2000 AIME I 第 2 题

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2.

设 uu 和 vv 是满足 0<v<u0 \lt v \lt u 的整数。令 A=(u,v)A = (u, v),令 BB 为 AA 关于直线 y=xy = x 的反射,令 CC 为 BB 关于 yy-轴的反射,令 DD 为 CC 关于 xx-轴的反射,令 EE 为 DD 关于 yy-轴的反射。五边形 ABCDEABCDE 的面积为 451451。求 u+vu + v。

Let uu and vv be integers satisfying 0<v<u.0 \lt v \lt u. Let A=(u,v),A = (u, v), let BB be the reflection of AA across the line y=x,y = x, let CC be the reflection of BB across the yy-axis, let DD be the reflection of CC across the xx-axis, and let EE be the reflection of DD across the yy-axis. The area of pentagon ABCDEABCDE is 451.451. Find u+v.u + v.

答案:21
知识点:变换坐标几何面积分割因式分解
难度评级:2300
小提示:

计算各顶点:B=(v,u)B = (v, u)、C=(−v,u)C = (-v, u)、D=(−v,−u)D = (-v, -u)、E=(v,−u)E = (v, -u)。

Compute the vertices: B=(v,u),B = (v, u), C=(−v,u),C = (-v, u), D=(−v,−u),D = (-v, -u), E=(v,−u)E = (v, -u)

大提示:

这个五边形是一个 2v×2u2v \times 2u 的长方形加上一个三角形;面积可因式分解为 u(u+3v)u(u + 3v),且 451=11⋅41451 = 11 \cdot 41。

The pentagon is a 2v×2u2v \times 2u rectangle plus a triangle; its area factors as u(u+3v),u(u + 3v), and 451=11⋅41451 = 11 \cdot 41

解答:

依次反射得到 B=(v,u)B = (v, u)、C=(−v,u)C = (-v, u)、D=(−v,−u)D = (-v, -u)、E=(v,−u)E = (v, -u)。点 B,C,D,EB, C, D, E 形成宽 2v2v、高 2u2u 的长方形,面积为 4uv4uv。点 A=(u,v)A = (u, v) 向右突出,三角形 ABEABE 的竖直底边 BEBE 长为 2u2u,水平高为 u−vu - v,面积为 u(u−v)u(u - v)。

五边形面积为 4uv+u(u−v)=u2+3uv=u(u+3v)=451=11⋅41。 \begin{aligned} 4uv + u(u - v) &= u^2 + 3uv \\ &= u(u + 3v) \\ &= 451 = 11 \cdot 41 \end{aligned}\text{。}因为 0<v<u0 \lt v \lt u 有 u<u+3v<4uu \lt u + 3v \lt 4u,排除 1⋅4511 \cdot 451。因此 u=11u = 11、u+3v=41u + 3v = 41,得 v=10v = 10,v<uv \lt u。

所以 u+v=11+10=21u + v = 11 + 10 = 21。

Carrying out the reflections, B=(v,u),B = (v, u), C=(−v,u),C = (-v, u), D=(−v,−u),D = (-v, -u), and E=(v,−u).E = (v, -u). The points B,C,D,EB, C, D, E form a rectangle of width 2v2v and height 2u,2u, with area 4uv,4uv, and A=(u,v)A = (u, v) sticks out to its right. Triangle ABEABE has vertical base BEBE of length 2u2u and horizontal height u−v,u - v, so its area is u(u−v).u(u - v).

The pentagon’s area is therefore 4uv+u(u−v)=u2+3uv=u(u+3v)=451=11⋅41. \begin{aligned} 4uv + u(u - v) &= u^2 + 3uv \\ &= u(u + 3v) \\ &= 451 = 11 \cdot 41. \end{aligned} Since 0<v<u,0 \lt v \lt u, we have u<u+3v<4u,u \lt u + 3v \lt 4u, which rules out the factorization 1⋅451.1 \cdot 451. So u=11u = 11 and u+3v=41,u + 3v = 41, giving v=10,v = 10, which indeed satisfies v<u.v \lt u.

Thus u+v=11+10=21.u + v = 11 + 10 = 21.

第 1 题#1
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