2007 AMC 12B 第 20 题

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20.

由直线 y=ax+cy=ax+c、y=ax+dy=ax+d、y=bx+cy=bx+c、y=bx+dy=bx+d 围成的平行四边形面积为 1818。由直线 y=ax+cy=ax+c、y=ax−dy=ax-d、y=bx+cy=bx+c、y=bx−dy=bx-d 围成的平行四边形面积为 7272。已知 aa、bb、cc、dd 为正整数,求 a+b+c+da+b+c+d 的最小可能值。

The parallelogram bounded by the lines y=ax+c,y=ax+c, y=ax+d,y=ax+d, y=bx+c,y=bx+c, and y=bx+dy=bx+d has area 18.18. The parallelogram bounded by the lines y=ax+c,y=ax+c, y=ax−d,y=ax-d, y=bx+c,y=bx+c, and y=bx−dy=bx-d has area 72.72. Given that a,a, b,b, c,c, and dd are positive integers, what is the smallest possible value of a+b+c+d?a+b+c+d?

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答案:D
知识点:坐标几何平行四边形最优化
难度评级:2040
小提示:

第一个平行四边形面积为 (c−d)2∣b−a∣\dfrac{(c-d)^2}{|b-a|};第二个面积为 (c+d)2∣b−a∣\dfrac{(c+d)^2}{|b-a|}。

The first parallelogram has area (c−d)2∣b−a∣;\dfrac{(c-d)^2}{|b-a|}; the second has area (c+d)2∣b−a∣\dfrac{(c+d)^2}{|b-a|}

大提示:

相减得 4cd=54∣b−a∣4cd=54|b-a|;然后用小的正整数最小化。

Subtracting gives 4cd=54∣b−a∣;4cd=54|b-a|; then minimize with small positive integers

解答:

第一个平行四边形有两个顶点在 (0,c)(0,c) 和 (0,d)(0,d),另外两个顶点的 xx-坐标为 ±c−db−a\pm\dfrac{c-d}{b-a}。因此第一个平行四边形面积为 (c−d)2∣b−a∣=18\dfrac{(c-d)^2}{|b-a|}=18,第二个为 (c+d)2∣b−a∣=72\dfrac{(c+d)^2}{|b-a|}=72。

于是 (c−d)2=18∣b−a∣(c-d)^2=18|b-a|,(c+d)2=72∣b−a∣(c+d)^2=72|b-a|。两式相减得 4cd=54∣b−a∣4cd=54|b-a|,即 2cd=27∣b−a∣2cd=27|b-a|。

因此 ∣b−a∣|b-a| 是偶数,取 {a,b}={1,3}\{a,b\}=\{1,3\} 时 a+ba+b 最小;又 cdcd 是 2727 的倍数,取 {c,d}={3,9}\{c,d\}=\{3,9\} 时 c+dc+d 最小。这些取值满足全部条件,于是 a+b+c+d=1+3+3+9a+b+c+d=1+3+3+9 =16=16。

所以正确答案是 D。

Two vertices of the first parallelogram lie at (0,c)(0,c) and (0,d),(0,d), and the other two have xx-coordinates ±c−db−a.\pm\dfrac{c-d}{b-a}. Its area works out to (c−d)2∣b−a∣=18.\dfrac{(c-d)^2}{|b-a|}=18. The same computation for the second gives (c+d)2∣b−a∣=72.\dfrac{(c+d)^2}{|b-a|}=72.

So (c−d)2=18∣b−a∣(c-d)^2=18|b-a| and (c+d)2=72∣b−a∣.(c+d)^2=72|b-a|. Subtracting, 4cd=54∣b−a∣,4cd=54|b-a|, i.e. 2cd=27∣b−a∣.2cd=27|b-a|.

Thus ∣b−a∣|b-a| is even, so a+ba+b is smallest with {a,b}={1,3};\{a,b\}=\{1,3\}; and cdcd is a multiple of 27,27, so c+dc+d is smallest with {c,d}={3,9}.\{c,d\}=\{3,9\}. These satisfy all conditions, giving a+b+c+d=1+3+3+9a+b+c+d=1+3+3+9 =16.=16.

Thus, the correct answer is D.

第 19 题#19
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