2017 AIME II 第 14 题
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14.
一个 的点阵由空间中所有形如 的点组成,其中 , , 和 是从 到 ,(含端点)的整数。求恰好包含这些点中 个点的不同直线数量。
A grid of points consists of all points in space of the form where and are integers between and inclusive. Find the number of different lines that contain exactly of these points.
答案:168
解答:
取直线的本原方向向量为 。任何非零分量的绝对值若至少为 ,这条线最多只能穿过 个点阵点,所以每个分量只能是 或 。平行于坐标轴的直线含有 个点, 不会恰好含有 个点。若恰有一个分量为 ,这条线位于 个平行于立方体面的平面之一 ( 种方向, 个位置)中;在这个 网格内,它是斜率为 的对角线,并从中心对角线平移开。对两条主对角线各向两个方向平移 都恰好得到 个点。 因此每个平面有 条这样的线,并且每条只属于这 个平面中的一个: 条。
否则方向是四个空间对角线方向 之一(不区分整体反向);由对称性, 只需计数平行于 的直线再乘以 。这样的直线 与点阵相交于 个点,因此恰好 个点意味着 。把基点规范化为 ,需要 的各项在 中并且同时用到 和 :共有 个,因此每个方向有 条线,总共 条。
总数为 。
Take a primitive direction vector for the line. Any nonzero component of absolute value or more limits the line to at most grid points, so every component is or Lines parallel to a coordinate axis contain points, never If exactly one component is the line lies in one of the planes parallel to a face of the cube ( orientations, positions), and within that grid it is a diagonal of slope shifted off center; the shift by in either direction from each of the two main diagonals gives exactly points. That is lines per plane, and each lies in only one of the planes: lines.
Otherwise the direction is one of the four space-diagonal directions up to sign; by symmetry, count lines parallel to and multiply by Such a line meets the grid in points, so exactly points means Normalizing the base point so that we need with entries in using both and there are of them, hence lines per direction and in all.
The total is
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