2021 AMC 12A Spring Problema 19

Intenta el Problema 19 del 2021 AMC 12A Spring 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 2021 AMC 12A Spring, o revisar la clave de respuestas.

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

19.

¿Cuántas soluciones tiene la ecuación sin⁡(π2cos⁡x)=cos⁡(π2sin⁡x) \sin\left(\frac{\pi}{2}\cos x\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}\sin x\right) en el intervalo cerrado [0,π][0, \pi]?
How many solutions does the equation sin⁡(π2cos⁡x)=cos⁡(π2sin⁡x) \sin\left(\frac{\pi}{2}\cos x\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}\sin x\right) have in the closed interval [0,π]?[0, \pi]?
00
11
22
33
44
Respuesta: C
Conceptos:identidad trigonométricatrigonometría
Pista pequeña:
Reescribe el lado derecho usando cos⁡θ=sin⁡ ⁣(π2−θ)\cos\theta = \sin\!\left(\tfrac{\pi}{2} - \theta\right).
Rewrite the right side using cos⁡θ=sin⁡ ⁣(π2−θ)\cos\theta = \sin\!\left(\tfrac{\pi}{2} - \theta\right)
Pista grande:
Senos iguales dan cos⁡x+sin⁡x=1\cos x + \sin x = 1 o cos⁡x−sin⁡x=1;\cos x - \sin x = 1; cada uno tiene rango [−2,2][-\sqrt2, \sqrt2].
Equal sines give cos⁡x+sin⁡x=1\cos x + \sin x = 1 or cos⁡x−sin⁡x=1;\cos x - \sin x = 1; each has range [−2,2][-\sqrt2, \sqrt2]
Solución:
Escribe el lado derecho como cos⁡(π2sin⁡x)=sin⁡(π2−π2sin⁡x)\cos\left(\tfrac{\pi}{2}\sin x\right) = \sin\left(\tfrac{\pi}{2} - \tfrac{\pi}{2}\sin x\right). Senos iguales requieren o bien π2cos⁡x=π2(1−sin⁡x)+2πk \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k \end{aligned} o bien π2cos⁡x=π−π2(1−sin⁡x)+2πk. \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \pi - \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k. \end{aligned}
La primera se reduce a cos⁡x+sin⁡x=1+4k\cos x + \sin x = 1 + 4k; como cos⁡x+sin⁡x∈[−2,2]\cos x + \sin x \in [-\sqrt2, \sqrt2], solo k=0k = 0 funciona, dando cos⁡x+sin⁡x=1\cos x + \sin x = 1, con soluciones x=0x = 0 y x=π2x = \tfrac{\pi}{2} en [0,π][0, \pi]. La segunda se reduce a cos⁡x−sin⁡x=1\cos x - \sin x = 1, cuya única solución en [0,π][0, \pi] es x=0x = 0.
Las soluciones distintas son x=0x = 0 y x=π2x = \tfrac{\pi}{2}, para un total de 22.
Por lo tanto, la respuesta correcta es C.
Write the right side as cos⁡(π2sin⁡x)=sin⁡(π2−π2sin⁡x).\cos\left(\tfrac{\pi}{2}\sin x\right) = \sin\left(\tfrac{\pi}{2} - \tfrac{\pi}{2}\sin x\right). Equal sines require either π2cos⁡x=π2(1−sin⁡x)+2πk \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k \end{aligned} or π2cos⁡x=π−π2(1−sin⁡x)+2πk. \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \pi - \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k. \end{aligned}
The first reduces to cos⁡x+sin⁡x=1+4k;\cos x + \sin x = 1 + 4k; since cos⁡x+sin⁡x∈[−2,2],\cos x + \sin x \in [-\sqrt2, \sqrt2], only k=0k = 0 works, giving cos⁡x+sin⁡x=1,\cos x + \sin x = 1, with solutions x=0x = 0 and x=π2x = \tfrac{\pi}{2} in [0,π].[0, \pi]. The second reduces to cos⁡x−sin⁡x=1,\cos x - \sin x = 1, whose only solution in [0,π][0, \pi] is x=0.x = 0.
The distinct solutions are x=0x = 0 and x=π2,x = \tfrac{\pi}{2}, for a total of 2.2.
Thus, the correct answer is C.
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