2017 AIME II 第 13 题
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13.
对每个整数 ,令 表示一个正 边形的顶点中,由 个顶点组成且能构成等腰三角形 (包括等边三角形)的子集数量。求所有满足 的 的和。
For each integer let be the number of -element subsets of the vertices of a regular -gon that are the vertices of an isosceles triangle (including equilateral triangles). Find the sum of all values of such that
答案:245
解答:
按顶角计数等腰三角形。对于正 边形的一个顶点 ,两条相等边在 相交的等腰三角形, 其另外两个顶点关于过 的直径对称,因此有 对。 对所有 个顶点求和时,每个非等边的等腰三角形被数一次(它只有一个顶角),每个等边三角形被数三次; 等边三角形恰好在 时存在,此时有 个。因此 ,但当 时要减去 。
写 ,并在每个余数类中计算 ,得到当 时为 ,当 时为 ,当 时为 ,当 时为 ,当 时为 ,当 时为 。分别令它们等于 : 给出 ,; 给出 ,; 给出 ,; 另外三种情况没有正整数解。
所有这样的 的和为 。
Count isosceles triangles by apex. For a vertex of a regular -gon, the isosceles triangles whose two equal sides meet at have their other two vertices symmetric about the diameter through giving such pairs. Summing over all vertices counts each non-equilateral isosceles triangle once (it has one apex) and each equilateral triangle three times; equilateral triangles exist exactly when and then there are of them. Hence minus when
Writing and computing in each residue class gives for for for for for and for Setting each equal to gives gives gives and the other three cases have no positive integer solutions.
The sum of all such is
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