2024 AIME I 第 2 题

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2.

存在实数 xxyy,且二者都大于 11,使得 logx(yx)=logy(x4y)=10\log_x\left(y^x\right) = \log_y\left(x^{4y}\right) = 10。求 xyxy

There exist real numbers xx and y,y, both greater than 1,1, such that logx(yx)=logy(x4y)=10.\log_x\left(y^x\right) = \log_y\left(x^{4y}\right) = 10. Find xy.xy.

答案:25
知识点:对数代数变形
难度评级:2070
小提示:

把指数提到前面:xlogxy=10x \log_x y = 104ylogyx=104y \log_y x = 10

Bring the exponents down: xlogxy=10x \log_x y = 10 and 4ylogyx=104y \log_y x = 10

大提示:

将两个方程相乘;因为 logxylogyx=1\log_x y \cdot \log_y x = 1,对数项会消失

Multiply the two equations: since logxylogyx=1,\log_x y \cdot \log_y x = 1, the logarithms disappear

解答:

将指数从对数中提出来,条件变为 xlogxy=10 x \log_x y = 10 4ylogyx=10 4y \log_y x = 10\text{。}两式相乘,并使用 logxylogyx=1\log_x y \cdot \log_y x = 1,得到 4xy=1004xy = 100,所以 xy=25xy = 25

这样的 xxyy 的确存在。令 y=25xy = \frac{25}{x}。连续函数 xlogx(25x)x\log_x(\frac{25}{x})x1+x \to 1^+ 时趋于无穷大,而在 x=2x = 2 时小于 1010。因此它在某个 1<x<21 \lt x \lt 2 处等于 1010,此时 y>1y \gt 1

Pulling the exponents out of the logarithms, the conditions become xlogxy=10 x \log_x y = 10 and 4ylogyx=10. 4y \log_y x = 10. Multiplying these equations and using logxylogyx=1\log_x y \cdot \log_y x = 1 gives 4xy=100,4xy = 100, so xy=25.xy = 25.

Such xx and yy do exist. Set y=25x.y = \frac{25}{x}. The continuous function xlogx(25x)x\log_x(\frac{25}{x}) tends to infinity as x1+,x \to 1^+, while at x=2x = 2 it is less than 10.10. Hence it equals 1010 for some 1<x<2,1 \lt x \lt 2, where y>1.y \gt 1.

第 1 题#1
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