Question

La rana Cyrus salta $2$ unidades en una dirección, luego $2$ más en otra dirección. ¿Cuál es la probabilidad de que caiga a menos de $1$ unidad de su posición inicial?

Cyrus the frog jumps $2$ units in a direction, then $2$ more in another direction. What is the probability that he lands less than $1$ unit away from his starting position?

$\dfrac{1}{6}$

$\dfrac{1}{5}$

$\dfrac{\sqrt{3}}{8}$

$\dfrac{\arctan\tfrac12}{\pi}$

$\dfrac{2\arcsin\tfrac14}{\pi}$

Solución:

Toma el primer salto como $(2,0)$ y el segundo como $(2\cos\theta,2\sin\theta)$ con $\theta$ uniforme en $[0,2\pi).$ La distancia de aterrizaje satisface $R^2=(2+2\cos\theta)^2$ $+(2\sin\theta)^2$ $=8+8\cos\theta.$ Necesitamos $R\lt 1,$ es decir, $\cos\theta\lt-\tfrac78.$ La medida de tales ángulos es $2\arccos\tfrac78,$ así que la probabilidad es $\dfrac{2\arccos\tfrac78}{2\pi}= \dfrac{\arccos\tfrac78}{\pi}.$ Usando $\arccos(1-2x^2)=2\arcsin x$ con $x=\tfrac14$ se obtiene $\arccos\tfrac78=2\arcsin\tfrac14,$ así que la probabilidad es $\dfrac{2\arcsin\tfrac14}{\pi}.$

Por lo tanto, la respuesta correcta es E.

Take the first jump as $(2,0)$ and the second as $(2\cos\theta,2\sin\theta)$ with $\theta$ uniform on $[0,2\pi).$ The landing distance satisfies $R^2=(2+2\cos\theta)^2$ $+(2\sin\theta)^2$ $=8+8\cos\theta.$ We need $R\lt 1,$ i.e. $\cos\theta\lt-\tfrac78.$ The measure of such angles is $2\arccos\tfrac78,$ so the probability is $\dfrac{2\arccos\tfrac78}{2\pi}= \dfrac{\arccos\tfrac78}{\pi}.$ Using $\arccos(1-2x^2)=2\arcsin x$ with $x=\tfrac14$ gives $\arccos\tfrac78=2\arcsin\tfrac14,$ so the probability is $\dfrac{2\arcsin\tfrac14}{\pi}.$

Thus, the correct answer is E.

2023 AMC 12B Problema 20

Solución:

El Problema 20 en otros años