2025 AMC 12B Problema 24

Intenta el Problema 24 del 2025 AMC 12B 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 2025 AMC 12B, o revisar la clave de respuestas.

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

24.

¿Cuántos números reales satisfacen la ecuación sin⁡(20πx)=log⁡20(x)\sin(20\pi x) = \log_{20}(x)?
How many real numbers satisfy the equation sin⁡(20πx)=log⁡20(x)?\sin(20\pi x) = \log_{20}(x)?
199199
200200
398398
399399
400400
Respuesta: D
Conceptos:trigonometríalogaritmoconteo de intersecciones
Pista pequeña:
Una solución necesita −1≤log⁡20x≤1,-1 \le \log_{20} x \le 1, así que xx está en [120,20]\left[\tfrac{1}{20}, 20\right].
A solution needs −1≤log⁡20x≤1,-1 \le \log_{20} x \le 1, so xx lies in [120,20]\left[\tfrac{1}{20}, 20\right]
Pista grande:
En cada semionda monótona de sin⁡(20πx)\sin(20\pi x) el logaritmo, que sube lentamente, cruza una vez; cuenta con cuidado las ramas en ambos extremos.
On each monotonic half-wave of sin⁡(20πx)\sin(20\pi x) the slowly rising log crosses once; count the branches carefully at both ends
Solución:
Como ∣sin⁡(20πx)∣≤1,|\sin(20\pi x)|\le1, toda solución está en [120,20].\left[\tfrac1{20},20\right]. Para x<1x\lt1 el logaritmo es negativo, así que solo pueden contribuir los 1010 lóbulos negativos del seno en [120,1].\left[\tfrac1{20},1\right]. Cada uno tiene una intersección a cada lado de su mínimo; en el último lóbulo, la segunda intersección es el extremo x=1.x=1. Esta parte aporta entonces 2020 soluciones.
Para x>1,x\gt1, solo contribuyen los lóbulos positivos. Hay 190190: uno en cada intervalo de 1+k101+\tfrac{k}{10} a 1+k10+1201+\tfrac{k}{10}+\tfrac1{20} para 0≤k≤189.0\le k\le189. Cada uno después del primero tiene una intersección a cada lado de su máximo. El primero tiene solo una intersección nueva porque su extremo izquierdo es la solución ya contada x=1.x=1. Así, x>1x\gt1 aporta 1+2⋅189=3791+2\cdot189=379 soluciones más.
Para completar, la unicidad afirmada en cada medio lóbulo se obtiene derivando la diferencia de los dos lados. En un medio lóbulo positivo descendente, es estrictamente decreciente. En uno positivo ascendente, su derivada aumenta y luego disminuye una vez, así que la diferencia cruza de negativa a positiva una sola vez. Aplicar el mismo argumento a −sin⁡(20πx)+log⁡20x-\sin(20\pi x)+\log_{20}x trata un lóbulo negativo. El total es 20+379=399.20+379=399.
Por lo tanto, la respuesta correcta es D.
Since ∣sin⁡(20πx)∣≤1,|\sin(20\pi x)|\le1, every solution lies in [120,20].\left[\tfrac1{20},20\right]. For x<1x\lt1 the logarithm is negative, so only the 1010 negative sine lobes in [120,1]\left[\tfrac1{20},1\right] can contribute. Each has one crossing on each side of its minimum; on the last lobe, the second crossing is the endpoint x=1.x=1. Hence this part contributes 2020 solutions.
For x>1,x\gt1, only positive lobes contribute. There are 190190 of them: one in each interval from 1+k101+\tfrac{k}{10} to 1+k10+1201+\tfrac{k}{10}+\tfrac1{20} for 0≤k≤189.0\le k\le189. Every one after the first has one crossing on each side of its maximum. The first has only one new crossing because its left endpoint is the already-counted solution x=1.x=1. Thus x>1x\gt1 contributes 1+2⋅189=3791+2\cdot189=379 more solutions.
For completeness, the claimed uniqueness on each half-lobe follows by differentiating the difference of the two sides. On a falling positive half-lobe it is strictly decreasing. On a rising positive half-lobe its derivative increases and then decreases once, so the difference crosses from negative to positive only once. Applying the same argument to −sin⁡(20πx)+log⁡20x-\sin(20\pi x)+\log_{20}x handles a negative lobe. The total is 20+379=399.20+379=399.
Thus, the correct answer is D.
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