2023 AIME II 第 5 题
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5.
设 为所有满足如下条件的正有理数 的集合:当 与 都写成最简分数时,一个分数的分子与分母之和 等于另一个分数的分子与分母之和。集合 中所有元素的和可表示为 ,其中 与 是互质的正整数。 求 。
Let be the set of all positive rational numbers such that when the two numbers and are written as fractions in lowest terms, the sum of the numerator and denominator of one fraction is the same as the sum of the numerator and denominator of the other fraction. The sum of all the elements of can be expressed in the form where and are relatively prime positive integers. Find
答案:719
解答:
将 写成最简分数,并令 。则 的最简形式为 (因为 ,且 是平方因子自由的,不会再有进一步约分)。 条件为 若 ,则迫使 ,不可能;若 ,则迫使 ,也不可能。
若 :,得到 ,所以 。由于 ,必须有 、,所以 (确实有 ,因为 )。若 :,得到 ,所以 ,从而 、, (此时 ,因为 )。
因此 ,和为 ,已是最简分数。 答案是 。
Write in lowest terms and let Then in lowest terms is (no further cancellation is possible since and is squarefree). The condition is If this forces impossible; if it forces impossible.
If gives so Since we need and so (indeed from ). If gives so forcing and (with from ).
Hence and the sum is already in lowest terms. The answer is
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