2012 AMC 10A 第 24 题

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24.

正整数 aa、bb 和 cc 满足 a≥b≥ca\ge b\ge c,且 a2−b2−c2+ab=2011a^2-b^2-c^2+ab=2011 以及 a2+3b2+3c2−3ab−2ac−2bca^2+3b^2+3c^2-3ab-2ac-2bc=−1997。=-1997\text{。} 求 aa。

Let a,a, b,b, and cc be positive integers with a≥b≥ca\ge b\ge c such that a2−b2−c2+ab=2011a^2-b^2-c^2+ab=2011 and a2+3b2+3c2−3ab−2ac−2bca^2+3b^2+3c^2-3ab-2ac-2bc=−1997.=-1997. What is a?a?

249249

250250

251251

252252

253253

答案:E
知识点:代数变形丢番图方程分类讨论
难度评级:2350
小提示:

先把两个方程相加。

Add the two equations first

大提示:

三个平方差必须以某种顺序等于 9,4,19,4,1。

The three squared differences must be 9,4,19,4,1 in some order

解答:

两个方程相加,得到 2(a2+b2+c2)−2(ab+ac+bc) 2(a^2 + b^2 + c^2) - 2(ab + ac + bc) =14。 = 14\text{。}

把左边分组并因式分解,得到 (a−b)2+(a−c)2+(b−c)2 (a - b)^2 + (a - c)^2 + (b - c)^2 =14。 = 14\text{。}

左边每一项都是非负整数的平方。三个平方数和为 1414 的唯一方式是 9,49, 4 和 11。

在三组差中,a−ca - c 最大,所以 a−c=3a - c = 3。

还不能确定另外两个差分别对应哪个平方。先试 a−b=1a - b = 1 和 b−c=2b - c = 2。

把这些值代入第一个方程,得到 a2−(a−1)2−(a−3)2 a^2 - (a - 1)^2 - (a - 3)^2 +a(a−1)=2011。 + a(a - 1) = 2011\text{。} 化简得 7a=20217a = 2021。由于 20212021 不能被 77 整除,所以应有 a−b=2a - b = 2、b−c=1b - c = 1。

在另一种情形下,b=a−2b=a-2,c=a−3c=a-3。第一个方程变为 a2−(a−2)2−(a−3)2+a(a−2)=2011,\begin{aligned} a^2-(a-2)^2-(a-3)^2\\ {}+a(a-2)&=2011 \end{aligned}\text{,} 即 8a−13=20118a-13=2011。因此 a=253a=253。

所以正确答案是 E。

Adding together the equations gives us 2(a2+b2+c2)−2(ab+ac+bc) 2(a^2 + b^2 + c^2) - 2(ab + ac + bc)=14. = 14.

We can group terms and factor this to get (a−b)2+(a−c)2+(b−c)2 (a - b)^2 + (a - c)^2 + (b - c)^2=14. = 14.

Note that every term on the left hand side is a nonnegative square integer. The only triple of squares that add to 1414 is 9,4,9, 4, and 1.1.

We have that a−ca - c is the biggest difference among the three pairs. Therefore, a−c=3.a - c = 3.

We cannot discern which of the other terms we can match with the other squares. Let us try a−b=1a - b = 1 and b−c=2.b - c = 2.

Plugging in these values into the first equation gives us a2−(a−1)2−(a−3)2 a^2 - (a - 1)^2 - (a - 3)^2 +a(a−1)=2011. + a(a - 1) = 2011. Simplifying yields 7a=2021.7a = 2021. Since 20212021 is not divisible by 7,7, we have that a−b=2a - b = 2 and b−c=1.b - c = 1.

In the other case, b=a−2b=a-2 and c=a−3.c=a-3. The first equation becomes a2−(a−2)2−(a−3)2+a(a−2)=2011,\begin{aligned} a^2-(a-2)^2-(a-3)^2\\ {}+a(a-2)&=2011, \end{aligned} or 8a−13=2011.8a-13=2011. Hence a=253.a=253.

Thus, E is the correct answer.

第 23 题#23
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