1999 AIME 第 3 题

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3.

求所有正整数 nn 的和,使得 n2−19n+99n^2 - 19n + 99 是完全平方数。
Find the sum of all positive integers nn for which n2−19n+99n^2 - 19n + 99 is a perfect square.
答案:38
知识点:完全平方数配方法平方差
小提示:
乘以 44 并配方:4(n2−19n+99)4(n^2 - 19n + 99) =(2n−19)2+35= (2n - 19)^2 + 35
Multiply by 44 and complete the square: 4(n2−19n+99)4(n^2 - 19n + 99) =(2n−19)2+35= (2n - 19)^2 + 35
大提示:
如果该表达式等于 k2k^2,那么 (2k)2−(2n−19)2=35(2k)^2 - (2n - 19)^2 = 35;用所有方式把 3535 分解成平方差
If the expression equals k2,k^2, then (2k)2−(2n−19)2=35;(2k)^2 - (2n - 19)^2 = 35; factor 3535 as a difference of squares in every way
解答:
设 n2−19n+99=k2n^2 - 19n + 99 = k^2。两边乘以 44 并配方,得 (2n−19)2+35=(2k)2(2n - 19)^2 + 35 = (2k)^2,所以 (2k−(2n−19))⋅(2k+(2n−19))=35。 \begin{aligned} &\bigl(2k - (2n - 19)\bigr) \\ &\quad {}\cdot \bigl(2k + (2n - 19)\bigr) \\ &= 35 \end{aligned}\text{。}这两个因子的和为 4k>04k \gt 0,所以二者都为正:因子对为 (1,35)(1, 35)、(5,7)(5, 7)、(7,5)(7, 5) 和 (35,1)(35, 1)。
后一个因子减去前一个因子,得到 2(2n−19)=342(2n - 19) = 34,22,−2-2,或 −34-34,因此 n=18n = 18,1010,99,或 11。它们确实分别使表达式成为完全平方数(8181,99,99,8181),其和为 18+10+9+1=3818 + 10 + 9 + 1 = 38。
Suppose n2−19n+99=k2.n^2 - 19n + 99 = k^2. Multiplying by 44 and completing the square gives (2n−19)2+35=(2k)2,(2n - 19)^2 + 35 = (2k)^2, so (2k−(2n−19))⋅(2k+(2n−19))=35. \begin{aligned} &\bigl(2k - (2n - 19)\bigr) \\ &\quad {}\cdot \bigl(2k + (2n - 19)\bigr) \\ &= 35. \end{aligned} The two factors sum to 4k>0,4k \gt 0, so both are positive: the factor pairs are (1,35),(1, 35), (5,7),(5, 7), (7,5),(7, 5), and (35,1).(35, 1).
Subtracting the first factor from the second gives 2(2n−19)=34,2(2n - 19) = 34, 2,2, −2,-2, or −34,-34, so n=18,n = 18, 10,10, 9,9, or 1.1. Each indeed makes the expression a perfect square (81,81, 9,9, 9,9, 8181), and the sum is 18+10+9+1=38.18 + 10 + 9 + 1 = 38.
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