2022 AIME II 第 9 题
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9.
设 和 是两条不同的平行线。对正整数 和 ,不同的点 位于 上,不同的点 位于 上。此外,若对所有 和 都画出线段 ,则在 与 严格之间没有任何一点落在两条以上的线段上。 当 且 时,求这个图形把平面分成的有界区域个数。图中显示当 且 时有 个区域。
Let and be two distinct parallel lines. For positive integers and distinct points lie on and distinct points lie on Additionally, when segments are drawn for all and no point strictly between and lies on more than two of the segments. Find the number of bounded regions into which this figure divides the plane when and The figure shows that there are regions when and
答案:244
解答:
两条线段 和 严格在两条直线之间相交,当且仅当两个 点的先后顺序与对应两个 点的先后顺序相反;任取两个 点和两个 点时, 恰有一种配对会发生这种情况。由一般位置假设,这些交点互不相同,所以交点数为 。
将两条直线截成足够长的线段并应用欧拉公式。顶点包括 个标记点、 个交点和 个截断端点,所以 。直线 被分成 条边, 被分成 ; 条边;每个交点分割两条所画线段,所以所画线段贡献 条边,得到 。于是 其中一个面是无界的,所以有 个有界区域。对 、,这给出 与图形一致。
对 和 : 。
Two segments and cross strictly between the lines exactly when one of the 's comes first and the other's comes first, which happens for exactly one pairing of any two 's with any two 's. By the general-position hypothesis these crossings are distinct, so there are of them.
Clip the two lines to long segments and apply Euler's formula. The vertices are the marked points, the crossings, and the clipped line ends, so Line is divided into edges and into each crossing splits two segments, so the drawn segments contribute edges, giving Then of which one face is unbounded, so there are bounded regions. For this gives matching the figure.
For and
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