2011 AIME II 第 6 题

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6.

如果一个有序整数四元组 (a,b,c,d)(a, b, c, d) 满足 1≤a<b<c<d≤101 \le a \lt b \lt c \lt d \le 10 且 a+d>b+ca + d \gt b + c,则称它为有趣的。有多少个有趣的有序四元组?

Define an ordered quadruple of integers (a,b,c,d)(a, b, c, d) to be interesting if 1≤a<b<c<d≤101 \le a \lt b \lt c \lt d \le 10 and a+d>b+c.a + d \gt b + c. How many interesting ordered quadruples are there?

答案:80
知识点:组合双射对称性
难度评级:2390
小提示:

条件 a+d>b+ca + d \gt b + c 等价于 d−c>b−ad - c \gt b - a。

The condition a+d>b+ca + d \gt b + c is the same as d−c>b−ad - c \gt b - a

大提示:

映射 (a,b,c,d)(a, b, c, d) ↦(11−d, 11−c, 11−b, 11−a)\small \mapsto (11 - d,\, 11 - c,\, 11 - b,\, 11 - a) 会交换 d−cd - c 和 b−ab - a;数出满足 d−c=b−ad - c = b - a 的四元组,再利用对称性。

The map (a,b,c,d)(a, b, c, d) ↦(11−d, 11−c, 11−b, 11−a)\small \mapsto (11 - d,\, 11 - c,\, 11 - b,\, 11 - a) swaps d−cd - c with b−a;b - a; count the quadruples with d−c=b−ad - c = b - a and use symmetry

解答:

条件 a+d>b+ca + d \gt b + c 等价于 d−c>b−ad - c \gt b - a。总共有 (104)=210\binom{10}{4} = 210 个四元组,而对合映射 (a,b,c,d)(a, b, c, d) ↦(11−d, 11−c, 11−b, 11−a)\small \mapsto (11 - d,\, 11 - c,\, 11 - b,\, 11 - a) 会交换外侧间隔 b−ab - a 和 d−cd - c。因此满足 d−c>b−ad - c \gt b - a 的四元组与满足 d−c<b−ad - c \lt b - a 的四元组数量相等,答案为 210−T2\frac{210 - T}{2},其中 TT 是满足 d−c=b−ad - c = b - a 的四元组数量。

若 b−a=d−c=kb - a = d - c = k 且 c−b=jc - b = j,则四元组由 (a,j,k)(a, j, k) 决定,其中 a,j,k≥1a, j, k \ge 1 且 a+2k+j≤10a + 2k + j \le 10。当 k=1k = 1、22、33、44 时,a+ja + j 的上界依次为 88、66、44、22;相应数量分别为 2828、1515、66、11,所以 T=50T = 50。

因此有趣四元组的数量为 210−502=80\frac{210 - 50}{2} = 80。

The condition a+d>b+ca + d \gt b + c is equivalent to d−c>b−a.d - c \gt b - a. There are (104)=210\binom{10}{4} = 210 quadruples in all, and the involution (a,b,c,d)(a, b, c, d) ↦(11−d, 11−c, 11−b, 11−a)\small \mapsto (11 - d,\, 11 - c,\, 11 - b,\, 11 - a) exchanges the outer gaps b−ab - a and d−c.d - c. So the quadruples with d−c>b−ad - c \gt b - a and those with d−c<b−ad - c \lt b - a are equinumerous, and the answer is 210−T2,\frac{210 - T}{2}, where TT counts quadruples with d−c=b−a.d - c = b - a.

If b−a=d−c=kb - a = d - c = k and c−b=j,c - b = j, the quadruple is determined by (a,j,k)(a, j, k) with a,j,k≥1a, j, k \ge 1 and a+2k+j≤10.a + 2k + j \le 10. For k=1,k = 1, 2,2, 3,3, and 4,4, respectively, the bounds on a+ja + j are 8,8, 6,6, 4,4, and 2;2; the corresponding counts are 28,28, 15,15, 6,6, and 1,1, so T=50.T = 50.

Therefore the number of interesting quadruples is 210−502=80.\frac{210 - 50}{2} = 80.

第 5 题#5
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