2019 AIME II 第 4 题
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4.
一枚标准六面公平骰子掷四次。四次掷出的数字的乘积是完全平方数的概率为 ,其中 与 是互质正整数。求 。
A standard six-sided fair die is rolled four times. The probability that the product of all four numbers rolled is a perfect square is where and are relatively prime positive integers. Find
小提示:
乘积是平方数,当且仅当质数 、、 的指数均为偶数;只有掷出 会贡献质数
The product is a square exactly when each of the primes appears to an even power; only rolls of contribute the prime
大提示:
按 出现的次数分类(它必须为偶数),再追踪其余掷数中 、、 的个数奇偶性
Case on the number of s (it must be even), then track the parities of the counts of s, s, and s among the other rolls
解答:
乘积为完全平方数,当且仅当质数 、、 的指数均为偶数。只有掷出 会贡献质数 ,所以 的个数必须为偶数:、 或 。把其他数按它们的 与 的指数奇偶性分类:掷出 或 贡献 ,掷出 贡献 ,掷出 贡献 ,掷出 贡献 。质数 的指数为偶数,当且仅当 的个数加上 的个数为偶数;对 与 同理。所以一组非 掷数可行,当且仅当 、、 的个数全为偶数或全为奇数。
没有 时,四次掷数都来自 。全偶情况:没有 、、 时有 个序列(每次是 或 );某一种恰好出现两次时有 个;两种各出现两次时有 个;某一种出现四次时有 个。全奇情况:一个 、一个 、一个 ,再加一次来自 ,共有 个。小计 。有两个 时,从 种方式中选定它们的位置;另外两次必须属于同一个奇偶类,给出 个有序对,共 个序列。有四个 时有 个序列。
总共有 个可行序列,全部序列数为 ,所以概率为 ,从而 。
The product is a perfect square exactly when each of the primes and appears with even exponent. Only a roll of contributes the prime so the number of s is even: or Classify the other values by the parities of their exponents of and rolls of and contribute a contributes a contributes and a contributes The exponent of is even iff the count of s plus the count of s is even, and similarly for s and s, so a collection of non- rolls works exactly when the counts of s, s, and s are all even or all odd.
With no s, all four rolls come from All-even cases: no s, s, or s gives sequences (each roll is or ); exactly two of a single kind gives two of each of two kinds gives four of one kind gives All-odd case: one one one and one roll from gives Subtotal With two s, choose their positions in ways; the other two rolls must lie in the same parity class, giving ordered pairs, for sequences. With four s there is sequence.
In total of the sequences work, so the probability is and
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