2012 AIME II 第 8 题

先试着解答 2012 AIME II 第 8 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 2012 AIME II 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。

8.

复数 zz 和 ww 满足方程组 z+20iw=5+i,z + \frac{20\mathrm{i}}{w} = 5 + \mathrm{i}\text{,}w+12iz=−4+10i。w + \frac{12\mathrm{i}}{z} = -4 + 10\mathrm{i}\text{。}

求 ∣zw∣2|zw|^2 的最小可能值。

The complex numbers zz and ww satisfy the system z+20iw=5+i,z + \frac{20\mathrm{i}}{w} = 5 + \mathrm{i}, w+12iz=−4+10i.w + \frac{12\mathrm{i}}{z} = -4 + 10\mathrm{i}.

Find the smallest possible value of ∣zw∣2.|zw|^2.

答案:40
知识点:复数方程组二次方程
难度评级:2840
小提示:

将两个方程相乘:交叉项会变成常数 12i12\mathrm{i} 和 20i20\mathrm{i},剩下一个只含未知量 zwzw 的方程。

Multiply the two equations: the cross terms become the constants 12i12\mathrm{i} and 20i,20\mathrm{i}, leaving an equation in the single unknown zwzw

大提示:

关于 zwzw 的二次方程需要 416−210i\sqrt{416 - 210\mathrm{i}};令 (a+bi)2=416−210i(a + b\mathrm{i})^2 = 416 - 210\mathrm{i},用整数 aa 和 bb 求它。

The quadratic in zwzw needs 416−210i;\sqrt{416 - 210\mathrm{i}}; find it by setting (a+bi)2=416−210i(a + b\mathrm{i})^2 = 416 - 210\mathrm{i} with integers aa and bb

解答:

将两个方程相乘,得到 zw+12i+20i−240zw=(5+i)(−4+10i)=−30+46i, \begin{aligned} &zw + 12\mathrm{i} + 20\mathrm{i} \\ &\quad {}- \frac{240}{zw} = (5 + \mathrm{i})(-4 + 10\mathrm{i}) \\ &\quad = -30 + 46\mathrm{i} \end{aligned}\text{,}所以 zw−240zw=−30+14izw - \frac{240}{zw} = -30 + 14\mathrm{i}。令 v=zwv = zw,得到 v2+(30−14i)v−240=0v^2 + (30 - 14\mathrm{i})v - 240 = 0。

由求根公式,v=−15+7iv = -15 + 7\mathrm{i} ±(15−7i)2+240\pm \sqrt{(15 - 7\mathrm{i})^2 + 240} =−15+7i= -15 + 7\mathrm{i} ±416−210i\pm \sqrt{416 - 210\mathrm{i}}。设 (a+bi)2=416−210i(a + b\mathrm{i})^2 = 416 - 210\mathrm{i},则需要 a2−b2=416a^2 - b^2 = 416 且 ab=−105ab = -105,从而 a+bi=±(21−5i)a + b\mathrm{i} = \pm(21 - 5\mathrm{i})。因此 v=6+2iv = 6 + 2\mathrm{i} 或 v=−36+12iv = -36 + 12\mathrm{i},对应 ∣v∣2=40|v|^2 = 40 或 14401440。

较小值可以取到:z=1−iz = 1 - \mathrm{i},w=2+4iw = 2 + 4\mathrm{i} 同时满足两个方程,且 zw=6+2izw = 6 + 2\mathrm{i}。所以 ∣zw∣2|zw|^2 的最小可能值为 4040。

Multiplying the two equations gives zw+12i+20i−240zw=(5+i)(−4+10i)=−30+46i, \begin{aligned} &zw + 12\mathrm{i} + 20\mathrm{i} \\ &\quad {}- \frac{240}{zw} = (5 + \mathrm{i})(-4 + 10\mathrm{i}) \\ &\quad = -30 + 46\mathrm{i}, \end{aligned} so zw−240zw=−30+14i.zw - \frac{240}{zw} = -30 + 14\mathrm{i}. Setting v=zwv = zw yields v2+(30−14i)v−240=0.v^2 + (30 - 14\mathrm{i})v - 240 = 0.

By the quadratic formula, v=−15+7iv = -15 + 7\mathrm{i} ±(15−7i)2+240\pm \sqrt{(15 - 7\mathrm{i})^2 + 240} =−15+7i= -15 + 7\mathrm{i} ±416−210i.\pm \sqrt{416 - 210\mathrm{i}}. Writing (a+bi)2=416−210i(a + b\mathrm{i})^2 = 416 - 210\mathrm{i} requires a2−b2=416a^2 - b^2 = 416 and ab=−105,ab = -105, which gives a+bi=±(21−5i).a + b\mathrm{i} = \pm(21 - 5\mathrm{i}). Hence v=6+2iv = 6 + 2\mathrm{i} or v=−36+12i,v = -36 + 12\mathrm{i}, with ∣v∣2=40|v|^2 = 40 or 1440.1440.

The smaller value is attained: z=1−i,z = 1 - \mathrm{i}, w=2+4iw = 2 + 4\mathrm{i} satisfies both equations with zw=6+2i.zw = 6 + 2\mathrm{i}. So the smallest possible value of ∣zw∣2|zw|^2 is 40.40.

第 7 题#7
完整试卷

其他年份的第 8 题