2021 AIME I 第 7 题
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7.
求正整数数对 的个数,其中 ,且存在实数 满足
Find the number of pairs of positive integers with such that there exists a real number satisfying
答案:63
解答:
因为每个正弦值至多为 ,所以必须有 ,即 与 ,其中 为整数。消去 得 ,也就是 。当 和 取遍整数时, 恰好取遍 的倍数,所以存在解当且仅当 。等价地,写 、,当且仅当 (这也迫使 和 都为奇数)。
对每个 ,统计满足 的互质奇数对,且二者模 同余。若 :在 中,有八个数 ,七个数 ,给出 对,其中 、、 、、 这五对不互质,剩下 对。若 (奇数不超过 ):,减去 得 。若 (不超过 ):数对 给出 。若 (不超过 ): 与 给出 。若 和 :都只有 ,各给出 。若 ,就需要两个不同的奇数不超过 且模 同余,这是不可能的。
总数为 。
Since each sine is at most we need i.e. and for integers Eliminating gives that is, As and range over the integers, takes exactly the multiples of so a solution exists if and only if — equivalently, writing and if and only if (which forces both and odd).
For each we count coprime pairs of odd numbers in the same class mod For among there are eight numbers and seven giving pairs, of which the five pairs are not coprime, leaving For (odd numbers up to ): minus the pair gives For (up to ): the pairs give For (up to ): and give For and only giving each. For we would need two distinct odd numbers up to in the same class mod which is impossible.
The total is
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