2025 AIME II 第 7 题
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7.
令 为 的正整数因数集合。令 为从 中随机选取的一个子集。 是非空集合且其元素的最小公倍数为 的概率为 ,其中 和 是互质正整数。求 。
Let be the set of positive integer divisors of Let be a randomly selected subset of The probability that is a nonempty set with the property that the least common multiple of its elements is is where and are relatively prime positive integers. Find
小提示:
有 个因数;最小公倍数为 当且仅当该子集含有一个 的倍数和一个 的倍数
has divisors; the lcm is exactly when the subset contains a multiple of and a multiple of
大提示:
使用容斥:有 个子集避开全部三个 的倍数,有 个子集避开全部五个 的倍数
Use inclusion-exclusion: subsets avoid all three multiples of and avoid all five multiples of
解答:
因为 ,集合 有 个元素,所以共有 个子集。一个子集的最小公倍数为 当且仅当它至少含有一个可被 整除的因数,并且至少含有一个可被 整除的因数(这样的子集自动非空)。不被 整除的因数有 个,不被 整除的因数有 个,二者都不整除的有 个。
由容斥,符合条件的子集数为 因为 ,概率为 ,所以 。
Since the set has elements, and there are subsets. A subset has least common multiple exactly when it contains at least one divisor divisible by and at least one divisible by (such a subset is automatically nonempty). There are divisors not divisible by not divisible by and divisible by neither.
By inclusion-exclusion, the number of good subsets is Since the probability is and
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