrac{1}{z^{2^2}} + \dfrac{1}{z^{3^2}} + \cdots + \dfrac{1}{z^{12^2}}\right)? \end{aligned}

Let z=1+i2. z = \dfrac{1 + i}{\sqrt{2}}. What is

(z12+z22+z32++z122)(1z12+1z22+1z32++1z122)? \begin{aligned} &\left(z^{1^2} + z^{2^2} + z^{3^2} + \cdots + z^{12^2}\right) \\ &\quad {}\cdot \scriptsize \left(\dfrac{1}{z^{1^2}} + \dfrac{1}{z^{2^2}} + \dfrac{1}{z^{3^2}} + \cdots + \dfrac{1}{z^{12^2}}\right)? \end{aligned}

1818

7236272 - 36\sqrt{2}

3636

7272

72+36272 + 36\sqrt{2}

Solución:

Como z=eiπ/4,z = e^{i\pi/4}, tenemos zk2=eiπk2/4,z^{k^2} = e^{i\pi k^2/4}, que depende solo de k2mod8.k^2 \bmod 8.

Para k=1k = 1 hasta 12,12, el residuo k2mod8k^2 \bmod 8 es 11 (dando zz) seis veces, 44 (dando 1-1) tres veces, y 00 (dando 11) tres veces. Así que la primera suma es 6z3+3=6z.6z - 3 + 3 = 6z.

La segunda suma es análogamente 6z3+3=6z.\dfrac{6}{z} - 3 + 3 = \dfrac{6}{z}. Su producto es 6z6z=36.6z \cdot \dfrac{6}{z} = 36.

Por lo tanto, la respuesta correcta es C.

Since z=eiπ/4,z = e^{i\pi/4}, we have zk2=eiπk2/4,z^{k^2} = e^{i\pi k^2/4}, depending only on k2mod8.k^2 \bmod 8.

For k=1k = 1 to 12,12, the residue k2mod8k^2 \bmod 8 is 11 (giving zz) six times, 44 (giving 1-1) three times, and 00 (giving 11) three times. So the first sum is 6z3+3=6z.6z - 3 + 3 = 6z.

The second sum is likewise 6z3+3=6z.\dfrac{6}{z} - 3 + 3 = \dfrac{6}{z}. Their product is 6z6z=36.6z \cdot \dfrac{6}{z} = 36.

Thus, the correct answer is C.

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