2000 AIME I 第 6 题

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6.

有多少个整数有序对 (x,y)(x, y) 满足 0<x<y<1060 \lt x \lt y \lt 10^6,且 xx 和 yy 的算术平均数恰好比 xx 和 yy 的几何平均数大 22?
For how many ordered pairs (x,y)(x, y) of integers is it true that 0<x<y<1060 \lt x \lt y \lt 10^6 and that the arithmetic mean of xx and yy is exactly 22 more than the geometric mean of xx and y?y?
答案:997
知识点:完全平方数根式代数变形
小提示:
条件可整理为 (y−x)2=4(\sqrt{y} - \sqrt{x})^2 = 4,所以 y=x+2\sqrt{y} = \sqrt{x} + 2。
The condition rearranges to (y−x)2=4,(\sqrt{y} - \sqrt{x})^2 = 4, so y=x+2\sqrt{y} = \sqrt{x} + 2
大提示:
证明 x\sqrt{x} 必须是整数,于是 x=a2x = a^2、y=(a+2)2y = (a + 2)^2;再数满足 y<106y \lt 10^6 的 aa。
Show x\sqrt{x} must be an integer, so x=a2x = a^2 and y=(a+2)2;y = (a + 2)^2; count the aa with y<106y \lt 10^6
解答:
条件为 x+y2=xy+2\frac{x + y}{2} = \sqrt{xy} + 2,即 x+y−2xy=4x + y - 2\sqrt{xy} = 4,所以 (y−x)2=4(\sqrt{y} - \sqrt{x})^2 = 4。由于 y>xy \gt x 有 y−x=2\sqrt{y} - \sqrt{x} = 2。注意 xy=x+y−42\sqrt{xy} = \frac{x + y - 4}{2} 是有理数,因此 y+x=y−xy−x=y−x2\sqrt{y} + \sqrt{x} = \frac{y - x}{\sqrt{y} - \sqrt{x}} = \frac{y - x}{2} 也是有理数,所以 x\sqrt{x} 和 y\sqrt{y} 都是有理数;整数的有理平方根必为整数。
因此 x=a2x = a^2,y=(a+2)2y = (a + 2)^2,其中 aa 为正整数。约束 y<106y \lt 10^6 等价于 a+2≤999a + 2 \le 999,所以 aa 可取 1,2,…,9971, 2, \ldots, 997,每个值都给出一个有效有序对。
所以共有 997997 个有序对。
The condition is x+y2=xy+2,\frac{x + y}{2} = \sqrt{xy} + 2, that is, x+y−2xy=4,x + y - 2\sqrt{xy} = 4, so (y−x)2=4(\sqrt{y} - \sqrt{x})^2 = 4 and (as y>xy \gt x) y−x=2.\sqrt{y} - \sqrt{x} = 2. Note xy=x+y−42\sqrt{xy} = \frac{x + y - 4}{2} is rational, hence y+x=y−xy−x=y−x2\sqrt{y} + \sqrt{x} = \frac{y - x}{\sqrt{y} - \sqrt{x}} = \frac{y - x}{2} is rational too, so x\sqrt{x} and y\sqrt{y} are rational — and a rational square root of an integer is an integer.
Therefore x=a2x = a^2 and y=(a+2)2y = (a + 2)^2 for a positive integer a.a. The constraint y<106y \lt 10^6 means a+2≤999,a + 2 \le 999, so aa ranges over 1,2,…,997,1, 2, \ldots, 997, and each value gives a valid pair.
Hence there are 997997 ordered pairs.
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