2024 AIME I 第 12 题
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12.
定义 和 。求图像 与 的交点个数。
Define and Find the number of intersections of the graphs of and
答案:385
解答:
两个右端表达式的值都在 中,所以所有交点都在单位正方形内。在那里可用 写出两条曲线:第一条为 ,第二条为 。当 从 增加到 时, 分段线性地按 变化,拐点在 。对 , 单调扫过 共 次,所以第一条图像由 条单调弧组成,每条弧都在一个窄竖条内从 的全范围上升或下降。类似地,当 时, 单调扫过 共 次,所以第二条图像由 条单调弧组成,每条弧都在一个窄横条内跨过 的全范围。
取两条图像各一条弧,分别位于竖条 和横条 中。在矩形 内,第一条弧连接底边和顶边,第二条弧连接左边和右边,并且二者都单调, 因此这两条弧恰好相交一次。这给出 个交点。
角点 处还藏着一个额外交点,它在两条图像上: ,且 。在它附近,第一条图像满足 ,而第二条图像满足 ,所以最后两条弧除了已经计入的横截相交外,还在共同端点 相遇。总数为 。
Both right-hand sides take values in so every intersection lies in the unit square, and there we may write both curves using the first is and the second is As increases from to runs linearly with corners at For sweeps monotonically times, so the first graph consists of monotone arcs, each climbing or descending through the full range within a narrow vertical strip. Likewise sweeps monotonically times for so the second graph consists of monotone arcs, each crossing the full range within a narrow horizontal strip.
Take one arc of each graph, living in the vertical strip and the horizontal strip Inside the rectangle the first arc joins the bottom edge to the top edge and the second joins the left edge to the right edge, and each is monotone, so the two arcs cross exactly once. This yields intersection points.
One further point hides at the corner which lies on both graphs: and Near it the first graph is while the second satisfies so the two final arcs meet at their shared endpoint in addition to the transversal crossing already counted. The total is
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