2011 AIME I 第 15 题

先试着解答 2011 AIME I 第 15 题,然后核对你的答案与精心整理的解答,解答来自 LIVE by Po-Shen Loh。你也可以参加完整限时模拟考试、查看全部 2011 AIME I 解答,或核对答案。

所有题目均经美国数学协会(MAA)官方合法授权使用。

15.

对某个整数 mm,多项式 x3−2011x+mx^3 - 2011x + m 有三个整数根 aa、bb、cc。求 ∣a∣+∣b∣+∣c∣|a| + |b| + |c|。

For some integer m,m, the polynomial x3−2011x+mx^3 - 2011x + m has the three integer roots a,a, b,b, and c.c. Find ∣a∣+∣b∣+∣c∣.|a| + |b| + |c|.

答案:98
知识点:韦达定理丢番图方程完全平方数
难度评级:3270
小提示:

韦达定理给出 a+b+c=0a + b + c = 0 和 ab+bc+ca=−2011ab + bc + ca = -2011;消去 cc 可得 a2+ab+b2=2011a^2 + ab + b^2 = 2011

Vieta gives a+b+c=0a + b + c = 0 and ab+bc+ca=−2011;ab + bc + ca = -2011; eliminate cc to get a2+ab+b2=2011a^2 + ab + b^2 = 2011

大提示:

乘以 44:(2a+b)2+3b2=8044(2a + b)^2 + 3b^2 = 8044。如果 bb 是较小的非负根,则 3b2≤20113b^2 \le 2011;检查哪些 bb 会让 8044−3b28044 - 3b^2 成为完全平方数。

Multiply by 4:4: (2a+b)2+3b2=8044.(2a + b)^2 + 3b^2 = 8044. If bb is the smaller nonnegative root, then 3b2≤2011;3b^2 \le 2011; test which bb makes 8044−3b28044 - 3b^2 a perfect square.

解答:

由韦达定理,a+b+c=0a + b + c = 0,且 ab+bc+ca=−2011ab + bc + ca = -2011。把三个根全取相反数会把 mm 换成 −m-m,所以不妨假设两个根(记作 a≥ba \ge b)是非负的。将 c=−(a+b)c = -(a + b) 代入第二个方程,得到 ab−(a+b)2=−2011ab - (a + b)^2 = -2011,也就是 a2+ab+b2=2011。a^2 + ab + b^2 = 2011\text{。}

乘以 44 并配方,得 (2a+b)2+3b2=8044(2a + b)^2 + 3b^2 = 8044。因为 a≥b≥0a \ge b \ge 0,有 3b2≤a2+ab+b2=20113b^2 \le a^2 + ab + b^2 = 2011,所以 0≤b≤250 \le b \le 25。检查这些值,只有当 b=10b = 10 时,8044−3b28044 - 3b^2 是完全平方数,此时 8044−300=7744=8828044 - 300 = 7744 = 88^2。

于是 2a+b=882a + b = 88,得到 a=39a = 39,且 c=−(a+b)=−49c = -(a + b) = -49。(确实有 39⋅10−492=−201139 \cdot 10 - 49^2 = -2011。)因此 ∣a∣+∣b∣+∣c∣=39+10+49|a| + |b| + |c| = 39 + 10 + 49 =98= 98。

By Vieta’s formulas, a+b+c=0a + b + c = 0 and ab+bc+ca=−2011.ab + bc + ca = -2011. Negating all three roots replaces mm by −m,-m, so we may assume two roots, say a≥b,a \ge b, are nonnegative. Substituting c=−(a+b)c = -(a + b) into the second equation gives ab−(a+b)2=−2011,ab - (a + b)^2 = -2011, that is, a2+ab+b2=2011.a^2 + ab + b^2 = 2011.

Multiplying by 44 and completing the square, (2a+b)2+3b2=8044.(2a + b)^2 + 3b^2 = 8044. Since a≥b≥0,a \ge b \ge 0, we have 3b2≤a2+ab+b2=2011,3b^2 \le a^2 + ab + b^2 = 2011, so 0≤b≤25.0 \le b \le 25. Checking these values, 8044−3b28044 - 3b^2 is a perfect square only for b=10,b = 10, where 8044−300=7744=882.8044 - 300 = 7744 = 88^2.

Then 2a+b=882a + b = 88 gives a=39,a = 39, and c=−(a+b)=−49.c = -(a + b) = -49. (Indeed 39⋅10−492=−2011.39 \cdot 10 - 49^2 = -2011.) Therefore ∣a∣+∣b∣+∣c∣=39+10+49|a| + |b| + |c| = 39 + 10 + 49 =98.= 98.

第 14 题#14
完整试卷

其他年份的第 15 题