1998 AIME 第 2 题

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2.

求正整数有序对 (x,y)(x, y) 的个数,其中 x≤2y≤60x \le 2y \le 60 且 y≤2x≤60y \le 2x \le 60。
Find the number of ordered pairs (x,y)(x, y) of positive integers that satisfy x≤2y≤60x \le 2y \le 60 and y≤2x≤60.y \le 2x \le 60.
答案:480
知识点:数对计数不等式补集计数对称性
小提示:
四个限制条件合起来把 (x,y)(x, y) 限制在正方形 1≤x,y≤301 \le x, y \le 30 中
All four constraints together confine (x,y)(x, y) to the square 1≤x,y≤301 \le x, y \le 30
大提示:
在这个正方形内,减去满足 y>2xy \gt 2x 的有序对和满足 x>2yx \gt 2y 的有序对;这两个不合格集合互不相交且大小相同
Inside that square, subtract the pairs with y>2xy \gt 2x and those with x>2y;x \gt 2y; the two bad sets are disjoint and have equal size
解答:
两个链式不等式展开为四个条件:x≤2yx \le 2y、2y≤602y \le 60、y≤2xy \le 2x 和 2x≤602x \le 60。所以 (x,y)(x, y) 位于正方形 1≤x,y≤301 \le x, y \le 30 内,并且要排除 x>2yx \gt 2y 和 y>2xy \gt 2x,这两个条件不可能同时发生。
对于满足 y>2xy \gt 2x 的有序对,当 xx 从 11 到 1414 时,y=2x+1,…,30y = 2x + 1, \ldots, 30 都可行,因此共有 ∑x=114(30−2x)\sum_{x=1}^{14} (30 - 2x) =420−210= 420 - 210 =210= 210 对。由交换 xx 与 yy 的对称性,也有 210210 对满足 x>2yx \gt 2y 的有序对。
所以答案是 30⋅30−210−210=48030 \cdot 30 - 210 - 210 = 480。
The chains unpack into four conditions: x≤2y,x \le 2y, 2y≤60,2y \le 60, y≤2x,y \le 2x, and 2x≤60.2x \le 60. So (x,y)(x, y) lies in the square 1≤x,y≤30,1 \le x, y \le 30, and within it we must avoid x>2yx \gt 2y and y>2x,y \gt 2x, which cannot both happen.
Pairs with y>2x:y \gt 2x: for each xx from 11 to 1414 the values y=2x+1,…,30y = 2x + 1, \ldots, 30 work, giving ∑x=114(30−2x)\sum_{x=1}^{14} (30 - 2x) =420−210= 420 - 210 =210= 210 pairs. By the symmetry swapping xx and y,y, there are also 210210 pairs with x>2y.x \gt 2y.
The answer is 30⋅30−210−210=480.30 \cdot 30 - 210 - 210 = 480.
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