2013 AIME II 第 12 题
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12.
设 为所有形如 的多项式集合,其中 、、 都是整数。求 中有多少个多项式,使得它的每个根 都满足 或 。
Let be the set of all polynomials of the form where and are integers. Find the number of polynomials in such that each of its roots satisfies either or
答案:540
解答:
实系数三次多项式要么有三个实根,要么有一个实根和一对共轭根。模长为 或 的实数只有 和 ,所以全实根情形中,根是从这 个值中选出的大小为 的多重集合:共有 个多项式。
否则,根为 以及共轭对 ,其中 ,且 或 。展开 可知各项系数为 、 和 ,它们全为整数当且仅当 是整数。在半径为 的圆上,需要 ,允许 ,有 种选择;在半径为 的圆上,,有 种选择。再乘以 的 种选择,得到 个多项式;每个都不同,因为根决定多项式。
总共有 个这样的多项式。
A cubic with real coefficients has either three real roots or one real root and a conjugate pair. The only real numbers with modulus or are and so in the all-real case the roots form a multiset of size from those values: polynomials.
Otherwise the roots are and a conjugate pair with and or Expanding shows the coefficients are and which are all integers exactly when is an integer. On the circle of radius we need allowing choices; on the circle of radius choices. With choices of that gives polynomials, each distinct since the roots determine the polynomial.
In total there are such polynomials.
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