2022 AIME I Problem 15
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15.
Let and be positive real numbers satisfying the system of equations Then can be written as where and are relatively prime positive integers. Find
Answer: 33
Solution:
Each radicand factors: and so on, so Substitute with Then and each equation collapses by the sine addition formula:
One admissible choice is which gives The only other branch consistent with uses pairwise sums giving its product below is the negative of the first branch's product, so the requested square is identical. For the first branch, the double-angle identity gives and
Therefore whose square is Thus
Problem 15 in Other Years
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