2021 AMC 12B Fall Problema 20

Intenta el Problema 20 del 2021 AMC 12B Fall 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 12B Fall, o revisar la clave de respuestas.

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

20.

Un cubo se construye con 44 cubos unitarios blancos y 44 cubos unitarios azules. ¿De cuántas maneras diferentes se puede construir el cubo 2×2×22 \times 2 \times 2 usando estos cubos más pequeños? (Dos construcciones se consideran iguales si una se puede girar para coincidir con la otra.)
A cube is constructed from 44 white unit cubes and 44 blue unit cubes. How many different ways are there to construct the 2×2×22 \times 2 \times 2 cube using these smaller cubes? (Two constructions are considered the same if one can be rotated to match the other.)
77
88
99
1010
1111
Respuesta: A
Conceptos:Lema de Burnsidegeometría del cubo
Pista pequeña:
Usa el lema de Burnside sobre las 2424 rotaciones del cubo que actúan sobre las 88 posiciones de las esquinas.
Use Burnside’s lemma over the 2424 rotations of the cube acting on the 88 corner positions
Pista grande:
Para cada tipo de rotación, cuenta las coloraciones con exactamente 44 cubos azules que deja fijas.
For each rotation type, count the colorings with exactly 44 blue cubes that it fixes
Solución:
Por el lema de Burnside, el conteo es el número promedio de coloraciones con 44 azules que quedan fijas por cada una de las 2424 rotaciones que actúan sobre los 88 cubitos.
La identidad deja fijas (84)=70.\binom{8}{4} = 70. Los 66 cuartos de vuelta de cara dejan fijas 22 cada uno (12).(12). Las 33 medias vueltas de cara dejan fijas 66 cada una (18).(18). Las 88 rotaciones de vértice dejan fijas 44 cada una (32).(32). Las 66 medias vueltas de arista dejan fijas 66 cada una (36).(36).
El total es 70+12+18+32+36=168,70 + 12 + 18 + 32 + 36 = 168, y 16824=7.\dfrac{168}{24} = 7.
Por lo tanto, la respuesta correcta es A.
By Burnside’s lemma, the count is the average number of 44-blue colorings fixed by each of the 2424 rotations acting on the 88 cubies.
The identity fixes (84)=70.\binom{8}{4} = 70. The 66 face quarter-turns fix 22 each (12).(12). The 33 face half-turns fix 66 each (18).(18). The 88 vertex rotations fix 44 each (32).(32). The 66 edge half-turns fix 66 each (36).(36).
The total is 70+12+18+32+36=168,70 + 12 + 18 + 32 + 36 = 168, and 16824=7.\dfrac{168}{24} = 7.
Thus, the correct answer is A.
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