2023 AIME I 第 15 题
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15.
求最大的素数 ,使得存在一个复数 满足
• 的实部和虚部都是整数;
• ,并且
• 存在一个三角形,它的三条边长分别为 、 的实部、以及 的虚部。
Find the largest prime number for which there exists a complex number satisfying
• the real and imaginary part of are both integers;
• and
• there exists a triangle whose three side lengths are the real part of and the imaginary part of
答案:349
解答:
写 ,其中 。因此 或 ,而数对 随之唯一确定。把 替换为 、、 或 ,只会改变 实部与虚部的符号或交换两者,所以可设 。两个候选边长是 和 。展开 并因式分解,得 当且仅当 时,这三个长度能构成三角形;后两个量与上面两个表达式的绝对值一一对应。因为 导致 ,所以全部条件等价于 。
因为 ,所以必须有 。由 得 。对每个 ,把 代入 并检查整数 ,只剩下 (这也是对每种可能的素数表示所做的直接有限筛选,而不是在未列出的素数集上搜索。)对应的 依次是 ,都小于 ;其他数对连这个较弱的必要不等式都不满足。因此最大的可能素数是 。
确实,取 ,得 ,而 、、 能构成一个三角形。答案是 。
Write with so or and the pair is then unique. Replacing by only changes the real and imaginary parts of by signs and swaps, so we may take and the two candidate side lengths are and Expanding and factoring, The triangle exists exactly when and those two quantities are, in some order, the absolute values above. Since forces the whole condition reduces to
Because this requires The bound gives For each substituting into and checking the integers leaves only (This is also a direct finite sieve for every possible prime representation, rather than a search over an unlisted set of primes.) The corresponding values of are respectively, all below no other pair even passes the necessary weaker inequality. Thus the largest possible prime is
Indeed for we get and the lengths form a valid triangle. The answer is
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